Hello, kawan-kawan!
Selepas artikel itu diterbitkan Terdapat banyak ulasan mengenai bahaya penyelesaian Li-Ion untuk pelayan dan pusat data. Oleh itu, hari ini kami akan cuba memikirkan apakah perbezaan antara penyelesaian litium industri untuk UPS dan bateri dalam alat anda, bagaimana keadaan operasi bateri di dalam bilik pelayan berbeza, mengapa dalam telefon Li-Ion bateri tidak tahan lama lebih daripada 2-3 tahun, dan dalam pusat data angka ini akan meningkat kepada 10 tahun atau lebih. Mengapa risiko kebakaran litium di pusat data/bilik pelayan adalah minimum.
Ya, kemalangan dengan bateri UPS adalah mungkin tanpa mengira jenis peranti storan tenaga, tetapi mitos "bahaya kebakaran" penyelesaian litium industri adalah tidak benar.
Lagipun ramai yang dah nampak dengan bateri litium dalam kereta yang bergerak di lebuh raya? Jadi, mari kita lihat, fikirkan, bandingkan...
Di sini kita melihat kes biasa pemanasan diri yang tidak terkawal, pelepasan haba bateri telefon, yang membawa kepada kejadian sedemikian. Anda akan berkata: DI SINI! Ia hanya telefon, hanya orang gila yang akan meletakkan sesuatu seperti itu dalam bilik pelayan!
Saya yakin selepas mempelajari bahan ini, pembaca akan mengubah pandangannya tentang isu ini.
Keadaan semasa dalam pasaran pusat data
Bukan rahsia lagi bahawa membina pusat data adalah pelaburan jangka panjang. Harga peralatan kejuruteraan sahaja boleh menjadi 50% daripada kos semua kos modal. Tempoh bayaran balik adalah kira-kira 10-15 tahun. Sememangnya, terdapat keinginan untuk mengurangkan jumlah kos pemilikan sepanjang keseluruhan kitaran hayat pusat data, dan pada masa yang sama juga peralatan kejuruteraan padat, membebaskan sebanyak mungkin ruang untuk muatan.
Penyelesaian optimum ialah lelaran baharu UPS perindustrian berdasarkan bateri Li-Ion, yang telah lama menyingkirkan "penyakit kanak-kanak" dalam bentuk bahaya kebakaran, algoritma pelepasan caj yang salah, dan telah memperoleh jisim mekanisme perlindungan.
Dengan peningkatan dalam kapasiti peralatan pengkomputeran dan rangkaian, permintaan untuk UPS semakin meningkat. Pada masa yang sama, keperluan untuk hayat bateri meningkat sekiranya berlaku masalah dengan bekalan kuasa terpusat dan/atau kegagalan semasa memulakan sumber kuasa sandaran dalam hal penggunaan/ketersediaan set penjana diesel.
Pada pendapat kami, terdapat dua sebab utama:
- Pertumbuhan pesat dalam jumlah maklumat yang diproses dan dihantar
Sebagai contoh, , yang
perlu disimpan dan diproses. - Pertumbuhan dalam dinamik penggunaan tenaga elektrik. Walaupun trend umum mengurangkan penggunaan tenaga peralatan IT, mengurangkan penggunaan tenaga khusus komponen elektronik.
Graf penggunaan tenaga hanya satu pusat data operasi
Trend yang sama ditunjukkan oleh ramalan pasaran pusat data di negara kita.Menurut laman web tersebut, jumlah ruang rak yang beroperasi adalah lebih daripada 20 ribu. βJumlah ruang rak yang beroperasi oleh 20 penyedia perkhidmatan pusat data terbesar pada 2017 meningkat sebanyak 3% dan mencecah 22,4 ribu (data setakat 1 Oktober, 2017),β β kata laporan Analitis CNews. Menurut agensi perunding, menjelang 2021 bilangan ruang rak dijangka meningkat kepada 49 ribu. Iaitu, dalam dua tahun kapasiti sebenar pusat data boleh berganda. Apakah kaitan ini? Pertama sekali, dengan peningkatan jumlah maklumat: disimpan dan diproses.
