Время литий-ионных ИБП: пожароопасность или безопасный шаг в будущее? +14





Здравствуйте, друзья!

После публикации статьи «ИБП и батарейный массив: куда ставить? Да подожди ты» было много комментариев по поводу опасности Li-Ion решений для серверных и ЦОД. Поэтому сегодня попробуем разобраться, в чём отличия промышленных решений на литии для ИБП от батарейки в вашем гаджете, как отличаются условия эксплуатации батарей в серверной, почему в телефоне Li-Ion батарея служит не более 2-3 лет, а в ЦОДе эта цифра возрастёт до 10 и более лет. Почему риски возгорания лития в ЦОД/серверной минимальны.

Да, аварии на батареях ИБП возможны вне зависимости от типа накопителей энергии, а вот миф «пожароопасности» промышленных решений на литии не соответствует действительности.

Ведь многие видели тот ролик с возгоранием телефона c литиевым аккумулятором в движущейся по шоссе машине? Итак, посмотрим, разберёмся, сравним…

Здесь видим типичный случай неконтролируемого самонагрева, теплового разгона батареи телефона, приведшего к такому инциденту. Вы скажете: ВОТ! Это всего лишь телефон, в серверную поставит такое только сумасшедший!

Уверен, изучив данный материал, читатель изменит свою точку зрения по этому вопросу.

Текущая ситуация на рынке ЦОД


Ни для кого не секрет, что строительство ЦОД – это долгосрочное капиталовложение. Цена только инженерного оборудования может составлять 50% от стоимости всех капитальных затрат. Горизонт окупаемости – примерно 10-15 лет. Закономерно возникает желание снизить полную стоимость владения на всём жизненном цикле ЦОД, а попутно ещё и уплотнить инженерное оборудование, максимально освободив площади под полезную нагрузку.

Оптимальное решение – промышленные ИБП новой итерации на базе Li-Ion аккумуляторов, которые уже давно избавились от «детских болезней» в виде пожароопасности, некорректных алгоритмов заряда-разряда, обросли массой защитных механизмов.

С увеличением мощностей вычислительного и сетевого оборудования растёт спрос на ИБП. Одновременно увеличиваются требования ко времени автономной работы от аккумуляторных батарей в случае проблем с централизованным электроснабжением и/или сбоями при запуске резервного источника питания в случае применения/наличия ДГУ.

Основных причин, на наш взгляд, тут две:

  1. Стремительный рост объёмов обрабатываемой и передаваемой информации
    Например, новый пассажирский самолёт Boeing
    787 Dreamliner за один полёт генерирует более 500 гигабайт информации
    , которую
    нужно сохранить и обработать.
  2. Рост динамики потребления электрической энергии. Несмотря на общий тренд снижения энергопотребления ИТ-оборудования, снижения удельного потребления энергии электронными компонентами.

График энергопотребления всего одного действующего ЦОД

Эту же тенденцию демонстрируют прогнозы рынка ЦОД в нашей стране
По данным сайта expert.ru, суммарное количество введённых в эксплуатацию стойко-мест составляет более 20 тыс. «Число запущенных в эксплуатацию стойкомест у 20 крупнейших провайдеров услуг ЦОД в 2017 году увеличилось на 3% и достигло 22,4 тысячи (данные на 1 октября 2017 года)», – говорится в отчёте CNews Analytics. По оценкам консалтинговых агентств, к 2021 году прогнозируется увеличение стойкомест до 49 тысяч. То есть, за два года реальная ёмкость ЦОД может увеличиться в два раза. С чем это связано? В первую очередь, с ростом объёма информации: как хранимой, так и обрабатываемой.

Кроме облаков к точкам роста игроки причисляют развитие ЦОД-мощностей в регионах: они являются единственным сегментом, где сохраняется запас для развития бизнеса. По данным IKS-Consulting, в 2016 году на регионы пришлось только 10% всех предлагаемых на рынке ресурсов, в то время как столица и Московская область заняли 73% рынка, а Санкт-Петербург и Ленинградская область – 17%. В регионах продолжает сохраняться дефицит на ресурсы дата-центров с высокой степенью отказоустойчивости.

