Sveiki, draugai!
Po straipsnio publikavimo Buvo daug komentarų apie ličio jonų sprendimų serveriams ir duomenų centrams pavojų. Todėl šiandien pabandysime išsiaiškinti, kuo skiriasi pramoniniai ličio sprendimai UPS ir jūsų programėlėje esanti baterija, kuo skiriasi baterijų veikimo sąlygos serverio patalpoje, kodėl ličio jonų telefone akumuliatorius laiko mažai. daugiau nei 2-3 metus, o duomenų centre šis skaičius padidės iki 10 ar daugiau metų. Kodėl ličio gaisro rizika duomenų centre/serverio patalpoje yra minimali.
Taip, avarijos su UPS akumuliatoriais galimos nepriklausomai nuo energijos kaupimo įrenginio tipo, tačiau mitas apie pramoninių ličio tirpalų „gaisro pavojų“ nėra teisingas.
Juk daugelis tai matė su ličio baterija automobilyje, važiuojančiame greitkeliu? Taigi, pažiūrėkime, išsiaiškinkime, palyginkime...
Čia matome tipišką nekontroliuojamo savaiminio įkaitimo, šiluminio telefono baterijos nubėgimo atvejį, dėl kurio įvyko toks incidentas. Jūs pasakysite: ČIA! Tai tik telefonas, tik pamišęs žmogus kažką panašaus į serverio patalpą padėtų!
Esu tikras, kad išstudijavę šią medžiagą skaitytojas pakeis savo požiūrį šiuo klausimu.
Dabartinė situacija duomenų centrų rinkoje
Ne paslaptis, kad duomenų centro statyba – ilgalaikė investicija. Vien inžinerinės įrangos kaina gali siekti 50% visų kapitalo sąnaudų. Atsipirkimo laikotarpis yra maždaug 10–15 metų. Natūralu, kad per visą duomenų centro gyvavimo ciklą norima sumažinti bendras nuosavybės išlaidas, o kartu ir kompaktišką inžinerinę įrangą, atlaisvinant kuo daugiau vietos naudingajam kroviniui.
Optimalus sprendimas – nauja ličio jonų baterijų pagrindu pagamintų pramoninių UPS iteracija, kuri jau seniai atsikratė „vaikystės ligų“ gaisro pavojaus, neteisingų įkrovimo-iškrovimo algoritmų pavidalu ir įgijo daugybę apsauginių mechanizmų.
Didėjant skaičiavimo ir tinklo įrangos pajėgumams, auga UPS paklausa. Tuo pačiu metu baterijos veikimo trukmės reikalavimai didėja iškilus problemų dėl centralizuoto maitinimo ir (arba) gedimų paleidžiant atsarginį maitinimo šaltinį esant dyzelinio generatoriaus agregato naudojimui/prieinamumui.
Mūsų nuomone, yra dvi pagrindinės priežastys:
- Spartus apdorojamos ir perduodamos informacijos apimties augimas
Pavyzdžiui, kuri
reikia išsaugoti ir apdoroti. - Elektros energijos vartojimo dinamikos augimas. Nepaisant bendros tendencijos mažinti IT įrangos energijos sąnaudas, mažinti specifinį elektroninių komponentų energijos suvartojimą.
Tik vieno veikiančio duomenų centro energijos suvartojimo grafikas
Tą pačią tendenciją demonstruoja ir mūsų šalies duomenų centrų rinkos prognozės.Pagal svetainę, bendras pradėtų eksploatuoti stelažų skaičius – daugiau nei 20 tūkst.. „20 didžiausių duomenų centrų paslaugų teikėjų pradėtų eksploatuoti stelažo vietų skaičius 2017 m. išaugo 3% ir pasiekė 22,4 tūkst. (spalio 1 d. duomenys, 2017),“ – sakoma „CNews Analytics“ ataskaitoje. Konsultuojančių agentūrų duomenimis, iki 2021 metų stelažų vietų skaičius turėtų išaugti iki 49 tūkst. Tai yra, per dvejus metus faktinis duomenų centro pajėgumas gali padvigubėti. Su kuo tai susiję? Visų pirma, didėjant informacijos kiekiui: tiek saugomos, tiek apdorojamos.
