Merhaba arkadaşlar!
Makale yayınlandıktan sonra Li-Ion çözümlerinin sunucu ve veri merkezlerine yönelik tehlikeleri hakkında birçok yorum yapıldı. Bu nedenle bugün, bir UPS için endüstriyel lityum çözümleri ile cihazınızdaki pil arasındaki farkların neler olduğunu, sunucu odasındaki pillerin çalışma koşullarının nasıl farklı olduğunu, bir Li-Ion telefonda pilin neden hiç dayanmadığını anlamaya çalışacağız. 2-3 yıldan fazla, bir veri merkezinde ise bu rakam 10 yıla ve daha fazlasına çıkacak. Bir veri merkezinde/sunucu odasında lityum yangını riski neden minimum düzeydedir?
Evet, enerji depolama cihazının türü ne olursa olsun UPS akülerinden kaynaklanan kazalar mümkündür ancak endüstriyel lityum çözümlerinin "yangın tehlikesi" efsanesi doğru değildir.
Sonuçta bunu birçok kişi gördü otoyolda hareket eden bir arabanın içindeki lityum pille mi? Öyleyse görelim, anlayalım, karşılaştıralım...
Burada, böyle bir olaya yol açan, telefon pilinin kontrolsüz bir şekilde kendi kendine ısınması ve termal kaçak yapmasının tipik bir örneğini görüyoruz. Diyeceksiniz ki: BURADA! Bu sadece bir telefon, sadece deli biri böyle bir şeyi sunucu odasına koyabilir!
Eminim bu materyali inceledikten sonra okuyucunun bu konudaki bakış açısı değişecektir.
Veri merkezi pazarındaki mevcut durum
Bir veri merkezi kurmanın uzun vadeli bir yatırım olduğu bir sır değil. Tek başına mühendislik ekipmanının fiyatı, tüm sermaye maliyetlerinin maliyetinin %50'si kadar olabilir. Geri ödeme süresi yaklaşık 10-15 yıldır. Doğal olarak, veri merkezinin tüm yaşam döngüsü boyunca toplam sahip olma maliyetini ve aynı zamanda kompakt mühendislik ekipmanını azaltarak yük için mümkün olduğunca fazla alan açma isteği vardır.
En uygun çözüm, yangın tehlikeleri, yanlış şarj-deşarj algoritmaları şeklindeki "çocukluk hastalıklarından" uzun süredir kurtulmuş ve çok sayıda koruyucu mekanizma edinmiş olan Li-Ion akülere dayanan endüstriyel UPS'in yeni bir versiyonudur.
Bilgi işlem ve ağ ekipmanı kapasitesinin artmasıyla birlikte UPS'e olan talep de artıyor. Aynı zamanda, merkezi güç kaynağında sorun yaşanması ve/veya dizel jeneratör setinin kullanılması/mevcut olması durumunda yedek güç kaynağı çalıştırılırken arıza yaşanması durumunda akü ömrü gereksinimleri artar.
Bize göre bunun iki temel nedeni var:
- İşlenen ve iletilen bilgi hacminde hızlı büyüme
Örneğin, , hangi
kaydedilmesi ve işlenmesi gerekmektedir. - Elektrik enerjisi tüketiminin dinamiklerindeki büyüme. BT ekipmanının enerji tüketimini azaltma yönündeki genel eğilime rağmen, elektronik bileşenlerin spesifik enerji tüketimi de azaltılıyor.
Çalışan tek bir veri merkezinin enerji tüketimi grafiği
Ülkemizdeki veri merkezi pazar tahminleri de aynı eğilimi gösteriyor.Siteye göre, devreye alınan toplam raf alanı sayısı 20 binin üzerindedir.“En büyük 20 veri merkezi servis sağlayıcısının 2017 yılında devreye aldığı raf alanı sayısı %3 artarak 22,4 bine ulaştı (1 Ekim 2017 verileri). 2021)” diyor CNews Analytics raporu. Danışmanlık ajanslarına göre 49 yılına kadar raf alanı sayısının XNUMX bine çıkması bekleniyor. Yani iki yıl içinde veri merkezinin fiili kapasitesi iki katına çıkabilir. Bunun neyle bağlantısı var? Her şeyden önce, bilgi hacminin artmasıyla birlikte: hem depolanan hem de işlenen.