Selain awan, pemain menganggap pembangunan kapasiti pusat data di rantau ini sebagai titik pertumbuhan: mereka adalah satu-satunya segmen yang terdapat rizab untuk pembangunan perniagaan. Menurut IKS-Consulting, pada tahun 2016, wilayah tersebut hanya menyumbang 10% daripada semua sumber yang ditawarkan di pasaran, manakala modal dan wilayah Moscow menduduki 73% daripada pasaran, dan St. Petersburg dan wilayah Leningrad - 17%. Di rantau ini, masih terdapat kekurangan sumber pusat data dengan tahap toleransi kesalahan yang tinggi.
Menjelang 2025, jumlah keseluruhan data di dunia diunjurkan meningkat 10 kali ganda berbanding 2016.
Namun, sejauh manakah litium selamat untuk pelayan atau pusat data UPS?
Kelemahan: kos tinggi penyelesaian Li-Ion.
Harga bateri lithium-ion masih tinggi berbanding penyelesaian standard. Menurut anggaran SE, kos awal untuk UPS berkuasa tinggi melebihi 100 kVA untuk penyelesaian Li-Ion akan menjadi 1,5 kali lebih tinggi, tetapi akhirnya penjimatan pemilikan ialah 30-50%. Jika kita membuat perbandingan dengan kompleks perindustrian tentera negara lain, maka berikut adalah berita mengenai pelancaran di dengan bateri Li-Ion. Selalunya, bateri fosfat besi litium (LFP dalam foto) digunakan dalam penyelesaian sedemikian kerana harga relatifnya murah dan keselamatan yang lebih baik.
Artikel itu menyebut bahawa $100 juta telah dibelanjakan untuk bateri baharu untuk kapal selam, mari kita cuba menukarnya kepada nilai lain...4,2 ribu tan adalah anjakan bawah air kapal selam Jepun. Anjakan permukaan - 2,95 ribu tan. Sebagai peraturan, 20-25% daripada berat bot terdiri daripada bateri. Dari sini kami mengambil kira-kira 740 tan - bateri asid plumbum. Selanjutnya: jisim litium adalah kira-kira 1/3 daripada bateri asid plumbum -> 246 tan litium. Pada 70 kWj/kg untuk Li-Ion kami mendapat kira-kira 17 MWh kuasa tatasusunan bateri. Dan perbezaan dalam jisim bateri adalah lebih kurang 495 tan... Di sini kita tidak mengambil kira , yang memerlukan 14,5 tan perak setiap kapal selam, dan kos 4 kali ganda lebih tinggi daripada bateri asid plumbum. Biar saya ingatkan anda bahawa bateri Li-Ion kini hanya 1,5-2 kali lebih mahal daripada VRLA, bergantung pada kuasa penyelesaiannya.
Bagaimana dengan orang Jepun? Mereka terlambat ingat bahawa "meringankan bot" sebanyak 700 tan memerlukan perubahan dalam kelayakan laut dan kestabilannya... Mereka mungkin terpaksa menambah senjata di atas kapal untuk mengembalikan agihan berat reka bentuk bot.
Bateri litium-ion juga mempunyai berat kurang daripada bateri asid plumbum, jadi reka bentuk kapal selam kelas Soryu terpaksa direka bentuk semula untuk mengekalkan balast dan kestabilan.
Di Jepun, dua jenis bateri litium-ion telah dicipta dan dibawa ke keadaan operasi: litium-nikel-kobalt-aluminium-oksida (NCA) yang dihasilkan oleh GS Yuasa dan litium titanate (LTO) yang dihasilkan oleh Toshiba Corporation. Tentera laut Jepun akan menggunakan bateri NCA, manakala Australia ditawarkan bateri LTO untuk digunakan pada kapal selam kelas Soryu dalam tender baru-baru ini, menurut Kobayashi.
Mengetahui sikap hormat terhadap keselamatan di Negara Matahari Terbit, kita boleh menganggap bahawa isu keselamatan litium telah diselesaikan, diuji dan diperakui.
