Li-ion UPSの時間：火災の危険または将来への安全なステップ？

こんにちは友人！

「UPSとバッテリーアレイ：どこにインストールしますか？」という記事の公開後 はい、待ってください 。サーバーおよびデータセンター向けのLi-Ionソリューションの危険性について多くのコメントがありました。 したがって、本日は、ガジェットのバッテリーとUPS用リチウムの産業用ソリューションの違い、サーバールームのバッテリー条件の違い、リチウムイオン携帯電話でバッテリーが2〜3年しか続かない理由、およびデータセンターでこの数字が増加する理由を理解しようとします10年以上。 データセンター/サーバーでのリチウム火災のリスクが最小限である理由。

はい、UPSバッテリーの事故はエネルギー貯蔵の種類に関係なく可能ですが、リチウムの産業用ソリューションの「火災の危険性」という神話は真実ではありません。

結局のところ、多くの人が、高速道路に沿って移動する車にリチウム電池を搭載した携帯電話の火災でそのビデオを見ましたか？ それでは、見て、それを理解し、比較してみましょう...

ここでは、制御不能な自己発熱、電話のバッテリーの熱加速の典型的なケースを見て、このような事件を引き起こしました。 あなたは言うでしょう：こちら！ これは単なる電話であり、クレイジーな人だけがサーバールームに置くことができます！

この資料を研究した後、読者はこの問題に関する彼の視点を変えると確信しています。

データセンター市場の現状

データセンターの建設が長期投資であることは秘密ではありません。 エンジニアリング機器の価格だけでも、すべての資本コストの50％になります。 回収期間は約10〜15年です。 当然、データセンターのライフサイクル全体で総所有コストを削減し、さらにエンジニアリング機器をコンパクトにすることで、ペイロード用のスペースを可能な限り解放したいという要望があります。

最適なソリューションは、リチウムイオンバッテリーに基づく新しいイテレーションの産業用UPSです。これは、長い間、火災の危険、不適切な充放電アルゴリズムの形で「子供の病気」を取り除き、多くの保護メカニズムで大きくなりました。

コンピューティングおよびネットワーク機器のパワーの増加に伴い、UPSの需要は増大しています。 同時に、集中型電源の問題および/またはディーゼル発電機のアプリケーション/可用性の場合にバックアップ電源を起動するときに障害が発生した場合のバッテリ寿命の要件が増加しています。

私たちの意見では、主な理由は2つです。

1. 処理および送信される情報量の急速な増加
   たとえば、 新しい旅客機ボーイング
   1回の飛行で787ドリームライナーは500ギガバイト以上の情報を生成します
   保存して処理する必要があります。
2. 電力消費のダイナミクスの成長。 IT機器のエネルギー消費を削減するという一般的な傾向にもかかわらず、電子部品の特定のエネルギー消費を削減します。

予測によると、2025年までに、世界のデータの総量は2016年に比べて10倍増加します。

それでも、サーバーまたはデータセンターのUPSのリチウムはどれくらい安全ですか？

欠点：高コストのリチウムイオンソリューション。

リチウムイオン電池の価格は、標準ソリューションに比べてまだ高いです。 SEは、Li-Ionソリューションの100 kVAを超える高出力UPSの初期コストは1.5倍になると予測していますが、最終的に所有コストは30〜50％になります。 他の国の軍事産業複合体と比較する場合、ここに日本の潜水艦のリチウムイオン電池の試運転に関するニュースがあります。 そのようなソリューションでは、比較的安価で安全性が高いため、リン酸鉄リチウム電池（photo-LFP）がよく使用されます。


リスク：火災の危険。

これらのソリューションの安全性に関する意見は正反対に存在するため、ここでは出版目的で整理します。 しかし、これはすべての歌詞ですが、具体的な産業ソリューションについてはどうでしょうか？

すでに記事で検討したセキュリティの問題ですが、この問題についてもう一度説明します。 図に目を向けてみましょう。ここでは、モジュールとSamsung SDIバッテリーのLMO / NMCセルの保護レベルが考慮され、Schneider Electric UPSで使用されています。

LadyNの記事「 どのようにリチウムイオン電池が爆発するか」で化学プロセスがレビューされています。 特定のケースで起こりうるリスクを理解し、統合されたGalaxy VMベースのソリューションの一部として完成したType-G Li-Ionラックの一部であるSamsung SDIセルのマルチレベル保護と比較してみましょう。