К 2025 году, согласно прогнозам, общий объём данных в мире увеличится в 10 раз по сравнению с 2016 годом.



Всё-таки, насколько безопасен литий для ИБП серверной или ЦОД?



Недостаток: высокая стоимость Li-Ion решений.

imageЦена литий-ионных АКБ всё ещё остаётся высокой по сравнению со стандартными решениями. По оценкам компании SE начальные расходы для мощных ИБП свыше 100 кВА для Li-Ion решений будут выше в 1,5 раза, но в конечном итоге экономия на владении составит 30-50%. Если провести сравнения с военно-промышленным комплексом других стран, то вот новость о запуске в эксплуатацию японской подводной лодки с Li-Ion батареями. Довольно часто в подобных решениях применяют литий-железо-фосфатные батареи (на фото- LFP) ввиду относительной дешевизны и большей безопасности.

В статье упоминается, что на новые батареи для субмарины потрачено $100 млн., попробуем пересчитать в другие величины...
Примем оценочную стоимость одного кВт в ч литиевых АКБ в $300 за кВт*ч. Тогда получим порядка 330 МВт*ч суммарной удельной мощности массива АКБ для подводной лодки. Для промышленных решений возьмём среднюю цифру удельной энергии 70 Вт*ч/кг, получим 4,7 тонны для всей субмарины. Занятная арифметика. Чтобы получить эту же мощность для свинцово-кислотных батарей, понадобится порядка 8,2 тонны батарей. То есть, в 1,74 раза больше.


Литиево-ионные аккумуляторы также весят меньше, чем свинцово-кислотные аккумуляторы, поэтому проект подводной лодки типа Soryu пришлось несколько переработать для сохранения балластировки и остойчивости.

В Японии созданы и доведены до эксплуатационного состояния два типа литиево-ионных аккумуляторных батарей: литий-никель-кобальт-алюминий-оксидная (NCA) производства компании GS Yuasa и литий-титанатная (LTO) производства корпорации Toshiba. Японский флот будет использовать батареи типа NCA, при этом, согласно Кобаяси, Австралии для использования на подводных лодках на основе типа Soryu в недавнем тендере были предложены батареи типа LTO.


Зная трепетное отношение к безопасности в стране Восходящего Солнца, можно предположить, что вопросы безопасности лития у них решены, протестированы и сертифицированы.

Риск: пожароопасность.

Вот тут и разберёмся с целью публикации, так как мнения о безопасности данных решений существуют диаметрально противоположные. Но это всё лирика, а что у нас с конкретными промышленными решениями?

Вопросы безопасности мы уже рассматривали в нашей cтатье, но ещё раз остановимся на этом вопросе. Обратимся к рисунку, где рассматривался уровень защиты модуля и ячейки LMO/NMC аккумулятора производства Samsung SDI и используемой в составе ИБП Schneider Electric.

Химические процессы были рассмотрены в статье пользователя LadyN Как взрываются литий-ионные аккумуляторы. Попробуем разобраться в возможных рисках в нашем конкретном случае и сопоставить с многоуровневой защитой в ячейках Samsung SDI, являющихся составной частью готовой Li-Ion стойки Type G в составе комплексного решения на базе Galaxy VM.

Начнём с общего случая блок-схемы рисков и причин возгорания литий-ионной ячейки.


А покрупнее? Фото кликабельно.


Под спойлером можно изучить теоретические вопросы рисков возгорания литий-ионных аккумуляторов и физику процессов
Исходная блок-схема рисков и причин возгорания (Safety Hazard) литий-ионной ячейки из научной статьи 2018 года.