Oyuncular, bulutların yanı sıra bölgelerdeki veri merkezi kapasitelerinin gelişimini de büyüme noktaları olarak görüyor: iş geliştirme için rezervin olduğu tek segment onlardır. IKS-Consulting'e göre, 2016 yılında bölgeler piyasaya sunulan tüm kaynakların yalnızca %10'unu oluştururken, başkent ve Moskova bölgesi pazarın %73'ünü, St. Petersburg ve Leningrad bölgesi ise %17'sini oluşturuyordu. Bölgelerde, yüksek derecede hata toleransına sahip veri merkezi kaynakları sıkıntısı yaşanmaya devam ediyor.
2025 yılına gelindiğinde dünyadaki toplam veri miktarının 10 yılına göre 2016 kat artması öngörülüyor.
Yine de bir sunucu veya veri merkezi UPS'si için lityum ne kadar güvenlidir?
Dezavantajı: Li-Ion çözümlerinin yüksek maliyeti.
Lityum iyon pillerin fiyatı standart çözümlerle karşılaştırıldığında hala yüksek. SE tahminlerine göre, Li-Ion çözümleri için 100 kVA'nın üzerindeki yüksek güçlü UPS'lerin başlangıç maliyetleri 1,5 kat daha yüksek olacak, ancak sonuçta sahip olma tasarrufu %30-50 olacaktır. Diğer ülkelerin askeri-endüstriyel kompleksiyle karşılaştırma yaparsak, işte lansmanla ilgili haberler Li-Ion pillerle. Oldukça sık olarak, göreceli ucuzluğu ve daha fazla güvenliği nedeniyle bu tür çözümlerde lityum demir fosfat piller (fotoğraftaki LFP) kullanılır.
Yazıda denizaltının yeni bataryalarına 100 milyon dolar harcandığı belirtiliyor, bunu başka değerlere çevirmeye çalışalım...4,2 bin ton, bir Japon denizaltısının su altı deplasmanıdır. Yüzey deplasmanı - 2,95 bin ton. Kural olarak tekne ağırlığının %20-25'i akülerden oluşur. Buradan yaklaşık 740 ton kurşun-asit akü alıyoruz. Ayrıca: Lityumun kütlesi kurşun-asit akülerin kütlesinin yaklaşık 1/3'üdür -> 246 ton lityum. Li-Ion için 70 kWh/kg'da yaklaşık 17 MWh pil dizisi gücü elde ediyoruz. Ve pillerin kütlesindeki fark yaklaşık 495 ton... Burada dikkate almıyoruz Denizaltı başına 14,5 ton gümüş gerektiren ve kurşun asitli akülerden 4 kat daha pahalı olan. Li-Ion pillerin artık çözümün gücüne bağlı olarak VRLA'dan yalnızca 1,5-2 kat daha pahalı olduğunu hatırlatayım.
Peki ya Japonlar? "Tekneyi 700 ton hafifletmenin" denize elverişliliğinde ve stabilitesinde bir değişiklik gerektirdiğini çok geç hatırladılar... Muhtemelen teknenin tasarım ağırlık dağılımını geri döndürmek için gemiye silah eklemek zorunda kaldılar.
Lityum-iyon piller ayrıca kurşun-asit pillerden daha hafiftir, bu nedenle Soryu sınıfı denizaltı tasarımının, balast ve stabiliteyi korumak için bir şekilde yeniden tasarlanması gerekiyordu.
Japonya'da iki tür lityum iyon pil oluşturuldu ve çalışır duruma getirildi: GS Yuasa tarafından üretilen lityum-nikel-kobalt-alüminyum oksit (NCA) ve Toshiba Corporation tarafından üretilen lityum titanat (LTO). Kobayashi'ye göre Japon donanması NCA bataryalarını kullanacak, yakın zamanda yapılan bir ihalede ise Avustralya'ya Soryu sınıfı denizaltılarda kullanılmak üzere LTO bataryaları teklif edildi.
Yükselen Güneş Ülkesi'nde güvenliğe yönelik saygılı tutumu bildiğimizden, lityum güvenliği sorunlarının çözüldüğünü, test edildiğini ve onaylandığını varsayabiliriz.