Risiko: bahaya kebakaran.
Di sinilah kita akan mengetahui tujuan penerbitan, kerana terdapat pendapat yang bertentangan secara diametrik tentang keselamatan penyelesaian ini. Tetapi ini semua adalah retorik, tetapi bagaimana pula dengan penyelesaian industri tertentu?
Kami telah membincangkan isu keselamatan dalam kami , tetapi mari kita membincangkan isu ini sekali lagi. Mari kita beralih kepada rajah, yang meneliti tahap perlindungan modul dan sel LMO/NMC bagi bateri yang dikeluarkan oleh Samsung SDI dan digunakan sebagai sebahagian daripada UPS Schneider Electric.
Proses kimia telah dibincangkan dalam artikel pengguna . Mari cuba memahami kemungkinan risiko dalam kes tertentu kami dan membandingkannya dengan perlindungan berbilang peringkat dalam sel Samsung SDI, yang merupakan bahagian penting rak Li-Ion Jenis G siap sedia sebagai sebahagian daripada penyelesaian komprehensif berdasarkan Galaxy VM .
Mari kita mulakan dengan carta alir kes umum risiko dan punca kebakaran dalam sel litium-ion.
Di bawah spoiler anda boleh mengkaji isu teori risiko kebakaran bateri lithium-ion dan fizik prosesGambar rajah blok awal risiko dan punca kebakaran (Bahaya Keselamatan) sel litium-ion daripada Tahun 2018.
Memandangkan bergantung pada struktur kimia sel litium-ion terdapat perbezaan dalam ciri pelarian haba sel, di sini kita akan memberi tumpuan kepada proses yang diterangkan dalam artikel dalam sel litium-nikel-kobalt-aluminium (berdasarkan LiNiCoAIO2) atau NCA.
Proses membangunkan kemalangan dalam sel boleh dibahagikan kepada tiga peringkat:
- peringkat 1 (Permulaan). Operasi normal sel apabila kecerunan peningkatan suhu tidak melebihi 0,2 darjah Celsius seminit, dan suhu sel itu sendiri tidak melebihi 130-200 darjah Celsius, bergantung pada struktur kimia sel;
- peringkat 2, memanaskan badan (Pecutan). Pada peringkat ini, suhu meningkat, kecerunan suhu meningkat dengan cepat, dan tenaga haba dibebaskan secara aktif. Secara umum, proses ini disertai dengan pembebasan gas. Evolusi gas yang berlebihan mesti diberi pampasan dengan pengendalian injap keselamatan;
- peringkat 3, pelarian haba (Rawayy). Pemanasan bateri melebihi 180-200 darjah. Dalam kes ini, bahan katod memasuki tindak balas disproportionation dan membebaskan oksigen. Ini adalah tahap pelarian haba, kerana dalam kes ini campuran gas mudah terbakar dengan oksigen mungkin berlaku, yang akan menyebabkan pembakaran spontan. Walau bagaimanapun, proses ini dalam beberapa kes boleh dikawal, baca - apabila rejim faktor luaran berubah, pelarian haba dalam beberapa kes berhenti tanpa akibat maut untuk ruang sekeliling. Kebolehgunaan dan prestasi sel litium itu sendiri selepas peristiwa ini tidak dipertimbangkan.
Suhu lari terma bergantung pada saiz sel, reka bentuk sel dan bahan. Suhu pelarian haba boleh berbeza dari 130 hingga 200 darjah Celsius. Masa pelarian haba boleh berbeza-beza dan berkisar dari minit, jam atau bahkan hari...
Bagaimana pula dengan sel jenis LMO/NMC dalam UPS lithium-ion?
β Untuk mengelakkan sentuhan anod dengan elektrolit, lapisan seramik digunakan sebagai sebahagian daripada sel (SFL). Pergerakan ion litium disekat pada 130 darjah Celsius.