Поскольку в зависимости от химической структуры литий-ионной ячейки имеются отличия в характеристиках теплового разгона ячейки, здесь остановимся на изложенном в статье процессе в литий-никель-кобальт-алюминиевой ячейке (на базе LiNiCoAIO2) или NCA.
Процесс развития аварии в ячейке можно разделить на три стадии:



  1. стадия 1 (Onset). Нормальная работа ячейки, когда градиент нарастания температуры не превышает 0,2 гр.С в минуту, а сама температура ячейки не превышает 130-200 гр.С в зависимости от химической структуры ячейки;
  2. стадия 2, разогрев (Acceleration). На этом этапе температура повышается, градиент роста температуры стремительно увеличивается, происходит активное выделение тепловой энергии. В общем случае этот процесс сопровождается выделением газов. Избыточное газовыделение должно быть компенсировано срабатыванием предохранительного клапана;

  3. стадия 3, тепловой разгон (Runaway). Нагрев аккумулятора свыше 180-200 градусов. При этом материал катода вступает в реакцию диспропорционирования и выделяет кислород. Это и есть уровень теплового разгона, так как в этом случае может возникнуть смесь горючих газов с кислородом, что вызовет самовозгорание. Однако этот процесс в некоторых случаях может быть управляемым, читай – при изменении режима внешних факторов тепловой разгон в ряде случаев прекращается без фатальных последствий для окружающего пространства. Исправность и работоспособность самой литиевой ячейки после этих событий не рассматривается.


image
Температура теплового разгона зависит от размера ячейки, конструкции ячейки и материала. Температура теплового разгона может варьироваться от 130 до 200 градусов цельсия. Время теплового разгона может быть разным и составлять минуты, часы или даже дни...



А что у нас с ячейками типа LMO/NMC в литий-ионных ИБП?


А покрупнее? Фото кликабельно.


– Для предотвращения соприкосновения анода с электролитом используется керамический слой в составе ячейки (SFL). Блокировка перемещения ионов лития происходит при 130 гр.С.

– В дополнение к защитному вентиляционному клапану, применяется система защиты от перезаряда (Over Charge Device,OSD), работающая в паре с внутренним предохранителем и отключающая повреждённую ячейку, не давая довести процесс теплового разгона до опасных значений. Причём срабатывание внутренней системы OSD будет раньше, при достижении давления 3,5кгс/см2, то есть, вполовину меньше, чем давление срабатывания защитного клапана ячейки.

К слову сказать, предохранитель ячейки сработает при токах свыше 2500 А за время не более 2 секунд. Предположим, градиент температуры достиг показания 10 гр.С/мин. За 10 секунд ячейка успеет добавить к своей температуре около 1,7 градуса, находясь в режиме разгона.


– Трёхслойный сепаратор в ячейке в режиме перезаряда обеспечит блокирование перехода ионов лития на анод ячейки. Температура блокирования составляет 250 гр.С.



Теперь посмотрим, что у нас с температурой ячейки; сопоставим, на каких этапах происходит срабатывание разных видов защит на уровне ячейки.

— система OSD – 3,5+-0,1 кгс/cм2 <= внешнее давление
Дополнительная защита от сверхотоков.

— защитный клапан 7,0+-1,0 кгс/cм2 <= внешнее давление

— предохранитель внутри ячейки 2 секунда при 2500А (режим токов перегрузки over current)



Риск теплового разгона ячейки напрямую зависит от степени/уровня заряда ячейки, подробнее тут...
Рассмотрим эффект уровня заряда ячейки в контексте рисков появления теплового разгона. Рассмотрим таблицу соответствия температуры ячейки от параметра SOC (State of Charge, степень заряда аккумулятора).



Степень заряда аккумулятора измеряется в процентах и показывает, какая часть полного заряда ещё остаётся запасённой в аккумуляторе. В данном случае мы рассматриваем режим перезаряда аккумулятора. Можно сделать вывод, что в зависимости от химического состава литиевой ячейки батарея может вести себя по-разному при перезаряде и иметь разную склонность к тепловому разгону. Это обусловлено разной удельной ёмкостью (А*ч/грамм) различных типов Li-Ion ячеек. Чем больше удельная ёмкость ячейки, тем более стремительным будет тепловыделение при перезаряде.

