Moien, Frënn!
No der Verëffentlechung vum Artikel Et goufe vill Kommentaren iwwer d'Gefore vu Li-Ion Léisunge fir Server an Datenzenteren. Dofir wäerte mir haut probéieren erauszefannen wat d'Ënnerscheeder tëscht industrielle Lithiumléisungen fir eng UPS an der Batterie an Ärem Gadget sinn, wéi d'Batteriebedéngungen an engem Serverraum ënnerscheeden, firwat an engem Li-Ion Telefon d'Batterie net dauert méi wéi 2-3 Joer, an an engem Datenzenter wäert dës Figur op 10 oder méi Joer eropgoen. Firwat d'Risike vu Lithium Feier an engem Datenzenter / Serverraum minimal sinn.
Jo, Accidenter mat UPS Batterien sinn méiglech onofhängeg vun der Aart vun Energiespeichergeräter, awer de Mythos vun der "Feiergefor" vun industrielle Lithiumléisungen ass net wouer.
Ëmmerhin hu vill dat gesinn mat enger Lithiumbatterie an engem Auto, deen op der Autobunn beweegt? Also, loosst eis kucken, erausfannen, vergläichen ...
Hei gesi mir e typesche Fall vun onkontrolléierter Selbstheizung, thermesch Runaway vun der Telefonbatterie, wat zu sou engem Tëschefall gefouert huet. Dir wäert soen: HEI! Et ass just en Telefon, nëmmen eng verréckt Persoun géif sou eppes an de Serverraum setzen!
Ech si sécher, datt no dësem Material studéiert, de Lieser seng Siicht iwwer dëst Thema änneren.
Aktuell Situatioun am Rechenzentrummaart
Et ass kee Geheimnis datt de Bau vun engem Datenzenter eng laangfristeg Investitioun ass. De Präis vun Ingenieursausrüstung eleng kann 50% vun de Käschte vun all Kapitalkäschte sinn. De Payback Horizont ass ongeféier 10-15 Joer. Natierlech gëtt et e Wonsch d'Gesamtkäschte vum Besëtz am ganze Liewenszyklus vum Rechenzentrum ze reduzéieren, a gläichzäiteg och kompakt Ingenieursausrüstung, sou vill Plaz wéi méiglech fir d'Notzlaascht ze befreien.
Déi optimal Léisung ass eng nei Iteratioun vun industriellen UPS baséiert op Li-Ion-Batterien, déi laang "Kandheetskrankheeten" a Form vu Feiergeforen, falsche Charge-Entladungsalgorithmen, an eng Mass vu Schutzmechanismen erliewt hunn.
Mat der Erhéijung vun der Kapazitéit vu Rechen- an Netzwierkausrüstung wiisst d'Nofro fir UPS. Zur selwechter Zäit erhéijen d'Ufuerderunge fir d'Batteriedauer am Fall vu Probleemer mat zentraliséierter Energieversuergung an / oder Feeler beim Start vun enger Backup-Energiequelle am Fall vun der Notzung / Disponibilitéit vun engem Dieselgeneratorset.
Eiser Meenung no sinn et zwee Haaptgrënn:
- Rapid Wuesstum am Volume vun Informatioun veraarbecht a vermëttelt
Zum Beispill, déi
muss gespäichert a veraarbecht ginn. - Wuesstum an der Dynamik vum elektresche Energieverbrauch. Trotz dem allgemengen Trend fir den Energieverbrauch vun IT-Ausrüstung ze reduzéieren, de spezifesche Energieverbrauch vun elektronesche Komponenten ze reduzéieren.
Energieverbrauch Grafik vun nëmmen engem Betribsdatenzentrum
Deeselwechten Trend gëtt duerch Datenzentermaartprognosen an eisem Land bewisen.Geméiss dem Site, D'Gesamtzuel vun de Rackplazen, déi an d'Operatioun gesat ginn, ass méi wéi 20 Tausend. "D'Zuel vun de Rackplazen, déi vun den 20 gréissten Datenzenter-Serviceprovider am Joer 2017 a Betrib geholl goufen, ëm 3% eropgaang an erreecht 22,4 Tausend (Daten vum 1. Oktober, 2017), "- seet de CNews Analytics Bericht. Laut Berodungsagenturen, bis 2021 gëtt d'Zuel vun de Rackplazen op 49 Tausend erwaart. Dat ass, an zwee Joer kann déi tatsächlech Kapazitéit vum Rechenzentrum verduebelt ginn. Mat wat ass dat verbonnen? Éischt vun all, mat der Erhéijung vun de Volume vun Informatiounen: souwuel gespäichert a veraarbecht.