Be debesų, žaidėjai augimo taškais laiko duomenų centrų pajėgumų plėtrą regionuose: jie yra vienintelis segmentas, kuriame yra rezervas verslo plėtrai. „IKS-Consulting“ duomenimis, 2016 metais regionams teko tik 10% visų rinkoje siūlomų išteklių, o sostinė ir Maskvos sritis užėmė 73% rinkos, o Sankt Peterburgas ir Leningrado sritis – 17%. Regionuose ir toliau trūksta duomenų centro išteklių su dideliu atsparumu gedimams.
Prognozuojama, kad iki 2025 metų bendras duomenų kiekis pasaulyje padidės 10 kartų, palyginti su 2016 m.
Vis dėlto, ar ličio saugumas yra serverio ar duomenų centro UPS?
Trūkumas: didelė Li-Ion sprendimų kaina.
Ličio jonų akumuliatorių kaina vis dar yra didelė, palyginti su standartiniais sprendimais. SE apskaičiavimais, pradinės didelės galios UPS, kurių galia viršija 100 kVA, ličio jonų sprendimams sąnaudos bus 1,5 karto didesnės, tačiau galiausiai sutaupoma 30–50 proc. Jei palygintume su kitų šalių kariniu-pramoniniu kompleksu, tai štai naujienos apie startą su ličio jonų baterijomis. Gana dažnai tokiuose sprendimuose dėl santykinio pigumo ir didesnio saugumo yra naudojamos ličio geležies fosfato baterijos (LFP nuotraukoje).
Straipsnyje minima, kad naujoms povandeninio laivo baterijoms buvo išleista 100 milijonų dolerių, pabandykime konvertuoti į kitas vertybes...4,2 tūkst. tonų – japoniško povandeninio laivo povandeninė vandens talpa. Paviršinis poslinkis - 2,95 tūkst.t. Paprastai 20-25% valties svorio sudaro akumuliatoriai. Iš čia paimame apie 740 tonų švino-rūgštinių akumuliatorių. Be to: ličio masė yra maždaug 1/3 švino rūgšties akumuliatorių masės -> 246 tonos ličio. Esant 70 kWh/kg ličio jonų, gauname maždaug 17 MWh baterijų masyvo galios. O akumuliatorių masės skirtumas yra maždaug 495 tonos... Čia mes neatsižvelgiame , kuriems vienam povandeniniam laivui reikia 14,5 tonos sidabro ir kainuoja 4 kartus daugiau nei švino rūgšties akumuliatoriai. Priminsiu, kad Li-Ion baterijos dabar yra tik 1,5-2 kartus brangesnės nei VRLA, priklausomai nuo sprendimo galios.
O japonai? Jie per vėlai prisiminė, kad „palengvinus valtį“ 700 tonų, pasikeičia jo tinkamumas plaukioti ir stabilumas... Tikriausiai reikėjo įdėti į laivą ginklus, kad būtų grąžintas projektinis laivo svorio pasiskirstymas.
Ličio jonų baterijos taip pat sveria mažiau nei švino rūgšties akumuliatoriai, todėl norint išlaikyti balastą ir stabilumą, Soryu klasės povandeninio laivo dizainą teko šiek tiek pakeisti.
Japonijoje buvo sukurtos ir pradėtos naudoti dviejų tipų ličio jonų baterijos: ličio-nikelio-kobalto-aliuminio oksidas (NCA), kurį gamina GS Yuasa, ir ličio titanatas (LTO), kurį gamina Toshiba Corporation. Pasak Kobayashi, Japonijos karinis jūrų laivynas naudos NCA baterijas, o Australijai neseniai vykusiame konkurse buvo pasiūlytos KOP baterijos, skirtos naudoti Soryu klasės povandeniniuose laivuose.
Žinodami pagarbų požiūrį į saugumą Tekančios saulės šalyje, galime manyti, kad ličio saugos klausimai buvo išspręsti, išbandyti ir sertifikuoti.