Кроме того, при 100% SOC внешнее короткое замыкание часто приводит к термическому разгону ячейки. С другой стороны, когда ячейка имеет уровень заряда 80% SOC, максимальная температура начала теплового разгона ячейки смещается в большую сторону. Ячейка становится более устойчивой к аварийным режимам.

И, наконец, для 70% SOC внешние короткие замыкания могут вообще не быть причиной теплового разгона. То есть, риск воспламенения ячейки значительно снижается, и наиболее вероятный сценарий – лишь срабатывание предохранительного клапана литиевого аккумулятора.

Кроме того, из таблицы можно сделать вывод, что LFP (фиолетовая кривая) батареи как правило имеет крутой наклон нарастания температуры, то есть, стадия «разогрев» плавно переходит в стадию «тепловой разгон», и устойчивость этой системы к перезаряду несколько хуже. Батареи типа LMO, как видим, имеют более плавную характеристику разогрева при перезаряде.


ВАЖНО: при срабатывании системы OSD происходит сброс ячейки на байпас. Таким образом, снижается напряжение на стойке, но она остаётся в работе и выдаёт сигнал в систему мониторинга ИБП посредством системы BMS самой стойки. В случае классической системы ИБП с VRLA батареями короткое замыкание или обрыв внутри одного АКБ в стринге может привести к отказу ИБП в целом и потере работоспособности ИТ-оборудования.


Исходя из вышеизложенного, для случая использования литиевых решений в ИБП остаются актуальными риски:

  1. Тепловой разгон ячейки, модуля в результате внешнего КЗ – несколько уровней защит.
  2. Тепловой разгон ячейки, модуля в результате внутренней неисправности батареи – несколько уровней защит на уровне ячейки, модуля.
  3. Перезаряд – защита средствами BMS плюс все уровни защиты стойки, модуля, ячейки.
  4. Механическое повреждение – неактуально для нашего случая, риск события ничтожен.
  5. Перегрев стойки и всех батарей (модулей, ячеек). Некритично до 70-90 градусов. Если температура в помещении установки ИБП поднимется выше этих значений – значит, это уже пожар в здании. В нормальных режимах работы ЦОД риск события ничтожен.
  6. Снижение ресурса батарей при повышенных температурах помещения – допускается длительная работа при температуре до 40 градусов без ощутимого снижения ресурса батарей. Свинцовые батареи очень чувствительны к любому повышению температуры и снижают свой остаточный ресурс пропорционально увеличению температуры.


Давайте взглянем на блок-схему рисков аварий с литий-ионными батареями в нашем случае использования в ЦОД, серверной. Немного упростим схему, ведь литиевые ИБП будут эксплуатироваться в идеальных условиях, если сравнивать условия работы батарей в вашем гаджете, телефоне.


Фото кликабельно.


ВЫВОД: Специализированные литиевые аккумуляторы для ИБП ЦОД, серверной обладают достаточным уровнем защиты от нештатных ситуаций, а в комплексном решении большое количество степеней разнообразной защиты и более чем пятилетний опыт эксплуатации этих решений позволяют говорить о высоком уровне безопасности новых технологий. Кроме всего прочего, не стоит забывать, что эксплуатация литиевых АКБ в нашем секторе выглядит как «тепличные» условия для Li-Ion технологий: в отличие от вашего смартфона в кармане, батарею в ЦОД никто не будет ронять, перегревать, разряжать каждый день, активно использовать в буферном режиме.
Узнать подробности и обсудить конкретное решение с использованием литий-ионных батарей для вашей серверной или ЦОД можно, направив запрос на электронную почту info@ot.ru, либо сделав запрос на сайте компании www.ot.ru.
ОТКРЫТЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – надёжные комплексные решения от мировых лидеров, адаптированные именно под ваши цели и задачи.


Автор: Куликов Олег
Ведущий инженер конструктор
Департамент интеграционных решений
Компания Открытые Технологии

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (57):

  1. ZlobniyShurik
    /#19379320 / +2

    Цены на литий, вроде как, растут. Бесчисленные гаджеты, электромобили, буферные электростанции от Tesla и всё такое… А тут еще и ЦОДы на литий перейдут.
    Не получится ли так, что лет через 5-7 будет выгоднее выкинуть ультрасовременные Li-Ion бесперебойники и откатиться к свинцовым собратьям, более габаритным, но с гораздо более дешёвыми аккумуляторами?