Zousätzlech zu Wolleken betruechten d'Spiller d'Entwécklung vun den Datenzenterkapazitéiten an de Regiounen als Wuesstumspunkten: si sinn dat eenzegt Segment, wou et eng Reserve fir d'Geschäftsentwécklung ass. No IKS-Consulting, an 2016, huet d'Regiounen nëmmen 10% vun all Ressourcen um Maart ugebueden, iwwerdeems d'Haaptstad an der Moskau Regioun 73% vum Maart besat, a St. Petersburg an der Regioun Leningrad - 17%. An de Regioune gëtt et weider e Mangel u Datenzenterressourcen mat engem héije Grad vu Feelertoleranz.
Bis 2025 ass de Gesamtbetrag vun Daten op der Welt virgesinn fir 10 Mol am Verglach zum 2016 eropzegoen.
Wéi och ëmmer, wéi sécher ass Lithium fir e Server oder Datenzenter UPS?
Nodeel: héich Käschte vun Li-Ion Léisungen.
De Präis vu Lithium-Ion Batterien ass nach ëmmer héich am Verglach mat Standardléisungen. Laut SE Schätzunge wäerten d'initial Käschten fir High-Power UPSs iwwer 100 kVA fir Li-Ion-Léisungen 1,5 Mol méi héich sinn, awer schlussendlech wäerten d'Spuer op Eegentum 30-50% sinn. Wa mir vergläichen mat dem militäresch-industriellen komplex vun anere länner, dann hei d 'noriichten iwwer d' start an mat Li-Ion Batterien. Zimlech oft sinn Lithium Eisenphosphatbatterien (LFP op der Foto) an esou Léisunge benotzt wéinst hirer relativer Bëllegkeet a méi Sécherheet.
Den Artikel ernimmt datt $ 100 Millioune fir nei Batterien fir den U-Boot ausginn goufen, loosst eis probéieren et an aner Wäerter ëmzewandelen ...4,2 dausend Tonnen ass d'Ënnerwaasser Verdrängung vun engem japanesche U-Boot. Uewerfläch Verleeen - 2,95 dausend Tonnen. In der Regel, 20-25% vum Gewiicht vum Boot besteet aus Batterien. Vun hei aus huelen mir ongeféier 740 Tonnen - Bläi-Sauer Batterien. Weider: d'Mass vu Lithium ass ongeféier 1/3 vun där vu Bläi-Sauerbatterien -> 246 Tonnen Lithium. Bei 70 kWh/kg fir Li-Ion kréie mir ongeféier 17 MWh Batteriearraykraaft. An den Ënnerscheed an der Mass vun de Batterien ass ongeféier 495 Tonnen ... Hei huelen mir net Rechnung , déi 14,5 Tonne Sëlwer pro U-Boot erfuerderen, a kaschten 4 Mol méi wéi Bläi-Sauerbatterien. Loosst mech Iech drun erënneren datt Li-Ion Batterien elo nëmmen 1,5-2 Mol méi deier sinn wéi VRLA, jee no der Kraaft vun der Léisung.
Wat iwwer d'Japaner? Si hunn sech ze spéit drun erënnert, datt d'"Boot liichtfäerteg ofgeschloss" ëm 700 Tonnen eng Ännerung vun hirer Séiwäertegkeet a Stabilitéit bedeit ... Si hu wahrscheinlech Waffen u Bord misse bäidroen, fir d'Gewiichtverdeelung vum Boot zréckzebréngen.
Lithium-Ion-Batterien weien och manner wéi Bläi-Säure-Batterien, sou datt de Soryu-Klass U-Boot-Design e bëssen nei entworf gouf fir Ballast a Stabilitéit z'erhalen.
A Japan sinn zwou Zorte vu Lithium-Ion-Batterien erstallt an an operationell Zoustand bruecht: Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA) produzéiert vum GS Yuasa a Lithiumtitanat (LTO) produzéiert vun der Toshiba Corporation. D'japanesch Marine wäert NCA Batterien benotzen, während Australien LTO Batterien ugebuede gouf fir op Soryu-Klass U-Booter an enger rezenter Ausschreiwung ze benotzen, laut Kobayashi.
Wësse vun der éierlecher Haltung zur Sécherheet am Land vun der Rising Sun, kënne mir dovun ausgoen datt Lithium Sécherheetsprobleemer geléist, getest an zertifizéiert goufen.