Rizika: gaisro pavojus.
Čia išsiaiškinsime paskelbimo tikslą, nes yra visiškai priešingų nuomonių apie šių sprendimų saugumą. Bet visa tai yra retorika, o kaip dėl konkrečių pramonės sprendimų?
Saugumo klausimus jau aptarėme mūsų , bet dar kartą apsistokime ties šiuo klausimu. Pažvelkime į paveikslą, kuriame buvo išnagrinėtas Samsung SDI gaminamo akumuliatoriaus, naudojamo kaip Schneider Electric UPS dalis, modulio ir LMO/NMC elemento apsaugos lygis.
Cheminiai procesai buvo aptarti vartotojo straipsnyje . Pabandykime suprasti galimą riziką mūsų konkrečiu atveju ir palyginti jas su kelių lygių apsauga Samsung SDI elementuose, kurie yra neatskiriama paruošto G tipo ličio jonų stovo dalis, kaip visapusiško sprendimo, pagrįsto Galaxy VM, dalis. .
Pradėkime nuo bendros gaisro ličio jonų elemente rizikos ir priežasčių schemos.
Po spoileriu galite studijuoti teorinius ličio jonų akumuliatorių gaisro rizikos klausimus ir procesų fizikąPradinė ličio jonų elemento gaisro rizikos ir priežasčių (pavojus saugai) blokinė schema iš 2018 metais.
Kadangi, priklausomai nuo ličio jonų elemento cheminės struktūros, skiriasi elemento šiluminės išbėgimo charakteristikos, čia mes sutelksime dėmesį į straipsnyje aprašytą procesą ličio-nikelio-kobalto-aliuminio elemente (pagal LiNiCoAIO2). arba NCA.
Avarijos atsiradimo kameroje procesą galima suskirstyti į tris etapus:
- 1 etapas (pradėjimas). Normalus ląstelės veikimas, kai temperatūros padidėjimo gradientas neviršija 0,2 laipsnio Celsijaus per minutę, o pačios ląstelės temperatūra neviršija 130-200 laipsnių Celsijaus, priklausomai nuo ląstelės cheminės struktūros;
- 2 etapas, apšilimas (Acceleration). Šiame etape temperatūra pakyla, temperatūros gradientas sparčiai didėja, o šiluminė energija aktyviai išsiskiria. Apskritai šį procesą lydi dujų išsiskyrimas. Pernelyg didelis dujų išsiskyrimas turi būti kompensuojamas naudojant apsauginį vožtuvą;
- 3 etapas, terminis bėgimas (Runaway). Baterijos kaitinimas virš 180-200 laipsnių. Šiuo atveju katodo medžiaga patenka į disproporcijos reakciją ir išskiria deguonį. Tai yra šiluminio pabėgimo lygis, nes tokiu atveju gali susidaryti degiųjų dujų ir deguonies mišinys, kuris sukels savaiminį užsidegimą. Tačiau šį procesą kai kuriais atvejais galima valdyti, perskaityti – pasikeitus išorinių veiksnių režimui, terminis bėgimas kai kuriais atvejais sustoja be mirtinų pasekmių supančiai erdvei. Į paties ličio elemento tinkamumą naudoti ir veikimą po šių įvykių neatsižvelgiama.
Šiluminė temperatūra priklauso nuo ląstelės dydžio, elementų konstrukcijos ir medžiagos. Šiluminė išbėgimo temperatūra gali svyruoti nuo 130 iki 200 laipsnių Celsijaus. Terminis pabėgimo laikas gali skirtis ir svyruoti nuo minučių, valandų ar net dienų...
O kaip su LMO/NMC tipo elementais ličio jonų UPS?
– Kad anodas nesiliestų su elektrolitu, kaip elemento (SFL) dalis naudojamas keraminis sluoksnis. Ličio jonų judėjimas blokuojamas esant 130 laipsnių Celsijaus.
