Kumusta Mga Kaibigan!
Matapos mailathala ang artikulo Nagkaroon ng maraming komento tungkol sa mga panganib ng mga solusyon sa Li-Ion para sa mga server at data center. Samakatuwid, ngayon ay susubukan naming malaman kung ano ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga pang-industriya na solusyon sa lithium para sa isang UPS at ang baterya sa iyong gadget, kung paano naiiba ang mga kondisyon ng pagpapatakbo ng mga baterya sa isang silid ng server, bakit sa isang Li-Ion na telepono ang baterya ay hindi tumatagal. higit sa 2-3 taon, at sa isang data center ang bilang na ito ay tataas sa 10 o higit pang mga taon. Bakit ang mga panganib ng lithium fire sa isang data center/server room ay minimal.
Oo, ang mga aksidente sa mga baterya ng UPS ay posible anuman ang uri ng aparato sa pag-iimbak ng enerhiya, ngunit ang alamat ng "panganib sa sunog" ng mga pang-industriyang solusyon sa lithium ay hindi totoo.
Kung tutuusin, marami na ang nakakita niyan na may bateryang lithium sa isang kotse na gumagalaw sa highway? Kaya, tingnan natin, alamin ito, ihambing ...
Dito makikita natin ang isang tipikal na kaso ng hindi nakokontrol na pag-init sa sarili, thermal runaway ng baterya ng telepono, na humantong sa naturang insidente. Sasabihin mo: DITO! Phone lang yan, lokong tao lang ang maglalagay ng ganyan sa server room!
Sigurado ako na pagkatapos pag-aralan ang materyal na ito, babaguhin ng mambabasa ang kanyang pananaw sa isyung ito.
Kasalukuyang sitwasyon sa merkado ng data center
Hindi lihim na ang pagbuo ng isang data center ay isang pangmatagalang pamumuhunan. Ang presyo ng mga kagamitan sa engineering lamang ay maaaring 50% ng halaga ng lahat ng mga gastos sa kapital. Ang payback horizon ay humigit-kumulang 10-15 taon. Naturally, may pagnanais na bawasan ang kabuuang halaga ng pagmamay-ari sa buong ikot ng buhay ng data center, at kasabay nito ay ang mga compact engineering equipment, na nagpapalaya ng mas maraming espasyo hangga't maaari para sa payload.
Ang pinakamainam na solusyon ay isang bagong pag-ulit ng pang-industriya na UPS batay sa mga baterya ng Li-Ion, na matagal nang nag-alis ng "mga sakit sa pagkabata" sa anyo ng mga panganib sa sunog, hindi tamang mga algorithm ng pag-charge-discharge, at nakakuha ng isang masa ng mga mekanismo ng proteksyon.
Sa pagtaas ng kapasidad ng computing at network equipment, lumalaki ang demand para sa UPS. Kasabay nito, ang mga kinakailangan para sa buhay ng baterya ay tumaas sa kaso ng mga problema sa sentralisadong supply ng kuryente at/o mga pagkabigo kapag nagsisimula ng backup na pinagmumulan ng kuryente sa kaso ng paggamit/availability ng isang diesel generator set.
Sa aming opinyon, mayroong dalawang pangunahing dahilan:
- Mabilis na paglaki sa dami ng impormasyong naproseso at ipinadala
Halimbawa, , na
kailangang i-save at iproseso. - Paglago sa dinamika ng pagkonsumo ng elektrikal na enerhiya. Sa kabila ng pangkalahatang trend ng pagbabawas ng pagkonsumo ng enerhiya ng mga kagamitan sa IT, pagbabawas ng tiyak na pagkonsumo ng enerhiya ng mga elektronikong bahagi.
Ang graph ng pagkonsumo ng enerhiya ng isang operating data center lang
Ang parehong trend ay ipinapakita ng data center market forecasts sa ating bansa.Ayon sa site, ang kabuuang bilang ng mga rack space na inilagay sa operasyon ay higit sa 20 thousand. βAng bilang ng mga rack space na inilagay sa operasyon ng 20 pinakamalaking data center service provider noong 2017 ay tumaas ng 3% at umabot sa 22,4 thousand (data noong Oktubre 1, 2017),β β sabi ng ulat ng CNews Analytics. Ayon sa mga ahensya ng pagkonsulta, sa 2021 ang bilang ng mga rack space ay inaasahang tataas sa 49 thousand. Iyon ay, sa loob ng dalawang taon ang aktwal na kapasidad ng data center ay maaaring doble. Ano ang konektado dito? Una sa lahat, sa pagtaas ng dami ng impormasyon: parehong naka-imbak at naproseso.