Risiko: Feier Gefor.
Dëst ass wou mir den Zweck vun der Verëffentlechung erausfannen, well et diametral opposéiert Meenungen iwwer d'Sécherheet vun dëse Léisungen sinn. Awer dëst ass alles Rhetorik, awer wat iwwer spezifesch industriell Léisungen?
Mir hu scho Sécherheetsprobleemer an eisem , mee loosst eis nach eng Kéier op dësem Thema wunnen. Loosst eis op d'Figur dréien, déi den Niveau vum Schutz vum Modul an der LMO / NMC Zell vun der Batterie vun Samsung SDI hiergestallt an als Deel vun der Schneider Electric UPS iwwerpréift huet.
Chemesch Prozesser goufen am Artikel vum Benotzer diskutéiert . Loosst eis probéieren déi méiglech Risiken an eisem bestëmmte Fall ze verstoen an ze vergläichen mat Multi-Level Schutz a Samsung SDI Zellen, déi en integralen Deel vun engem fäerdege Type G Li-Ion Rack sinn als Deel vun enger ëmfaassender Léisung baséiert op Galaxy VM .
Loosst eis mat engem allgemenge Fallflowdiagramm vun de Risiken an Ursaache vu Feier an enger Lithium-Ionzell ufänken.
Ënnert dem Spoiler kënnt Dir d'theoretesch Themen vu Feierrisiken vu Lithium-Ion Batterien an d'Physik vu Prozesser studéierenÉischt Blockdiagramm vun de Risiken an Ursaache vu Feier (Sécherheetsrisiko) vun enger Lithium-Ionzell aus 2018 Joer.
Zënter ofhängeg vun der chemescher Struktur vun der Lithium-Ionzelle sinn et Ënnerscheeder an den thermesche Runaway Charakteristiken vun der Zell, hei fokusséiere mir op de Prozess beschriwwen am Artikel an enger Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumzell (baséiert op LiNiCoAIO2) oder NCA.
De Prozess vun der Entwécklung vun engem Accident an enger Zell kann an dräi Etappen opgedeelt ginn:
- Etapp 1 (Start). Normal Operatioun vun der Zell wann d'Temperaturerhéijungsgradient net méi wéi 0,2 Grad Celsius pro Minutt ass, an d'Zelltemperatur selwer net méi wéi 130-200 Grad Celsius, jee no der chemescher Struktur vun der Zell;
- Etapp 2, Erwiermung (Beschleunegung). Op dëser Etapp klëmmt d'Temperatur, d'Temperaturgradient geet séier erop, an d'thermesch Energie gëtt aktiv verëffentlecht. Am Allgemengen ass dëse Prozess vun der Verëffentlechung vu Gase begleet. Exzessiv Gasentwécklung muss duerch Operatioun vum Sécherheetsventil kompenséiert ginn;
- Etapp 3, thermesch Flucht (Runaway). Batterie Heizung iwwer 180-200 Grad. An dësem Fall trëtt d'Kathodematerial an eng Disproportiounsreaktioun a léisst Sauerstoff eraus. Dëst ass den Niveau vun der thermescher Flucht, well an dësem Fall kann eng Mëschung vu brennbare Gase mat Sauerstoff optrieden, wat spontan Verbrennung verursaacht. Allerdéngs kann dëse Prozess an e puer Fäll kontrolléiert ginn, liesen - wann de Regime vun externen Faktoren Ännerungen, thermesch Lafen an e puer Fäll hält ouni fatale Konsequenze fir d'Ëmgéigend Raum. D'Servicebarkeet an d'Leeschtung vun der Lithiumzelle selwer no dësen Eventer gëtt net berücksichtegt.
Thermesch Fluchtemperatur hänkt vun der Zellgréisst, der Zelldesign a vum Material of. Déi thermesch Fluchttemperatur ka vun 130 bis 200 Grad Celsius variéieren. D'thermesch Oflafzäit ka variéieren a variéiere vu Minutten, Stonnen oder souguer Deeg ...
Wat iwwer LMO / NMC Typ Zellen a Lithium-Ion UPSs?
– Fir de Kontakt vun der Anode mam Elektrolyt ze verhënneren, gëtt eng Keramikschicht als Deel vun der Zell (SFL) benotzt. D'Bewegung vu Lithiumionen gëtt bei 130 Grad Celsius blockéiert.
