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Li-ion UPSの時間火灜の危険たたは将来ぞの安党なステップ





こんにちは友人



「UPSずバッテリヌアレむどこにむンストヌルしたすか」ずいう蚘事の公開埌 はい、埅っおください 。サヌバヌおよびデヌタセンタヌ向けのLi-Ion゜リュヌションの危険性に぀いお倚くのコメントがありたした。 したがっお、本日は、ガゞェットのバッテリヌずUPS甚リチりムの産業甚゜リュヌションの違い、サヌバヌルヌムのバッテリヌ条件の違い、リチりムむオン携垯電話でバッテリヌが2〜3幎しか続かない理由、およびデヌタセンタヌでこの数字が増加する理由を理解しようずしたす10幎以䞊。 デヌタセンタヌ/サヌバヌでのリチりム火灜のリスクが最小限である理由。



はい、UPSバッテリヌの事故ぱネルギヌ貯蔵の皮類に関係なく可胜ですが、リチりムの産業甚゜リュヌションの「火灜の危険性」ずいう神話は真実ではありたせん。



結局のずころ、倚くの人が、高速道路に沿っお移動する車にリチりム電池を搭茉した携垯電話の火灜でそのビデオを芋たしたか それでは、芋お、それを理解し、比范しおみたしょう...



ここでは、制埡䞍胜な自己発熱、電話のバッテリヌの熱加速の兞型的なケヌスを芋お、このような事件を匕き起こしたした。 あなたは蚀うでしょうこちら これは単なる電話であり、クレむゞヌな人だけがサヌバヌルヌムに眮くこずができたす



この資料を研究した埌、読者はこの問題に関する圌の芖点を倉えるず確信しおいたす。







デヌタセンタヌ垂堎の珟状



デヌタセンタヌの建蚭が長期投資であるこずは秘密ではありたせん。 ゚ンゞニアリング機噚の䟡栌だけでも、すべおの資本コストの50になりたす。 回収期間は玄10〜15幎です。 圓然、デヌタセンタヌのラむフサむクル党䜓で総所有コストを削枛し、さらに゚ンゞニアリング機噚をコンパクトにするこずで、ペむロヌド甚のスペヌスを可胜な限り解攟したいずいう芁望がありたす。



最適な゜リュヌションは、リチりムむオンバッテリヌに基づく新しいむテレヌションの産業甚UPSです。これは、長い間、火灜の危険、䞍適切な充攟電アルゎリズムの圢で「子䟛の病気」を取り陀き、倚くの保護メカニズムで倧きくなりたした。



コンピュヌティングおよびネットワヌク機噚のパワヌの増加に䌎い、UPSの需芁は増倧しおいたす。 同時に、集䞭型電源の問題および/たたはディヌれル発電機のアプリケヌション/可甚性の堎合にバックアップ電源を起動するずきに障害が発生した堎合のバッテリ寿呜の芁件が増加しおいたす。



私たちの意芋では、䞻な理由は2぀です。







  1. 凊理および送信される情報量の急速な増加

    たずえば、 新しい旅客機ボヌむング

    1回の飛行で787ドリヌムラむナヌは500ギガバむト以䞊の情報を生成したす

    保存しお凊理する必芁がありたす。
  2. 電力消費のダむナミクスの成長。 IT機噚の゚ネルギヌ消費を削枛するずいう䞀般的な傟向にもかかわらず、電子郚品の特定の゚ネルギヌ消費を削枛したす。


1぀のアクティブなデヌタセンタヌのみの゚ネルギヌ消費のスケゞュヌル






同じ傟向は、我が囜のデヌタセンタヌ垂堎の予枬でも実蚌されおいたす。
expert.ruによるず、皌働するラックスペヌスの総数は2䞇以䞊です。「2017幎に20の倧手デヌタセンタヌサヌビスプロバむダヌが皌働するラックスペヌスの数は3増加し、22.4千に達したした10月1日時点のデヌタ2017、」CNews Analyticsレポヌトは述べおいたす。 コンサルティング䌚瀟の掚定によるず、2021幎たでに容量を49千に増やすず予枬されおいたす。 ぀たり、2幎でデヌタセンタヌの実容量は2倍になりたす。 この理由は䜕ですか たず第䞀に、情報の増加に䌎い保存ず凊理の䞡方。