– Be apsauginio oro išleidimo vožtuvo, naudojama apsaugos nuo perkrovimo įrenginio (OSD) sistema, kuri veikia kartu su vidiniu saugikliu ir išjungia pažeistą elementą, neleidžiant šiluminiam bėgimo procesui pasiekti pavojingą lygį. Be to, vidinė OSD sistema įsijungs anksčiau, kai slėgis pasieks 3,5 kgf/cm2, tai yra perpus mažiau nei elemento apsauginio vožtuvo atsako slėgis.
Beje, elementų saugiklis veiks esant aukštesnei nei 2500 A srovėms ne ilgiau kaip per 2 sekundes. Tarkime, kad temperatūros gradientas pasiekia 10 laipsnių C/min. Per 10 sekundžių ląstelė turės laiko padidinti savo temperatūrą apie 1,7 laipsnio, kai veikia įsijungimo režimu.
– Trijų sluoksnių separatorius elemente įkrovimo režimu blokuos ličio jonų perėjimą į elemento anodą. Blokavimo temperatūra yra 250 laipsnių Celsijaus.
Dabar pažiūrėkime, ką turime su ląstelės temperatūra; Palyginkime, kokiais etapais ląstelės lygiu suveikia skirtingos apsaugos rūšys.
— OSD sistema – 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= išorinis slėgis
Papildoma apsauga nuo viršsrovių.
— apsauginis vožtuvas 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= išorinis slėgis
- saugiklis elemento viduje 2 sekundes esant 2500A (virš srovės režimas)
Celės terminio pabėgimo rizika tiesiogiai priklauso nuo elemento įkrovimo laipsnio/lygio, daugiau informacijos čia...Panagrinėkime elementų įkrovos lygio poveikį terminio pabėgimo rizikos kontekste. Panagrinėkime elemento temperatūros ir SOC parametro (State of Charge, akumuliatoriaus įkrovimo laipsnio) atitikimo lentelę.
Akumuliatoriaus įkrovos lygis matuojamas procentais ir parodo, kiek viso įkrovimo dar liko akumuliatoriuje. Šiuo atveju mes svarstome akumuliatoriaus įkrovimo režimą. Galima daryti išvadą, kad priklausomai nuo ličio elemento cheminės sudėties, akumuliatorius gali elgtis kitaip, kai jis perkraunamas, ir turi skirtingą jautrumą šiluminiam paleidimui. Taip yra dėl skirtingos skirtingų tipų ličio jonų elementų specifinės talpos (A*h/gramas). Kuo didesnė elemento specifinė talpa, tuo greičiau šiluma išsiskiria įkrovimo metu.
Be to, esant 100 % SOC, išorinis trumpasis jungimas dažnai sukelia terminį elemento pabėgimą. Kita vertus, kai ląstelėje yra 80% SOC, maksimali ląstelės šiluminė temperatūra pasislenka aukštyn. Ląstelė tampa atsparesnė avarinėms sąlygoms.
Galiausiai 70 % SOC išoriniai trumpieji jungimai gali visiškai nesukelti šiluminio pabėgimo. Tai yra, elementų užsidegimo rizika žymiai sumažėja, o labiausiai tikėtinas scenarijus yra tik ličio baterijos apsauginio vožtuvo veikimas.
Be to, iš lentelės galime daryti išvadą, kad akumuliatoriaus LFP (violetinė kreivė) paprastai smarkiai pakyla temperatūra, tai yra, „įšilimo“ stadija sklandžiai pereina į „šiluminio pabėgimo“ etapą, o akumuliatoriaus stabilumas. ši sistema perkrauti yra šiek tiek blogesnė. LMO baterijos, kaip matome, įkraunant įkaista sklandžiau.
SVARBU: Kai OSD sistema suveikia, elementas iš naujo nustatomas į apeiti. Taigi, stelažo įtampa sumažinama, tačiau ji išlieka veikianti ir perduoda signalą UPS stebėjimo sistemai per paties stovo BMS sistemą. Klasikinės UPS sistemos su VRLA akumuliatoriais atveju trumpasis jungimas arba vienos baterijos pertrauka gali sukelti viso UPS gedimą ir IT įrangos funkcionalumo praradimą.
Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, naudojant ličio tirpalus UPS, toliau nurodyta rizika:
- Terminis elemento ar modulio pabėgimas dėl išorinio trumpojo jungimo - keli apsaugos lygiai.
- Terminis elemento ar modulio nutekėjimas dėl vidinio akumuliatoriaus gedimo – keli apsaugos lygiai elemento ar modulio lygyje.
- Perkrovimas – apsauga BMS ir visų lygių apsauga stovui, moduliui, elementui.
- Mūsų atveju mechaniniai pažeidimai nėra aktualūs, įvykio rizika yra nereikšminga.
- Stovo ir visų baterijų (modulių, elementų) perkaitimas. Nekritiškas iki 70-90 laipsnių. Jei UPS įrengimo patalpoje temperatūra pakyla virš šių verčių, tai reiškia, kad pastate kilo gaisras. Įprastomis duomenų centro veikimo sąlygomis įvykio rizika yra nereikšminga.
- Sutrumpintas akumuliatoriaus veikimo laikas esant aukštesnei kambario temperatūrai – leidžiamas ilgalaikis veikimas iki 40 laipsnių temperatūroje be pastebimo baterijos veikimo trukmės sumažėjimo. Švino akumuliatoriai yra labai jautrūs bet kokiam temperatūros padidėjimui ir sumažina jų likusį tarnavimo laiką proporcingai temperatūros padidėjimui.
Pažvelkime į nelaimingų atsitikimų su ličio jonų akumuliatoriais rizikos schemą mūsų duomenų centre, serverio patalpos naudojimo atveju. Šiek tiek supaprastinkime schemą, nes ličio UPS veiks idealiomis sąlygomis, jei palyginsime jūsų programėlės, telefono baterijų veikimo sąlygas.
IŠVADA: Specializuotos ličio baterijos, skirtos duomenų centrų ir serverių patalpos UPS, turi pakankamą apsaugos lygį nuo avarinių situacijų, o kompleksiniame sprendime daugybė įvairių apsaugos laipsnių ir daugiau nei penkerių metų patirtis eksploatuojant šiuos sprendimus leidžia kalbėti apie aukštas naujų technologijų saugos lygis. Be kita ko, nereikėtų pamiršti, kad ličio baterijų veikimas mūsų sektoriuje atrodo kaip „šiltnamio“ sąlygos Li-Ion technologijoms: skirtingai nei išmanusis telefonas kišenėje, niekas neišmes baterijos duomenų centre, neperkais, neišsikraus. kiekvieną dieną, aktyviai naudoti buferio režimu.
Išsamiau sužinoti ir aptarti konkretų sprendimą naudojant ličio jonų baterijas savo serverių patalpai ar duomenų centrui galite atsiųsdami užklausą el. , arba pateikiant užklausą bendrovės interneto svetainėje .
ATVIROS TECHNOLOGIJOS – patikimi kompleksiniai pasaulio lyderių sprendimai, pritaikyti konkrečiai jūsų tikslams ir uždaviniams.
Autorius: Kulikovas Olegas
Vadovaujantis projektavimo inžinierius
Integracijos sprendimų skyrius
Open Technologies Company
Apklausoje gali dalyvauti tik registruoti vartotojai. , Prašau.
Kokia jūsų nuomonė apie pramoninių sprendimų, pagrįstų ličio jonų technologijomis, saugumą ir pritaikomumą?
-
16,2%Pavojingas, savaime užsidegantis, jokiu būdu nedėčiau į savo serverio kambarį.11
-
10,3%Man tai neįdomu, todėl periodiškai keičiame klasikines baterijas, ir viskas gerai.7
-
16,2%Turime pagalvoti, ar tai gali būti saugu ir perspektyvu.11
-
23,5%Įdomu, panagrinėsiu galimybes.16
-
13,2%Suinteresuotas! Investuokite vieną kartą – ir nebijokite perkrauti viso duomenų centro dėl vieno švino akumuliatoriaus gedimo.9
-
20,6%Įdomus! Privalumai gerokai nusveria trūkumus ir riziką.14
Balsavo 68 vartotojų. 25 vartotojai susilaikė.
Šaltinis: www.habr.com