β Sebagai tambahan kepada injap bolong pelindung, sistem perlindungan Over Charge Device (OSD) digunakan, yang berfungsi bersama fius dalaman dan mematikan sel yang rosak, menghalang proses pelarian haba daripada mencapai tahap berbahaya. Selain itu, sistem OSD dalaman akan mencetuskan lebih awal, apabila tekanan mencapai 3,5 kgf/cm2, iaitu separuh kurang daripada tekanan tindak balas injap keselamatan sel.
Dengan cara ini, fius sel akan beroperasi pada arus melebihi 2500 A dalam masa tidak lebih daripada 2 saat. Mari kita andaikan bahawa kecerunan suhu mencapai bacaan 10 darjah C/min. Dalam 10 saat, sel akan mempunyai masa untuk menambah kira-kira 1,7 darjah pada suhunya semasa dalam mod overclocking.
β Pemisah tiga lapisan dalam sel dalam mod cas semula akan menyekat peralihan ion litium ke anod sel. Suhu menyekat ialah 250 darjah Celsius.
Sekarang mari kita lihat apa yang kita ada dengan suhu sel; Mari kita bandingkan pada peringkat apakah jenis perlindungan yang berbeza dicetuskan pada peringkat sel.
β Sistem OSD β 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= tekanan luaran
Perlindungan tambahan terhadap arus lebihan.
β injap keselamatan 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= tekanan luar
- fius di dalam sel 2 saat pada 2500A (mod semasa melebihi)
Risiko pelarian haba sel secara langsung bergantung pada tahap/tahap cas sel, butiran lanjut di sini...Mari kita pertimbangkan kesan tahap cas sel dalam konteks risiko pelarian haba. Mari kita pertimbangkan jadual surat-menyurat antara suhu sel dan parameter SOC (Keadaan Caj, tahap pengecasan bateri).
Tahap pengecasan bateri diukur sebagai peratusan dan menunjukkan jumlah cas yang masih disimpan dalam bateri. Dalam kes ini, kami sedang mempertimbangkan mod pengecasan semula bateri. Ia boleh disimpulkan bahawa bergantung kepada kimia sel litium, bateri mungkin berkelakuan berbeza apabila dicas berlebihan dan mempunyai kerentanan yang berbeza terhadap pelarian haba. Ini disebabkan oleh kapasiti spesifik yang berbeza (A*h/gram) pelbagai jenis sel Li-Ion. Lebih besar kapasiti spesifik sel, lebih cepat pelepasan haba semasa pengecasan semula.
Selain itu, pada 100% SOC, litar pintas luaran sering menyebabkan pelarian haba sel. Sebaliknya, apabila sel berada pada 80% SOC, suhu pelarian haba maksimum sel beralih ke atas. Sel menjadi lebih tahan terhadap keadaan kecemasan.
Akhir sekali, untuk 70% SOC, litar pintas luaran mungkin tidak menyebabkan pelarian haba sama sekali. Iaitu, risiko pencucuhan sel berkurangan dengan ketara, dan senario yang paling mungkin adalah hanya operasi injap keselamatan bateri litium.
Di samping itu, daripada jadual kita boleh membuat kesimpulan bahawa LFP (lengkung ungu) bateri biasanya mempunyai kenaikan suhu yang curam, iaitu, peringkat "pemanasan badan" dengan lancar beralih ke peringkat "pelarian haba", dan kestabilan sistem ini untuk mengecas berlebihan agak teruk. Bateri LMO, seperti yang kita lihat, mempunyai ciri pemanasan yang lebih lancar apabila mengecas semula.
PENTING: Apabila sistem OSD dicetuskan, sel ditetapkan semula untuk memintas. Oleh itu, voltan pada rak dikurangkan, tetapi ia kekal beroperasi dan memberikan isyarat kepada sistem pemantauan UPS melalui sistem BMS rak itu sendiri. Dalam kes sistem UPS klasik dengan bateri VRLA, litar pintas atau putus dalam satu bateri dalam rentetan boleh menyebabkan kegagalan UPS secara keseluruhan dan kehilangan kefungsian peralatan IT.
Berdasarkan perkara di atas, bagi kes penggunaan penyelesaian litium dalam UPS, risiko berikut kekal relevan:
- Larian haba sel atau modul akibat litar pintas luaran - beberapa tahap perlindungan.