リチウムイオン電池の火災のリスクと原因のフローチャートの一般的なケースから始めましょう。


もっと大きい？ 写真はクリック可能です。


リチウムイオンUPSのLMO / NMCセルはどうですか？


もっと大きい？ 写真はクリック可能です。

-アノードと電解質の接触を防ぐため、セル内のセラミック層（SFL）が使用されます。 リチウムイオンの動きの遮断は130°Cで発生します。

-保護換気バルブに加えて、過充電装置（OSD）システムが使用され、内部ヒューズと連動して、損傷したセルを切断し、熱加速プロセスが危険な値に達するのを防ぎます。 さらに、内部OSDシステムのトリガーは、圧力が3.5 kgf / cm2に達すると、セルの保護バルブの圧力の半分になります。

ちなみに、セルヒューズは2秒以内に2500 Aを超える電流でトリップします。 温度勾配が10°C /分の読み取り値に達すると仮定します。 加速モードでは、10秒でセルの温度が約1.7度上昇します。

-過充電モードのセル内の3層セパレータは、リチウムイオンのセルアノードへの移行をブロックします。 ブロッキング温度は250°Cです。



ここで、セルの温度について見てみましょう。 さまざまなタイプの保護がセルレベルでトリガーされる段階を比較します。

-OSDシステム-3.5 + -0.1 kgf / cm2 <=外圧
過電流に対する追加の保護。

-安全弁7.0 + -1.0 kgf / cm2 <=外部圧力

-2500Aで2秒間セル内で溶断（過電流モードで過電流）

重要： OSDシステムがトリガーされると、セルはバイパスにリセットされます。 したがって、ラックの電圧は低下しますが、動作し続け、ラック自体のBMSシステムを介してUPS監視システムに信号を送ります。 VRLAバッテリーを使用する従来のUPSシステムの場合、ストリング内の1つのバッテリー内での短絡または破損により、UPS全体が故障し、IT機器の動作が失われる可能性があります。

上記に基づいて、UPSでリチウムソリューションを使用する場合、リスクは引き続き関連します。

1. 外部障害の結果としてのセル、モジュールの熱加速-保護のいくつかのレベル。
   
2. 内部電池の誤動作の結果としてのセル、モジュールの熱加速-セル、モジュールのレベルでのいくつかの保護レベル。
   
3. 再充電-BMSによる保護と、ラック、モジュール、セルのすべてのレベルの保護。
   
4. 機械的な損傷は、私たちの場合には無関係であり、イベントのリスクは無視できます。
   
5. ラックおよびすべてのバッテリー（モジュール、セル）の過熱。 70〜90度には重要ではありません。 UPS設置室の温度がこれらの値を超えて上昇した場合、これはすでに建物の火災です。 通常のデータセンター運用では、イベントのリスクは無視できます。
   
6. 室温が高い場合のバッテリー寿命の短縮-バッテリー寿命を著しく低下させることなく、最大40度の温度での長期動作が可能です。 鉛電池は温度の上昇に非常に敏感であり、温度の上昇に比例して余寿命を縮めます。
   
   

データセンターのサーバーで使用する場合のリチウムイオン電池の事故のリスクのブロック図を見てみましょう。 ガジェット、携帯電話のバッテリーの動作状態を比較すると、リチウムUPSは理想的な状態で動作するため、回路を少し簡単にしましょう。


写真はクリック可能です。

結論： UPSデータセンターおよびサーバーUPS用の専用リチウム電池は、緊急事態に対して十分なレベルの保護を備えており、複雑なソリューションでは、多数のさまざまな保護レベルとこれらのソリューションの運用における5年以上の経験により、新しいテクノロジーの高度なセキュリティについて話すことができます。 とりわけ、この分野でのリチウム電池の動作は、リチウムイオン技術の「温室」条件のように見えることを忘れないでください：あなたのポケットにあるスマートフォンとは異なり、誰もがデータセンターに電池を落としたり、過熱したり、毎日放電したりすることはありませんバッファモードで使用します。

info@ot.ruにリクエストを送信するか、会社のウェブサイトwww.ot.ruでリクエストを送信することにより、サーバーまたはデータセンターにリチウムイオン電池を使用した特定のソリューションを詳細に検討し、議論できます。

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著者：オレグ・クリコフ
リードデザインエンジニア
統合ソリューション部門
オープンテクノロジーカンパニー