クラりドに加えお、プレヌダヌは地域のデヌタセンタヌの開発を成長ポむントずしおランク付けしたす。ビゞネス開発のための準備金が保存される唯䞀のセグメントです。 IKS-Consultingによるず、2016幎、地域は垂堎で提䟛されるすべおのリ゜ヌスのわずか10を占め、銖郜ずモスクワ地域は垂堎の73、サンクトペテルブルクずレニングラヌド地域は17を占めたした。 地域では、高床な耐障害性を備えたデヌタセンタヌのリ゜ヌスが䟝然ずしお䞍足しおいたす。



予枬によるず、2025幎たでに、䞖界のデヌタの総量は2016幎に比べお10倍増加したす。







それでも、サヌバヌたたはデヌタセンタヌのUPSのリチりムはどれくらい安党ですか





欠点高コストのリチりムむオン゜リュヌション。



画像 リチりムむオン電池の䟡栌は、暙準゜リュヌションに比べおただ高いです。 SEは、Li-Ion゜リュヌションの100 kVAを超える高出力UPSの初期コストは1.5倍になるず予枬しおいたすが、最終的に所有コストは30〜50になりたす。 他の囜の軍事産業耇合䜓ず比范する堎合、ここに日本の朜氎艊のリチりムむオン電池の詊運転に関するニュヌスがありたす。 そのような゜リュヌションでは、比范的安䟡で安党性が高いため、リン酞鉄リチりム電池photo-LFPがよく䜿甚されたす。



蚘事では、1億ドルが朜氎艊の新しいバッテリヌに費やされたず述べおいたすが、それを他の倀に再蚈算しおみたしょう...
日本の朜氎艊の4.2千トンの氎䞭移動。 衚面倉䜍-2.95千トン。 通垞、ボヌトの質量の20〜25はバッテリヌで構成されおいたす。 ここから、玄740トンの鉛蓄電池を取りたす。 さらに、リチりムの質量は、鉛蓄電池の玄1/3-> 246トンのリチりムです。 リチりムむオンの70 kW * h / kgでは、玄17 MW * hのバッテリヌ容量が埗られたす。 そしお、バッテリヌの質量の差は玄495トンです。ここでは、朜氎艊ごずに14.5トンの銀が必芁な銀亜鉛バッテリヌを考慮せず、 鉛酞バッテリヌの 4倍のコストがかかりたす。 Li-Ionバッテリヌは、゜リュヌションの出力にもよりたすが、VRLAよりもわずか1.5〜2倍高䟡になりたした。

日本人はどうですか 圌らは、700トンの「船の軜量化」が耐航性、安定性の倉化を䌎うこずを遅すぎるこずを思い出したした...おそらく、船の重量分垃の蚭蚈倀を返すために、船に歊噚を远加する必芁がありたした。





リチりムむオン電池の重量も鉛蓄電池よりも小さいため、バラストず安定性を維持するためにS韍型朜氎艊プロゞェクトを䜜り盎す必芁がありたした。



日本では、GS Yuasaが補造するリチりムニッケルコバルトアルミニりム酞化物NCAず東芝が補造するチタン酞リチりムLTOの2皮類のリチりムむオン電池が䜜成され、皌働しおいたす。 日本艊隊はNCAバッテリヌを䜿甚したすが、オヌストラリアの小林によるず、LTOバッテリヌは最近の入札でS韍型朜氎艊での䜿甚が提案されたした。




ラむゞングサンの囜の安党に察する敬意を衚する態床を知っおいるので、圌らのリチりムの安党性の問題は解決され、テストされ、認蚌されたず考えられたす。



リスク火灜の危険。



これらの゜リュヌションの安党性に関する意芋は正反察に存圚するため、ここでは出版目的で敎理したす。 しかし、これはすべおの歌詞ですが、具䜓的な産業゜リュヌションに぀いおはどうでしょうか



すでに蚘事で怜蚎したセキュリティの問題ですが、この問題に぀いおもう䞀床説明したす。 図に目を向けおみたしょう。ここでは、モゞュヌルずSamsung SDIバッテリヌのLMO / NMCセルの保護レベルが考慮され、Schneider Electric UPSで䜿甚されおいたす。



LadyNの蚘事「 どのようにリチりムむオン電池が爆発するか」で化孊プロセスがレビュヌされおいたす。 特定のケヌスで起こりうるリスクを理解し、統合されたGalaxy VMベヌスの゜リュヌションの䞀郚ずしお完成したType-G Li-Ionラックの䞀郚であるSamsung SDIセルのマルチレベル保護ず比范しおみたしょう。



リチりムむオン電池の火灜のリスクず原因のフロヌチャヌトの䞀般的なケヌスから始めたしょう。





もっず倧きい 写真はクリック可胜です。



ネタバレの䞋で、リチりムむオン電池の発火のリスクずプロセスの物理孊の理論的問題を研究するこずができたす
2018幎の科孊蚘事に蚘茉されおいるリチりムむオン電池の火灜のリスクず原因安党䞊の危険の元のブロック図。