    • Gromazeka13
      /#19379374 / +1

      откатиться к свинцовым собратьям, более габаритным, но с гораздо более дешёвыми аккумуляторами?
      не думаю… этот процесс неумолим, и он пройдет незаметно и необратимо, ИМХО. так же как незаметно у каждого оказался в кармане смартфон…

      • Belking
        /#19379428

        А что мешает использовать свинцовые аккумуляторы сегодня пока они ещё выгоднее в некоторых условиях (напр., см. ветку обсуждения с idiv) когда более интересно её запасание, нежели расходование? ЦОД разве не подпадает под такой пример — нужна длительная работа в периоды отключения электроэнергии очень изредка, а не максимально быстрая возможность выдать электричество, которое можно очень быстро запасти.

        Хотя, из того же примера в ветке, но чуть выше, по расчётам Шнайдер Электрик и в ЦОД литий-ион все таки выгоднее. Но у них очень сильно занижены характеристики свинцовых, как будто условия эксплуатации близки к экстремальным, где литий-ион, естественно, будет лучше.

      • Wolframium13
        /#19379438 / +1

        Но вот у каждого в кармане не топовый флагман лежит.

        • Gromazeka13
          /#19380848 / +1

          Wolframium13

          Но вот у каждого в кармане не топовый флагман лежит
          а какое это имеет значение? когда то у очень многих были разные телефоны и аккумуляторы довольно часто были вот такие
          BL-5

      • BigFlask
        /#19381764

        этот процесс неумолим

        Точно ли? Может статься, что вполне наоборот — литий, насколько мне известно, вполне себе не бесконечный.

        • lazyboa
          /#19384754

          Безвозвратно с Земли утрачены только те элементы, что отправлены в космос или в реакторы.
          С литием просто будет момент, когда дешевле окажется не добывать новый, а перерабатывать старые батареи.

          • Gromazeka13
            /#19384768

            lazyboa насчет переработки лития- вопрос кажется открытый во всем мире, а в РФ тем более: обычные батарейки целая проблема утилизировать как надо, а сколько уже литиевых батарей на помойках? лично у меня уже кучка… что касается лития- и его ресурсов- мнения расходятся… сдается мне, что будет такая же тема как и с окончанием нефти- уже сколько копий сломано, а она все есть и есть, причем была статья, что в законсервированных скважинах спустя десятки лет опять находили нефть в достаточных количествах. Теперь ученые спорят откуда она там может браться- накапливалась постепенно или медленно вырабатывалась недрами земли

    • oleg_go
      /#19387976 / +1

      Цена на Литий вроде как падают последний год
      image

  2. Gromazeka13
    /#19379360 / +1

    А тут еще и ЦОДы на литий перейдут.
    полагаю что доля промышленных решений для ИБП в обьемах потребления литиевых батарей сейчас составляет какую то тысячную процента. То есть пренебрежима мала, даже если все перейдут на Li-Ion
    Цены на литий, вроде как, растут
    биржевые не отслеживал. Полагаю растет спрос, растет предложение. Это сейчас выглядит как второй «клондайк» — кто то просто взвинчивает цены, по крайней мере не дает им падать…
    5-7 будет
    полагаю для ЦОД литий спокойно отработает не менее 10 лет, если его не ушатают при эксплуатации. За 10 лет сам ИБП уже будет морально устаревшим, или требовать апгреда, с перспективой полной замены системы. Срок службы электролитических конденсаторов — 8 лет примерно, они все внутри ИБП. то есть горизонт 10-12 лет- это уровень срока службы всех элементов ИБП в целом

    • VBKesha
      /#19379440

      полагаю для ЦОД литий спокойно отработает не менее 10 лет, если его не ушатают при эксплуатации.