Risk: yangın tehlikesi.
Bu çözümlerin güvenliği konusunda taban tabana zıt görüşler olduğundan, yayınlanma amacını burada çözeceğiz. Ancak bunların hepsi retorik, peki ya spesifik endüstriyel çözümler?
Güvenlik konularını daha önce tartışmıştık. ama yine de bu konu üzerinde duralım. Samsung SDI tarafından üretilen ve Schneider Electric UPS'in bir parçası olarak kullanılan akünün modülünün ve LMO/NMC hücresinin koruma düzeyini inceleyen şekle dönelim.
Kullanıcının makalesinde kimyasal süreçler tartışıldı . Özel durumumuzdaki olası riskleri anlamaya çalışalım ve bunları, Galaxy VM tabanlı kapsamlı bir çözümün parçası olarak hazır Type G Li-Ion rafın ayrılmaz bir parçası olan Samsung SDI hücrelerindeki çok seviyeli korumayla karşılaştıralım. .
Bir lityum iyon hücresindeki yangının risklerini ve nedenlerini gösteren genel bir durum akış şemasıyla başlayalım.
Spoiler altında lityum iyon pillerin yangın riskleri ve süreçlerin fiziği ile ilgili teorik konuları inceleyebilirsiniz.Bir lityum iyon hücresinin yangın riskleri ve nedenlerine (Güvenlik Tehlikesi) ilişkin ilk blok diyagram 2018 yıl.
Lityum-iyon hücresinin kimyasal yapısına bağlı olarak hücrenin termal kaçak özelliklerinde farklılıklar olduğundan, burada makalede lityum-nikel-kobalt-alüminyum hücresinde (LiNiCoAIO2'ye dayalı) açıklanan prosese odaklanacağız. veya NCA.
Bir hücrede kaza geliştirme süreci üç aşamaya ayrılabilir:
- aşama 1 (Başlangıç). Hücrenin kimyasal yapısına bağlı olarak, sıcaklık artış gradyanı dakikada 0,2 santigrat dereceyi aşmadığında ve hücre sıcaklığının kendisi 130-200 santigrat dereceyi aşmadığında hücrenin normal çalışması;
- aşama 2, ısınma (Hızlanma). Bu aşamada sıcaklık yükselir, sıcaklık gradyanı hızla artar ve termal enerji aktif olarak açığa çıkar. Genel olarak bu sürece gazların salınması eşlik eder. Aşırı gaz çıkışı emniyet valfinin çalıştırılmasıyla telafi edilmelidir;
- aşama 3, termal kaçak (Kaçak). Pil 180-200 derecenin üzerinde ısınıyor. Bu durumda katot malzemesi orantısızlık reaksiyonuna girerek oksijen açığa çıkarır. Bu, termal kaçak seviyesidir, çünkü bu durumda yanıcı gazların oksijenle karışımı meydana gelebilir ve bu da kendiliğinden yanmaya neden olur. Bununla birlikte, bazı durumlarda bu süreç kontrol edilebilir, okunabilir - dış faktörlerin rejimi değiştiğinde, bazı durumlarda termal kaçak, çevredeki alan için ölümcül sonuçlara yol açmadan durur. Bu olaylardan sonra lityum pilin kendisinin kullanılabilirliği ve performansı dikkate alınmaz.
Termal kaçak sıcaklığı hücre boyutuna, hücre tasarımına ve malzemeye bağlıdır. Termal kaçak sıcaklığı 130 ila 200 santigrat derece arasında değişebilir. Termal kaçak süresi değişebilir ve dakikalar, saatler ve hatta günler arasında değişebilir...
Lityum iyon UPS'lerdeki LMO/NMC tipi hücreler ne olacak?
– Anotun elektrolitle temasını önlemek için hücrenin (SFL) bir parçası olarak seramik bir katman kullanılır. Lityum iyonlarının hareketi 130 santigrat derecede engellenir.
– Koruyucu havalandırma valfine ek olarak, dahili bir sigorta ile birlikte çalışarak hasarlı hücreyi kapatan ve termal kaçak sürecinin tehlikeli seviyelere ulaşmasını önleyen Aşırı Şarj Cihazı (OSD) koruma sistemi kullanılır. Üstelik dahili OSD sistemi, basınç 3,5 kgf/cm2'ye ulaştığında, yani hücrenin emniyet valfinin tepki basıncının yarısı kadar daha düşük bir değere ulaştığında daha erken tetiklenecektir.