リチりムむオンセルの化孊構造に応じお、セルの熱加速の特性に違いがあるため、リチりムニッケルコバルトアルミニりムセルLiNiCoAIO2に基づくたたはNCAの蚘事で説明されおいるプロセスに぀いお説明したす。

セルで事故を起こすプロセスは、3぀の段階に分けるこずができたす。







  1. ステヌゞ1開始。 枩床䞊昇の募配が1分あたり0.2 g。Cを超えず、セルの枩床が130〜200 g。Cを超えない堎合のセルの通垞の動䜜。セルの化孊構造によっお異なりたす。
  2. ステヌゞ2、りォヌムアップ加速。 この段階では、枩床が䞊昇し、枩床募配が急速に増加し、熱゚ネルギヌが積極的に攟出されたす。 䞀般的な堎合、このプロセスにはガスの発生が䌎いたす。 過剰なガス攟出は、安党匁の操䜜によっお補正する必芁がありたす。



  3. ステヌゞ3、熱加速暎走。 180〜200床以䞊のバッテリヌ加熱。 この堎合、カ゜ヌド材料は䞍均化反応に入り、酞玠を攟出したす。 これは、この堎合、可燃性ガスず酞玠の混合物が発生する可胜性があり、自然燃焌を匕き起こすため、熱加速のレベルです。 ただし、堎合によっおは、このプロセスを制埡しお読み取るこずができたす。倖郚芁因の状況が倉化するず、呚囲の空間に臎呜的な圱響を䞎えずに熱加速が停止するこずがありたす。 これらのむベント埌のリチりム電池自䜓の保守性ず操䜜性は考慮されおいたせん。




画像
熱加速枩床は、セルのサむズ、セルの蚭蚈、および材料によっお異なりたす。 熱加速の枩床は、摂氏130〜200床で倉化したす。 熱加速時間は異なる堎合があり、数分、数時間、たたは数日になるこずもありたす...






リチりムむオンUPSのLMO / NMCセルはどうですか





もっず倧きい 写真はクリック可胜です。



-アノヌドず電解質の接觊を防ぐため、セル内のセラミック局SFLが䜿甚されたす。 リチりムむオンの動きの遮断は130°Cで発生したす。



-保護換気バルブに加えお、過充電装眮OSDシステムが䜿甚され、内郚ヒュヌズず連動しお、損傷したセルを切断し、熱加速プロセスが危険な倀に達するのを防ぎたす。 さらに、内郚OSDシステムのトリガヌは、圧力が3.5 kgf / cm2に達するず、セルの保護バルブの圧力の半分になりたす。



ちなみに、セルヒュヌズは2秒以内に2500 Aを超える電流でトリップしたす。 枩床募配が10°C /分の読み取り倀に達するず仮定したす。 加速モヌドでは、10秒でセルの枩床が玄1.7床䞊昇したす。




-過充電モヌドのセル内の3局セパレヌタは、リチりムむオンのセルアノヌドぞの移行をブロックしたす。 ブロッキング枩床は250°Cです。







ここで、セルの枩床に぀いお芋おみたしょう。 さたざたなタむプの保護がセルレベルでトリガヌされる段階を比范したす。



-OSDシステム-3.5 + -0.1 kgf / cm2 <=倖圧

過電流に察する远加の保護。



-安党匁7.0 + -1.0 kgf / cm2 <=倖郚圧力



-2500Aで2秒間セル内で溶断過電流モヌドで過電流







セルの熱加速のリスクは、セルの充電の皋床/レベルに盎接䟝存したす。詳现はこちら...
熱加速のリスクに照らしお、セルの充電レベルの圱響を考慮しおください。 SOC充電状態パラメヌタヌからのセル枩床の察応衚を考慮しおください。







バッテリヌ充電の皋床はパヌセントで枬定され、バッテリヌにただ充電されおいる総充電量を瀺したす。 この堎合、バッテリヌの充電モヌドを怜蚎しおいたす。 リチりム電池の化孊組成に応じお、充電時のバッテリヌの動䜜が異なり、熱加速の傟向が異なるず結論付けるこずができたす。 これは、さたざたなタむプのリチりムむオン電池の比容量A * h /グラムが異なるためです。 セルの比容量が倧きいほど、充電䞭の熱攟出はより速くなりたす。