- Larian haba sel atau modul akibat kerosakan bateri dalaman - beberapa tahap perlindungan pada tahap sel atau modul.
- Caj berlebihan β perlindungan oleh BMS serta semua peringkat perlindungan untuk rak, modul, sel.
- Kerosakan mekanikal tidak relevan untuk kes kami, risiko kejadian itu boleh diabaikan.
- Terlalu panas rak dan semua bateri (modul, sel). Tidak kritikal sehingga 70-90 darjah. Jika suhu di dalam bilik pemasangan UPS meningkat melebihi nilai ini, ini bermakna terdapat kebakaran di dalam bangunan. Di bawah keadaan operasi pusat data biasa, risiko sesuatu peristiwa boleh diabaikan.
- Mengurangkan hayat bateri pada suhu bilik tinggi - operasi jangka panjang pada suhu sehingga 40 darjah dibenarkan tanpa pengurangan ketara dalam hayat bateri. Bateri plumbum sangat sensitif terhadap sebarang peningkatan suhu dan mengurangkan baki hayatnya mengikut kadar peningkatan suhu.
Mari kita lihat carta alir risiko kemalangan dengan bateri litium-ion di pusat data kami, kes penggunaan bilik pelayan. Mari kita ringkaskan sedikit rajah, kerana UPS litium akan dikendalikan dalam keadaan yang ideal, jika kita membandingkan keadaan operasi bateri dalam alat anda, telefon.
KESIMPULAN: Bateri litium khusus untuk pusat data dan bilik pelayan UPS mempunyai tahap perlindungan yang mencukupi terhadap situasi kecemasan, dan dalam penyelesaian yang komprehensif, sejumlah besar darjah pelbagai perlindungan dan lebih daripada lima tahun pengalaman dalam mengendalikan penyelesaian ini membolehkan kami bercakap tentang tahap keselamatan teknologi baharu yang tinggi. Antara lain, kita tidak boleh lupa bahawa operasi bateri litium dalam sektor kami kelihatan seperti keadaan "rumah hijau" untuk teknologi Li-Ion: tidak seperti telefon pintar anda di dalam poket anda, tiada siapa yang akan menjatuhkan bateri di pusat data, terlalu panas, nyahcas setiap hari, gunakan secara aktif dalam mod penimbal.
Anda boleh mengetahui butiran lanjut dan membincangkan penyelesaian khusus menggunakan bateri litium-ion untuk bilik pelayan atau pusat data anda dengan menghantar permintaan melalui e-mel , atau dengan membuat permintaan di tapak web syarikat .
TEKNOLOGI TERBUKA β penyelesaian komprehensif yang boleh dipercayai daripada pemimpin dunia, disesuaikan secara khusus kepada matlamat dan objektif anda.
Pengarang Kulikov Oleg
Jurutera Reka Bentuk Terkemuka
Jabatan Penyelesaian Integrasi
Syarikat Open Technologies
Hanya pengguna berdaftar boleh mengambil bahagian dalam tinjauan. , Sama-sama.
Apakah pendapat anda tentang keselamatan dan kebolehgunaan penyelesaian industri berdasarkan teknologi Li-Ion?
-
16,2% Berbahaya, menyala sendiri, dalam keadaan apa pun saya tidak akan meletakkannya di dalam bilik pelayan saya.11
-
10,3% Saya tidak berminat dengan perkara ini, jadi kami menukar bateri klasik secara berkala, dan semuanya OK.7
-
16,2% Kita perlu memikirkan sama ada ia mungkin selamat dan menjanjikan.11
-
23,5% Menarik, saya akan melihat kemungkinannya.16
-
13,2% Berminat! Melabur sekali - dan jangan takut untuk mengatasi keseluruhan pusat data kerana kegagalan satu bateri plumbum.9
-
20,6% Menarik! Kelebihan jauh mengatasi keburukan dan risiko.14
68 pengguna mengundi. 25 pengguna berpantang.
Sumber: www.habr.com