Bilang karagdagan sa mga ulap, isinasaalang-alang ng mga manlalaro ang pagbuo ng mga kapasidad ng data center sa mga rehiyon bilang mga punto ng paglago: ang mga ito lamang ang segment kung saan mayroong reserba para sa pagpapaunlad ng negosyo. Ayon sa IKS-Consulting, noong 2016, ang mga rehiyon ay nagkakahalaga lamang ng 10% ng lahat ng mga mapagkukunan na inaalok sa merkado, habang ang kabisera at ang rehiyon ng Moscow ay sumasakop sa 73% ng merkado, at St. Petersburg at ang rehiyon ng Leningrad - 17%. Sa mga rehiyon, patuloy na may kakulangan ng mga mapagkukunan ng data center na may mataas na antas ng fault tolerance.
Sa 2025, ang kabuuang dami ng data sa mundo ay inaasahang tataas ng 10 beses kumpara noong 2016.
Gayunpaman, gaano kaligtas ang lithium para sa isang server o data center na UPS?
Disadvantage: mataas na halaga ng mga solusyon sa Li-Ion.
Ang presyo ng mga baterya ng lithium-ion ay mataas pa rin kumpara sa mga karaniwang solusyon. Ayon sa mga pagtatantya ng SE, ang mga paunang gastos para sa mga high-power na UPS na higit sa 100 kVA para sa mga solusyon sa Li-Ion ay magiging 1,5 beses na mas mataas, ngunit sa huli ang matitipid sa pagmamay-ari ay magiging 30-50%. Kung gagawa tayo ng paghahambing sa military-industrial complex ng ibang mga bansa, narito ang balita tungkol sa paglulunsad sa na may mga bateryang Li-Ion. Kadalasan, ang mga baterya ng lithium iron phosphate (LFP sa larawan) ay ginagamit sa mga naturang solusyon dahil sa kanilang kamag-anak na mura at higit na kaligtasan.
Binanggit ng artikulo na $100 milyon ang ginugol sa mga bagong baterya para sa submarino, subukan nating i-convert ito sa ibang mga halaga...4,2 thousand tons ang underwater displacement ng isang Japanese submarine. Pag-aalis ng ibabaw - 2,95 libong tonelada. Bilang isang tuntunin, 20-25% ng bigat ng bangka ay binubuo ng mga baterya. Mula dito kumukuha kami ng humigit-kumulang 740 tonelada - mga lead-acid na baterya. Dagdag pa: ang masa ng lithium ay humigit-kumulang 1/3 ng mga lead-acid na baterya -> 246 tonelada ng lithium. Sa 70 kWh/kg para sa Li-Ion nakakakuha tayo ng humigit-kumulang 17 MWh ng baterya array power. At ang pagkakaiba sa masa ng mga baterya ay humigit-kumulang 495 tonelada... Dito hindi namin isinasaalang-alang , na nangangailangan ng 14,5 toneladang pilak bawat submarino, at nagkakahalaga ng 4 na beses na mas mataas kaysa sa mga bateryang lead-acid. Ipaalala ko sa iyo na ang mga baterya ng Li-Ion ay 1,5-2 beses na lang na mas mahal kaysa sa VRLA, depende sa kapangyarihan ng solusyon.
Paano ang mga Hapon? Huli na nilang naalala na ang "pagpagaan ng bangka" ng 700 tonelada ay nangangailangan ng pagbabago sa pagiging karapat-dapat sa dagat at katatagan nito... Marahil ay kinailangan nilang magdagdag ng mga sandata sa barko upang maibalik ang pamamahagi ng bigat ng disenyo ng bangka.
Mas mababa din ang timbang ng mga bateryang Lithium-ion kaysa sa mga baterya ng lead-acid, kaya ang disenyo ng submarine na klase ng Soryu ay kailangang muling idisenyo upang mapanatili ang ballast at katatagan.
Sa Japan, dalawang uri ng mga lithium-ion na baterya ang ginawa at dinala sa kondisyon ng pagpapatakbo: lithium-nickel-cobalt-aluminum-oxide (NCA) na ginawa ng GS Yuasa at lithium titanate (LTO) na ginawa ng Toshiba Corporation. Ang Japanese navy ay gagamit ng mga baterya ng NCA, habang ang Australia ay inalok ng mga baterya ng LTO para gamitin sa Soryu-class na mga submarino sa kamakailang tender, ayon kay Kobayashi.
Dahil alam ang magalang na saloobin sa kaligtasan sa Land of the Rising Sun, maaari nating ipagpalagay na ang mga isyu sa kaligtasan ng lithium ay nalutas, nasubok at na-certify.