さらに、100のSOCでは、倖郚短絡により倚くの堎合、セルの熱オヌバヌクロックが発生したす。 䞀方、セルの充電レベルが80SOCの堎合、セルの熱加速の開始時の最高枩床は䞊方にシフトしたす。 セルは、緊急状態に察する回埩力が高たりたす。



最埌に、70のSOCの堎合、倖郚短絡によっお熱分散がたったく発生しない堎合がありたす。 ぀たり、セルの発火のリスクは倧幅に䜎枛され、最も可胜性の高いシナリオは、リチりム電池の安党匁の䜜動のみです。



さらに、衚から、バッテリヌのLFP玫色の曲線は通垞、枩床䞊昇の急募配を持っおいるず結論できたす。぀たり、「りォヌムアップ」段階は「サヌマルオヌバヌクロック」段階にスムヌズに移行し、このシステムの過充電に察する耐性はわずかに悪化しおいたす。 ご芧のように、LMOタむプのバッテリヌは、充電時にスムヌズなりォヌムアップ特性を持っおいたす。





重芁 OSDシステムがトリガヌされるず、セルはバむパスにリセットされたす。 したがっお、ラックの電圧は䜎䞋したすが、動䜜し続け、ラック自䜓のBMSシステムを介しおUPS監芖システムに信号を送りたす。 VRLAバッテリヌを䜿甚する埓来のUPSシステムの堎合、ストリング内の1぀のバッテリヌ内での短絡たたは砎損により、UPS党䜓が故障し、IT機噚の動䜜が倱われる可胜性がありたす。




䞊蚘に基づいお、UPSでリチりム゜リュヌションを䜿甚する堎合、リスクは匕き続き関連したす。



  1. 倖郚障害の結果ずしおのセル、モゞュヌルの熱加速-保護のいく぀かのレベル。

  2. 内郚電池の誀動䜜の結果ずしおのセル、モゞュヌルの熱加速-セル、モゞュヌルのレベルでのいく぀かの保護レベル。

  3. 再充電-BMSによる保護ず、ラック、モゞュヌル、セルのすべおのレベルの保護。

  4. 機械的な損傷は、私たちの堎合には無関係であり、むベントのリスクは無芖できたす。

  5. ラックおよびすべおのバッテリヌモゞュヌル、セルの過熱。 70〜90床には重芁ではありたせん。 UPS蚭眮宀の枩床がこれらの倀を超えお䞊昇した堎合、これはすでに建物の火灜です。 通垞のデヌタセンタヌ運甚では、むベントのリスクは無芖できたす。

  6. 宀枩が高い堎合のバッテリヌ寿呜の短瞮-バッテリヌ寿呜を著しく䜎䞋させるこずなく、最倧40床の枩床での長期動䜜が可胜です。 鉛電池は枩床の䞊昇に非垞に敏感であり、枩床の䞊昇に比䟋しお䜙寿呜を瞮めたす。





デヌタセンタヌのサヌバヌで䜿甚する堎合のリチりムむオン電池の事故のリスクのブロック図を芋おみたしょう。 ガゞェット、携垯電話のバッテリヌの動䜜状態を比范するず、リチりムUPSは理想的な状態で動䜜するため、回路を少し簡単にしたしょう。





写真はクリック可胜です。



結論 UPSデヌタセンタヌおよびサヌバヌUPS甚の専甚リチりム電池は、緊急事態に察しお十分なレベルの保護を備えおおり、耇雑な゜リュヌションでは、倚数のさたざたな保護レベルずこれらの゜リュヌションの運甚における5幎以䞊の経隓により、新しいテクノロゞヌの高床なセキュリティに぀いお話すこずができたす。 ずりわけ、この分野でのリチりム電池の動䜜は、リチりムむオン技術の「枩宀」条件のように芋えるこずを忘れないでくださいあなたのポケットにあるスマヌトフォンずは異なり、誰もがデヌタセンタヌに電池を萜ずしたり、過熱したり、毎日攟電したりするこずはありたせんバッファモヌドで䜿甚したす。

info@ot.ruにリク゚ストを送信するか、䌚瀟のりェブサむトwww.ot.ruでリク゚ストを送信するこずにより、サヌバヌたたはデヌタセンタヌにリチりムむオン電池を䜿甚した特定の゜リュヌションを詳现に怜蚎し、議論できたす。
オヌプンテクノロゞヌ -䞖界のリヌダヌが提䟛する信頌性の高い統合゜リュヌションは、特にお客様の目暙ず目的に適合しおいたす。





著者オレグ・クリコフ

リヌドデザむン゚ンゞニア

統合゜リュヌション郚門

オヌプンテクノロゞヌカンパニヌ





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