Bu arada, hücre sigortası 2500 saniyeden fazla olmayan bir sürede 2 A'nın üzerindeki akımlarda çalışacaktır. Sıcaklık gradyanının 10 derece C/dakika değerine ulaştığını varsayalım. 10 saniye içinde hücrenin hız aşırtma modunda sıcaklığına yaklaşık 1,7 derece ekleme zamanı olacaktır.
– Şarj modundaki hücrede bulunan üç katmanlı ayırıcı, lityum iyonlarının hücrenin anotuna geçişini engelleyecektir. Engelleme sıcaklığı 250 santigrat derecedir.
Şimdi hücre sıcaklığıyla ilgili elimizde ne olduğuna bakalım; Hücre düzeyinde farklı koruma türlerinin hangi aşamalarda tetiklendiğini karşılaştıralım.
— OSD sistemi – 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= harici basınç
Aşırı akımlara karşı ek koruma.
— emniyet valfi 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= dış basınç
- hücre içinde sigorta 2A'de 2500 saniye (aşırı akım modu)
Bir hücrenin termal kaçak riski doğrudan hücrenin şarj derecesine/seviyesine bağlıdır, daha fazla ayrıntı burada...Isıl kaçak riskleri bağlamında hücre şarj seviyesinin etkisini ele alalım. Hücre sıcaklığı ile SOC parametresi (Şarj Durumu, pilin şarj derecesi) arasındaki yazışma tablosunu ele alalım.
Pil şarj düzeyi yüzde olarak ölçülür ve toplam şarjın ne kadarının pilde depolandığını gösterir. Bu durumda pil şarj modunu düşünüyoruz. Lityum hücrenin kimyasına bağlı olarak pilin aşırı şarj edildiğinde farklı davranabileceği ve termal kaçaklara karşı farklı duyarlılığa sahip olabileceği sonucuna varılabilir. Bunun nedeni, farklı Li-İyon hücre türlerinin farklı spesifik kapasitelerine (A*h/gram) bağlıdır. Hücrenin özgül kapasitesi ne kadar büyük olursa, yeniden şarj sırasında ısı salınımı da o kadar hızlı olur.
Ek olarak %100 SOC'de harici bir kısa devre sıklıkla hücrenin termal kaçmasına neden olur. Öte yandan, hücre %80 SOC'de olduğunda hücrenin maksimum termal kaçak sıcaklığı yukarı doğru kayar. Hücre acil durumlara karşı daha dayanıklı hale gelir.
Son olarak %70 SOC için harici kısa devreler hiçbir şekilde termal kaçağa neden olmayabilir. Yani, hücrenin tutuşma riski önemli ölçüde azalır ve en olası senaryo yalnızca lityum pilin emniyet valfinin çalışmasıdır.
Ek olarak, tablodan bir pilin LFP'sinin (mor eğri) genellikle dik bir sıcaklık artışına sahip olduğu, yani "ısınma" aşamasının sorunsuz bir şekilde "termal kaçak" aşamasına geçtiği ve pilin stabilitesinin olduğu sonucuna varabiliriz. Bu sistemin aşırı şarj olması biraz daha kötü. LMO pilleri, gördüğümüz gibi, şarj olurken daha yumuşak bir ısınma özelliğine sahiptir.
ÖNEMLİ: OSD sistemi tetiklendiğinde hücre bypass moduna sıfırlanır. Böylece raftaki voltaj azalır, ancak çalışır durumda kalır ve rafın BMS sistemi aracılığıyla UPS izleme sistemine bir sinyal sağlar. VRLA akülü klasik bir UPS sisteminde, bir dizideki bir aküde meydana gelen kısa devre veya kesinti, UPS'in bir bütün olarak arızalanmasına ve BT ekipmanının işlevselliğinin kaybolmasına neden olabilir.
Yukarıdakilere dayanarak, UPS'te lityum çözümlerinin kullanılması durumunda aşağıdaki riskler geçerli olmaya devam etmektedir:
- Harici kısa devre sonucu bir hücrenin veya modülün termal kaçması - çeşitli koruma seviyeleri.