      Вот тут вопрос, я больше читал про LiPo но вроде бы они при полном заряде, начинают деградировать и у них есть заряд хранения. Эту проблему побороли или не особо?

      • Gromazeka13
        /#19380280 / +1

        VBKesha не понял суть вопроса. Возможно вы имеет ввиду LFP батареи? Очень многое зависит от типа литиевой батареи, химического состава, конструкции Здесь речь идет о решении построенном на LMO\NMC, на рынке есть несколько развивающихся, продаваемых и готовящихся к анонсу решениях на LFP (литий железо фосфат). заряд хранения в случае ИБП — это алгоритмы частичных разрядов батареи Li-Ion и заряда обратно. Вреден для любых литиевых решений постоянные качели возле точки 100% (заряд-разряд). Именно по этому не рекомендуется гаджеты держать в зарядке полностью заряженными. Сто касается дерградации при полном заряде — опасен перезаряд. За это отвечает система BMS, если она корректно отрабатывает, то при полном заряде деградации не должно быть. Мы не рассматриваем тут варианты брака производства сепаратора и прочие нестандартные случаи

        • VBKesha
          /#19381330

          Суть вопроса где то видел тест что если зарядить LiPo батарею на 100% и оставить что за год она может потерять до 20% емкости. Вылечили ли эту болезнь, и если нет о каких 10 годах идет речь?

          • ofStatic
            /#19386074 / +1

            Деградация резко замедляется при понижении конечного напряжения заряда. Оптимум для систем, где батарейку не хочется делать ежегодным расходником — 4..4.1В. Это 80-90%. Заряд до 3.9 (~70%) делает их вообще вечными, а заодно резко повышает безопасность.

      • DGN
        /#19381370

        Эту проблему побороли совсем просто — заряжают не до упора. Это в телефоне важен каждый грамм и каждый ватт-час, а стойка лития и так более энергоемкая нежели свинцовая.

  3. ni-co
    /#19379408 / +1

    Уже вторая, попавшая на глаза статья на Хабре по продвижению литий-ионных батарей в ЦОДы. Но опять не убедили ни пожаробезопасностью, не экономической выгодой.

    • Gromazeka13
      /#19380288 / +1

      каковы для вас критерии убедительности? натурные испытания? я про пожаробезопасность? можете почитать оригиналы массы научных статей (есть ссылки в статье), где батареи исследуют на тепловой разгон, но более 50% опытов — это крэш-тексты и изучение возможности появления теплового разгона при тех или иных типах внешний повреждений…

      не экономической выгодой.
      Это вообще огромная тема, и даже если ее изложить, сравнить — обязательно будут читатели с восклицаниями «не верю!»… экономическая выгода на горизонте 10 лет имеется, я абсолютно уверен. Другой вопрос что многие не желают вкладывать больше при внедрении, какие бы выгоды это не сулило в перспективе… Грубо говоря зачем покупать экскаватор, если есть рота солдат? Экскаватор может упасть в котлован, сгореть, быть выведенным из строя машинистом и много чего еще… а лопаты не ломаются, солдат всего лишь надо кормить… Но если вы собрались оказывать услуги копания траншей и котлованов, то «аренда» на 5-10 лет роты солдат влетит в копеечку, а экскаватор окупит себя на 2-3 год, и это не считая того, что вы не провалите сроки копания траншеи и котолована))))

      • DGN
        /#19381384

        Практика как известно критерий истинности. Лонглайф свинец это 12-15 лет. Сможет литий проработать 20+ лет — отлично, вот через 20 лет полностью и заменит. Нет — останется применим там, где важен вес и работа при высокой температуре.

        Про то что отказ одной банки свинца ведет к отказу оборудования вцелом, не согласен.

        Нормальные стоечные ИБП имеют 3 и более батареи соединенные параллельно, как раз для того, чтобы на ходу можно было заменять. Потребуется одновременный обрыв трех банок, а это значит что на обслуживание ИБП совсем забили.