Panganib: panganib sa sunog.
Dito natin malalaman ang layunin ng paglalathala, dahil may magkasalungat na opinyon tungkol sa kaligtasan ng mga solusyong ito. Ngunit ito ay lahat ng retorika, ngunit paano ang tungkol sa mga partikular na solusyon sa industriya?
Napag-usapan na natin ang mga isyu sa seguridad sa ating , ngunit pag-isipan natin muli ang isyung ito. Bumaling tayo sa figure, na sinuri ang antas ng proteksyon ng module at LMO/NMC cell ng baterya na ginawa ng Samsung SDI at ginamit bilang bahagi ng Schneider Electric UPS.
Ang mga proseso ng kemikal ay tinalakay sa artikulo ng gumagamit . Subukan nating unawain ang mga posibleng panganib sa ating partikular na kaso at ihambing ang mga ito sa multi-level na proteksyon sa mga Samsung SDI cells, na isang mahalagang bahagi ng isang ready-made Type G Li-Ion rack bilang bahagi ng isang komprehensibong solusyon batay sa Galaxy VM .
Magsimula tayo sa isang pangkalahatang case flowchart ng mga panganib at sanhi ng sunog sa isang lithium-ion cell.
Sa ilalim ng spoiler maaari mong pag-aralan ang mga teoretikal na isyu ng mga panganib sa sunog ng mga baterya ng lithium-ion at ang pisika ng mga prosesoPaunang block diagram ng mga panganib at sanhi ng sunog (Safety Hazard) ng isang lithium-ion cell mula sa 2018 taon.
Dahil depende sa kemikal na istraktura ng lithium-ion cell mayroong mga pagkakaiba sa mga thermal runaway na katangian ng cell, dito ay tututuon natin ang proseso na inilarawan sa artikulo sa isang lithium-nickel-cobalt-aluminum cell (batay sa LiNiCoAIO2) o NCA.
Ang proseso ng pagbuo ng isang aksidente sa isang cell ay maaaring nahahati sa tatlong yugto:
- yugto 1 (Pagsisimula). Normal na operasyon ng cell kapag ang gradient ng pagtaas ng temperatura ay hindi lalampas sa 0,2 degrees Celsius kada minuto, at ang temperatura ng cell mismo ay hindi lalampas sa 130-200 degrees Celsius, depende sa kemikal na istraktura ng cell;
- stage 2, warming up (Acceleration). Sa yugtong ito, tumataas ang temperatura, mabilis na tumataas ang gradient ng temperatura, at aktibong inilalabas ang thermal energy. Sa pangkalahatan, ang prosesong ito ay sinamahan ng pagpapalabas ng mga gas. Ang labis na ebolusyon ng gas ay dapat mabayaran sa pamamagitan ng pagpapatakbo ng safety valve;
- stage 3, thermal runaway (Runaway). Pag-init ng baterya sa 180-200 degrees. Sa kasong ito, ang materyal ng cathode ay pumapasok sa isang disproportionation reaction at naglalabas ng oxygen. Ito ang antas ng thermal runaway, dahil sa kasong ito ang isang halo ng mga nasusunog na gas na may oxygen ay maaaring mangyari, na magiging sanhi ng kusang pagkasunog. Gayunpaman, ang prosesong ito sa ilang mga kaso ay maaaring kontrolin, basahin - kapag ang rehimen ng panlabas na mga kadahilanan ay nagbabago, ang thermal runaway sa ilang mga kaso ay tumitigil nang walang nakamamatay na mga kahihinatnan para sa nakapalibot na espasyo. Ang kakayahang magamit at pagganap ng lithium cell mismo pagkatapos ng mga kaganapang ito ay hindi isinasaalang-alang.
Ang thermal runaway na temperatura ay depende sa laki ng cell, disenyo ng cell, at materyal. Ang thermal runaway temperature ay maaaring mag-iba mula 130 hanggang 200 degrees Celsius. Ang thermal runaway time ay maaaring mag-iba at saklaw mula sa minuto, oras o kahit na araw...
Paano ang mga LMO/NMC type cells sa lithium-ion UPS?
β Upang maiwasan ang pagdikit ng anode sa electrolyte, ginagamit ang isang ceramic layer bilang bahagi ng cell (SFL). Ang paggalaw ng mga lithium ions ay naharang sa 130 degrees Celsius.