- Dahili pil arızası sonucu bir hücrenin veya modülün termal kaçması - hücre veya modül seviyesinde çeşitli koruma seviyeleri.
- Aşırı şarj – BMS korumasının yanı sıra raf, modül ve hücre için tüm koruma seviyeleri.
- Bizim durumumuz için mekanik hasar söz konusu değildir, olayın riski ihmal edilebilir düzeydedir.
- Rafın ve tüm pillerin (modüller, hücreler) aşırı ısınması. 70-90 dereceye kadar kritik değil. UPS kurulum odasındaki sıcaklık bu değerlerin üzerine çıkarsa binada yangın var demektir. Normal veri merkezi çalışma koşullarında olay riski ihmal edilebilir düzeydedir.
- Yüksek oda sıcaklıklarında pil ömrünün azalması - pil ömründe gözle görülür bir azalma olmadan 40 dereceye kadar sıcaklıklarda uzun süreli çalışmaya izin verilir. Kurşun aküler, herhangi bir sıcaklık artışına karşı çok hassastır ve sıcaklığın artmasıyla orantılı olarak kalan ömürlerini kısaltır.
Veri merkezimizdeki, sunucu odası kullanım durumumuzdaki lityum iyon pillerden kaynaklanan kaza riskinin akış şemasına bir göz atalım. Diyagramı biraz basitleştirelim, çünkü gadget'ınızdaki, telefonunuzdaki pillerin çalışma koşullarını karşılaştırırsak lityum UPS'ler ideal koşullarda çalışacaktır.
SONUÇ: Veri merkezi ve sunucu odası UPS'leri için özel lityum piller, acil durumlara karşı yeterli düzeyde korumaya sahiptir ve kapsamlı bir çözümde, çok sayıda çeşitli koruma derecesi ve bu çözümlerin çalıştırılmasında beş yıldan fazla deneyim, bu çözümlerden bahsetmemize olanak tanır. yeni teknolojilerin yüksek düzeyde güvenliği. Diğer şeylerin yanı sıra, sektörümüzde lityum pillerin çalışmasının Li-Ion teknolojileri için “sera” koşullarına benzediğini unutmamalıyız: Cebinizdeki akıllı telefonunuzun aksine, hiç kimse pili veri merkezine düşürmeyecek, aşırı ısınmayacak, deşarj olmayacak. her gün arabellek modunda aktif olarak kullanın.
E-postayla bir talep göndererek daha fazla ayrıntı öğrenebilir ve sunucu odanız veya veri merkeziniz için lityum iyon pilleri kullanan belirli bir çözümü tartışabilirsiniz. veya şirketin web sitesinde bir talepte bulunarak .
AÇIK TEKNOLOJİLER – dünya liderlerinden, amaç ve hedeflerinize özel olarak uyarlanmış güvenilir kapsamlı çözümler.
Yazar: Kulikov Oleg
Lider Tasarım Mühendisi
Entegrasyon Çözümleri Departmanı
Açık Teknolojiler Şirketi
Ankete sadece kayıtlı kullanıcılar katılabilir. Lütfen.
Li-Ion teknolojilerine dayalı endüstriyel çözümlerin güvenliği ve uygulanabilirliği konusunda fikriniz nedir?
-
%16,2Tehlikeli, kendiliğinden tutuşan, hiçbir durumda onu sunucu odama koymam.11
-
%10,3Bu beni ilgilendirmiyor, bu nedenle klasik pilleri periyodik olarak değiştiriyoruz ve her şey yolunda.7
-
%16,2Bunun güvenli ve umut verici olup olmadığını düşünmemiz gerekiyor.11
-
%23,5İlginç, olasılıklara bakacağım.16
-
%13,2İlgili! Bir kez yatırım yapın ve bir kurşun pilin arızalanması nedeniyle tüm veri merkezini bunaltmaktan korkmayın.9
-
%20,6İlginç! Avantajları, dezavantajlarından ve risklerinden çok daha ağır basmaktadır.14
68 kullanıcı oy kullandı. 25 kişi çekimser kaldı.
Kaynak: habr.com