- Zousätzlech zum Schutzventilventil gëtt e Over Charge Device (OSD) Schutzsystem benotzt, deen a Verbindung mat enger interner Sicherung funktionnéiert an déi beschiedegt Zell ausschalt, verhënnert datt den thermesche Runaway-Prozess geféierlech Niveauen erreecht. Ausserdeem wäert den internen OSD-System fréier ausléisen, wann den Drock 3,5 kgf / cm2 erreecht, dat heescht hallef manner wéi den Äntwertdrock vum Sécherheetsventil vun der Zell.
Iwwregens, funktionnéiert d'Zellsicherung bei Stréim iwwer 2500 A an net méi wéi 2 Sekonnen. Loosst eis unhuelen datt den Temperaturgradient eng Liesung vun 10 Grad C/min erreecht. An 10 Sekonnen huet d'Zelle Zäit fir ongeféier 1,7 Grad op seng Temperatur ze addéieren wärend am Overclocking Modus.
- En Dräi-Schicht-Separator an der Zell am Opluedmodus blockéiert den Iwwergang vu Lithiumionen an d'Anode vun der Zell. D'Blocktemperatur ass 250 Grad Celsius.
Elo kucke mer wat mir mat der Zelltemperatur hunn; Loosst eis vergläichen a wéi enger Etappe verschidden Aarte vu Schutz op Zellniveau ausgeléist ginn.
— OSD System – 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= externen Drock
Zousätzlech Schutz géint Iwwerstroum.
— Sécherheetsventil 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= externen Drock
- Sicherung bannent der Zell 2 Sekonnen op 2500A (iwwer Stroummodus)
De Risiko fir thermesch Oflaf vun enger Zell hänkt direkt vum Grad / Niveau vun der Ladung vun der Zell of, méi Detailer hei ...Loosst eis den Effekt vum Zellladungsniveau am Kontext vun de Risiken vun der thermescher Flucht betruechten. Loosst eis d'Tabell vun der Korrespondenz tëscht der Zelltemperatur an dem SOC-Parameter betruechten (State of Charge, Grad vun der Ladung vun der Batterie).
De Batterieladungsniveau gëtt als Prozentsaz gemooss a weist wéi vill vun der Gesamtladung nach ëmmer an der Batterie gespäichert bleift. An dësem Fall betruechte mir de Batterie Opluedmodus. Et kann ofgeschloss ginn datt ofhängeg vun der Chimie vun der Lithiumzelle d'Batterie sech anescht behuelen kann wann se iwwerlaascht sinn an eng aner Empfindlechkeet fir thermesch Flucht hunn. Dëst ass wéinst der ënnerschiddlecher spezifescher Kapazitéit (A * h / Gramm) vu verschiddenen Aarte vu Li-Ion Zellen. Wat d'spezifesch Kapazitéit vun der Zell méi grouss ass, dest méi séier d'Hëtztverëffentlechung beim Oplueden.
Zousätzlech, bei 100% SOC, verursaacht eng extern Kuerzschluss dacks thermesch Oflaf vun der Zell. Op der anerer Säit, wann d'Zelle bei 80% SOC ass, verännert déi maximal thermesch Fluchtemperatur vun der Zell no uewen. D'Zelle gëtt méi resistent géint Noutbedéngungen.
Schlussendlech, fir 70% SOC, kënnen extern Kuerzschluss guer net thermesch Flucht verursaachen. Dat ass, ass de Risiko vun Zell ignition wesentlech reduzéiert, an déi wahrscheinlech Szenario ass nëmmen d'Operatioun vun der Lithium Batterie Sécherheet Krunn.
Zousätzlech, aus der Tabell kënne mir schléissen datt d'LFP (violett Curve) vun enger Batterie normalerweis e steile Temperaturerhéijung huet, dat heescht, d'"Erwiermung" Etapp iwwergräifend an d'"thermesch Flucht" Etapp, an d'Stabilitéit vun dësem System ze overcharging ass e bësse méi schlëmm. LMO Batterien, wéi mir gesinn, hunn eng glatter Heizkarakteristik beim Oplueden.
WICHTEG: Wann den OSD-System ausgeléist gëtt, gëtt d'Zelle op Contournement zréckgesat. Sou gëtt d'Spannung op de Rack reduzéiert, awer et bleift am Operatioun a liwwert e Signal un den UPS-Iwwerwaachungssystem duerch de BMS-System vum Rack selwer. Am Fall vun engem klassesche UPS-System mat VRLA-Batterien, kann e Kuerzschluss oder Paus an enger Batterie an engem String zu engem Ausfall vun der UPS als Ganzt a Verloscht vun der Funktionalitéit vun IT-Ausrüstung féieren.