β Bilang karagdagan sa protective vent valve, ginagamit ang isang Over Charge Device (OSD) protection system, na gumagana kasabay ng internal fuse at pinapatay ang nasirang cell, na pumipigil sa thermal runaway na proseso na umabot sa mga mapanganib na antas. Bukod dito, ang panloob na sistema ng OSD ay magti-trigger nang mas maaga, kapag ang presyon ay umabot sa 3,5 kgf/cm2, iyon ay, kalahating mas mababa kaysa sa presyon ng tugon ng balbula ng kaligtasan ng cell.
Sa pamamagitan ng paraan, ang cell fuse ay gagana sa mga alon sa itaas ng 2500 A sa hindi hihigit sa 2 segundo. Ipagpalagay natin na ang gradient ng temperatura ay umabot sa pagbabasa na 10 degrees C/min. Sa loob ng 10 segundo, magkakaroon ng oras ang cell na magdagdag ng humigit-kumulang 1,7 degrees sa temperatura nito habang nasa overclocking mode.
β Ang isang tatlong-layer na separator sa cell sa recharge mode ay hahadlang sa paglipat ng mga lithium ions sa anode ng cell. Ang temperatura ng pagharang ay 250 degrees Celsius.
Ngayon tingnan natin kung ano ang mayroon tayo sa temperatura ng cell; Ihambing natin sa kung anong mga yugto ang iba't ibang uri ng mga proteksyon ay na-trigger sa antas ng cell.
β OSD system β 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= panlabas na presyon
Karagdagang proteksyon laban sa mga overcurrent.
β safety valve 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= panlabas na presyon
- fuse sa loob ng cell 2 segundo sa 2500A (over current mode)
Ang panganib ng thermal runaway ng isang cell ay direktang nakasalalay sa antas/antas ng singil ng cell, higit pang mga detalye dito...Isaalang-alang natin ang epekto ng antas ng singil ng cell sa konteksto ng mga panganib ng thermal runaway. Isaalang-alang natin ang talahanayan ng pagsusulatan sa pagitan ng temperatura ng cell at ng parameter ng SOC (State of Charge, antas ng singil ng baterya).
Ang antas ng singil ng baterya ay sinusukat bilang isang porsyento at ipinapakita kung gaano karami sa kabuuang singil ang nananatiling nakaimbak sa baterya. Sa kasong ito, isinasaalang-alang namin ang mode ng recharging ng baterya. Maaari itong tapusin na depende sa kimika ng lithium cell, ang baterya ay maaaring kumilos nang iba kapag nag-overcharge at may iba't ibang pagkamaramdamin sa thermal runaway. Ito ay dahil sa iba't ibang partikular na kapasidad (A*h/gram) ng iba't ibang uri ng Li-Ion cells. Kung mas malaki ang tiyak na kapasidad ng cell, mas mabilis ang paglabas ng init sa panahon ng recharging.
Bukod pa rito, sa 100% SOC, ang isang panlabas na short circuit ay kadalasang nagiging sanhi ng thermal runaway ng cell. Sa kabilang banda, kapag ang cell ay nasa 80% SOC, ang maximum na thermal runaway na temperatura ng cell ay nagbabago paitaas. Ang cell ay nagiging mas lumalaban sa mga kondisyong pang-emergency.
Sa wakas, para sa 70% SOC, ang mga panlabas na short circuit ay maaaring hindi maging sanhi ng thermal runaway. Iyon ay, ang panganib ng cell ignition ay makabuluhang nabawasan, at ang pinaka-malamang na senaryo ay ang pagpapatakbo lamang ng balbula ng kaligtasan ng baterya ng lithium.
Bilang karagdagan, mula sa talahanayan maaari nating tapusin na ang LFP (purple curve) ng isang baterya ay karaniwang may matarik na pagtaas ng temperatura, iyon ay, ang yugto ng "warm-up" ay maayos na lumilipat sa yugto ng "thermal runaway", at ang katatagan ng ang sistemang ito sa sobrang pagsingil ay medyo mas malala. Ang mga baterya ng LMO, tulad ng nakikita natin, ay may mas malinaw na katangian ng pag-init kapag nagre-recharge.
MAHALAGA: Kapag ang OSD system ay na-trigger, ang cell ay ni-reset upang mag-bypass. Kaya, ang boltahe sa rack ay nabawasan, ngunit ito ay nananatili sa operasyon at nagbibigay ng isang senyas sa UPS monitoring system sa pamamagitan ng BMS system ng rack mismo. Sa kaso ng isang klasikong UPS system na may mga VRLA na baterya, ang isang short circuit o break sa loob ng isang baterya sa isang string ay maaaring humantong sa pagkabigo ng UPS sa kabuuan at pagkawala ng functionality ng IT equipment.
Batay sa itaas, para sa kaso ng paggamit ng mga solusyon sa lithium sa UPS, ang mga sumusunod na panganib ay nananatiling may kaugnayan:
- Thermal runaway ng isang cell o module bilang isang resulta ng isang panlabas na short circuit - ilang mga antas ng proteksyon.
- Thermal runaway ng isang cell o module bilang resulta ng isang internal na malfunction ng baterya - ilang antas ng proteksyon sa antas ng cell o module.
- Overcharge β proteksyon ng BMS kasama ang lahat ng antas ng proteksyon para sa isang rack, module, cell.
- Ang mekanikal na pinsala ay hindi nauugnay para sa aming kaso, ang panganib ng kaganapan ay bale-wala.
- Ang sobrang pag-init ng rack at lahat ng baterya (mga module, mga cell). Hindi kritikal hanggang sa 70-90 degrees. Kung ang temperatura sa silid ng pag-install ng UPS ay tumaas sa itaas ng mga halagang ito, nangangahulugan ito na may sunog sa gusali. Sa ilalim ng normal na kundisyon ng pagpapatakbo ng data center, bale-wala ang panganib ng isang kaganapan.
- Pinababang buhay ng baterya sa mataas na temperatura ng silid - pinapayagan ang pangmatagalang operasyon sa temperatura na hanggang 40 degrees nang walang kapansin-pansing pagbaba sa buhay ng baterya. Ang mga lead na baterya ay napakasensitibo sa anumang pagtaas ng temperatura at binabawasan ang kanilang natitirang buhay sa proporsyon sa pagtaas ng temperatura.
Tingnan natin ang isang flowchart ng panganib ng mga aksidente sa mga baterya ng lithium-ion sa aming data center, kaso ng paggamit ng silid ng server. Pasimplehin natin nang kaunti ang diagram, dahil ang mga lithium UPS ay tatakbo sa perpektong kondisyon, kung ihahambing natin ang mga kondisyon ng pagpapatakbo ng mga baterya sa iyong gadget, telepono.
Konklusyon: Ang mga espesyal na baterya ng lithium para sa data center at server room na mga UPS ay may sapat na antas ng proteksyon laban sa mga sitwasyong pang-emergency, at sa isang komprehensibong solusyon, maraming antas ng iba't ibang proteksyon at higit sa limang taong karanasan sa pagpapatakbo ng mga solusyong ito ay nagpapahintulot sa amin na magsalita tungkol sa isang mataas na antas ng kaligtasan ng mga bagong teknolohiya. Sa iba pang mga bagay, hindi natin dapat kalimutan na ang pagpapatakbo ng mga baterya ng lithium sa ating sektor ay mukhang mga kondisyon ng "greenhouse" para sa mga teknolohiya ng Li-Ion: hindi tulad ng iyong smartphone sa iyong bulsa, walang mag-drop ng baterya sa data center, mag-overheat, discharge araw-araw, aktibong gamitin sa buffer mode.
Maaari mong malaman ang higit pang mga detalye at talakayin ang isang partikular na solusyon gamit ang mga lithium-ion na baterya para sa iyong server room o data center sa pamamagitan ng pagpapadala ng kahilingan sa pamamagitan ng email , o sa pamamagitan ng paghiling sa website ng kumpanya .
OPEN TECHNOLOGIES β maaasahang komprehensibong solusyon mula sa mga pinuno ng mundo, partikular na inangkop sa iyong mga layunin at layunin.
May-akda: Kulikov Oleg
Nangungunang Design Engineer
Departamento ng Mga Solusyon sa Pagsasama
Open Technologies Company
Ang mga rehistradong user lamang ang maaaring lumahok sa survey. , pakiusap
Ano ang iyong opinyon sa kaligtasan at pagiging angkop ng mga pang-industriyang solusyon batay sa mga teknolohiyang Li-Ion?
-
16,2%Mapanganib, nagniningas sa sarili, sa anumang pagkakataon ay hindi ko ito ilalagay sa aking silid ng server.11
-
10,3%Hindi ako interesado dito, kaya pana-panahon kaming nagbabago ng mga klasikong baterya, at lahat ay OK.7
-
16,2%Kailangan nating pag-isipan kung ito ba ay ligtas at may pag-asa.11
-
23,5%Interesting, titingnan ko ang mga posibilidad.16
-
13,2%Interesado! Mamuhunan nang isang beses - at huwag matakot na puspusan ang buong data center dahil sa pagkabigo ng isang lead na baterya.9
-
20,6%Interesting! Ang mga kalamangan ay higit pa sa mga disadvantage at panganib.14
68 user ang bumoto. 25 na user ang umiwas.
Pinagmulan: www.habr.com