Baséierend op den uewe genannten, fir de Fall vu Lithiumléisungen an UPS ze benotzen, bleiwen déi folgend Risiken relevant:
- Thermesch Flucht vun enger Zell oder Modul als Resultat vun enger externer Kuerzschluss - verschidde Schutzniveauen.
- Thermesch Flucht vun enger Zell oder Modul als Resultat vun enger interner Batteriefeelung - verschidde Schutzniveauen op Zell- oder Modulniveau.
- Overcharge - Schutz vun BMS plus all Niveau vun Schutz fir e Rack, Modul, Zell.
- Mechanesch Schued ass net relevant fir eise Fall, de Risiko vum Event ass vernoléissegt.
- Iwwerhëtzung vum Rack an all Batterien (Modulen, Zellen). Onkritesch bis 70-90 Grad. Wann d'Temperatur am UPS Installatiounsraum iwwer dës Wäerter eropgeet, heescht et datt et e Feier am Gebai ass. Ënner normalen Datenzenterbetribsbedéngungen ass de Risiko vun engem Event vernoléissegt.
- Reduzéiert Batterieliewen bei erhéigen Raumtemperaturen - laangfristeg Operatioun bei Temperaturen bis 40 Grad ass erlaabt ouni eng merkbar Ofsenkung vun der Batterieleszäit. Bläi-Batterien si ganz empfindlech op all Temperaturerhéijung a reduzéieren hir Rescht Liewen proportional zu der Erhéijung vun der Temperatur.
Loosst eis e Fluxdiagramm vum Risiko vun Accidenter mat Lithium-Ion Batterien an eisem Rechenzentrum, Serverraum Benotzungsfall kucken. Loosst eis d'Diagramm e bësse vereinfachen, well Lithium UPSs an idealen Bedéngungen operéiert ginn, wa mir d'Betribsbedéngungen vun de Batterien an Ärem Gadget, Telefon vergläichen.
CONCLUSION: Spezialiséiert Lithium-Batterien fir Datenzenter a Serverraum UPS hunn e genuch Schutzniveau géint Noutsituatiounen, an an enger ëmfaassender Léisung, eng grouss Zuel vu Graden vu verschiddene Schutz a méi wéi fënnef Joer Erfahrung am Betrib vun dëse Léisungen erlaben eis ze schwätzen en héije Sécherheetsniveau vun neien Technologien. Ënnert anerem sollte mir net vergiessen datt d'Operatioun vu Lithiumbatterien an eisem Secteur wéi "Treibhause" Bedéngungen fir Li-Ion Technologien ausgesäit: Am Géigesaz zu Ärem Smartphone an Ärer Tasche wäert keen d'Batterie am Rechenzentrum falen, iwwerhëtzt, entlaascht. all Dag, aktiv benotzt am Puffer Modus.
Dir kënnt méi Detailer erausfannen an iwwer eng spezifesch Léisung diskutéieren mat Lithium-Ion Batterien fir Äre Serverraum oder Datenzenter andeems Dir eng Ufro per E-Mail schéckt , oder andeems Dir eng Demande op der Websäit vun der Firma mécht .
OPEN TECHNOLOGIES - zouverlässeg ëmfaassend Léisunge vu Weltleit, speziell un Är Ziler an Ziler ugepasst.
Auteur: Kulikov Oleg
Leading Design Ingenieur
Integratioun Léisunge Departement
Open Technologies Company
Nëmme registréiert Benotzer kënnen un der Ëmfro deelhuelen. , wann ech glift.
Wat ass Är Meenung iwwer d'Sécherheet an d'Uwendbarkeet vun industrielle Léisunge baséiert op Li-Ion Technologien?
-
16,2%Geféierlech, selbstflammend, ënner kengen Ëmstänn géif ech et a mengem Serverraum setzen.11
-
10,3%Ech sinn net interesséiert an dëser, also mir periodesch klassesch Akkuen änneren, an alles OK.7
-
16,2%Mir mussen iwwerleeën ob et sécher a villverspriechend.11
-
23,5%Interessant, ech kucken op d'Méiglechkeeten.16
-
13,2%Interesséiert! Eng Kéier investéieren - a keng Angscht de ganzen Datenzenter ze iwwerwannen wéinst dem Ausfall vun enger Bleibatterie.9
-
20,6%Interessant! D'Virdeeler iwwerwannen d'Nodeeler an d'Risiken wäit.14
68 Benotzer hunn gestëmmt. 25 Benotzer hu sech enthalen.
Source: will.com