        Я хочу литий в бытовые ИБП. Во первых это размеры и вес, что важно. Во вторых в домашние ИБП ставят не лонглайф батареи, а 2-3 летние, подешевле. В третьих домашний ИБП стоит где нибудь в углу, часто у батареи отопления, и температуры в нем очень высокие, его дополнительно подогревает собственная электроника.

    • Dim_K0
      /#19380404 / +1

      Всему свое время, и время всякой вещи под небом… (Экклезиаст 3.1)
      25 лет назад сотовые телефоны стандарта NMT-450 оператора Московская сотовая связь были похожи на носимые рации, и для работы их в Подмосковье, под городом Серпухов, приходилось ставить стационарные направленные антенны:-)
      Многие не верили в массовость и надежность сотовой связи… Сейчас в её удобстве и распространенности убеждать никого не нужно.
      Любая Новая Технология приходит и принимается не сразу.
      Компания ОТКРЫТЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ориентируется на потребности Заказчика и предложит оптимальные и современные технические решения.
      Пример: Использование WiFi при производстве колбас

      • ni-co
        /#19380756

        Вы называете литий-ионную батарею новой технологией? Ей сто лет в обед!
        И главные причины ее малой распространенности — дороговизна и небезопасность самих батарей. Ссылки ссылками, но батареи продолжают гореть и взрываться. И ценники на батареи равной емкости отличаются в разы. Причем даже сроки службы литий-ионных батарей очень далеко не покрывают эту разницу.

        • Gromazeka13
          /#19380826

          ni-co в статье идет речь о том, что технологии Li-Ion на текущий момент достигли того уровня безопасности, позволяющего внедрять их в ИТ-сферу, в ИБП серверной, ЦОДа

          Ей сто лет в обед!
          положим всего около 20 лет, я считаю 18 лет…
          батареи продолжают гореть и взрываться.
          где? в ИБП? не слышал… вы думаете японцы на своей подводной лодке с литиевыми ИБП всерьез имеют вариант (риск) возгорания на глубине? думаю, что это не так… Посмотрите немецкий фильм «das boat» про фашистских подводников: в одной из серий (телеверсия была) у них возникают серьезные проблемы с батареями, пытаясь устранить проблему они работают в противогазах в парах выделений от кипящих свинцово кислотных батарей… Это же не повод был убрать все аккумуляторы с субмарин?
          И ценники на батареи равной емкости отличаются в разы
          это еще один устаревший миф… на данный момент подобные решения уже давно перешли в стадию экономической эффективности на горизонте 3-5 лет, а стартовые затраты больше в разных случаях всего в 1,5- 2 раза, если речь идет о мощностях свыше 100 кВА… Это как раз показатель всеобщего перехода на литий, как единственной РЕАЛЬНОЙ альтернативе старым добрым различным аккумуляторам из прошлого века.

          • ni-co
            /#19380918

            1. А вот Sony уверена, что она выпустила свой Li-Ion на десять лет раньше чем Вы думаете.
            2. Назовите мне стоимость литий -ионного ИБП на 1500 VA.

            • Gromazeka13
              /#19381332

              Обсуждалось и излагалось ранее в нашей статье, ссылка дана в начале данного материала

              • ni-co
                /#19381360

                Там, в Вашей статье, если по-русски сказать дурите голову цифрами, ни о чем не говорящими. Лукавите про температурные режимы, сравнивая батареи и пр. Я не буду сейчас, время позднее для разбора конкретики. Понятно, что продав одну вещь за тысячу рублей прибыли получится гораздо больше чем три по триста. И мороки меньше.
                Но я конкретный вопрос задал и хотел такого же ответа.

                • Gromazeka13
                  /#19382022

                  ni-co конкретный ответ на ваш вопрос дает яндекс-маркет- 160-180 т.руб. Это то что я нашел, для стоечного исполнения…

                  • ni-co
                    /#19382106

                    Спасибо. За эти деньги можно купить три свинцовых.

          • DGN
            /#19381394 / +1

            Как раз на подводной лодке литий в самый раз. Во первых это высокая емкость батарей и скорость зарядки. Во вторых это полное отсутствие выделения водорода, а это очень важно под водой. Да и собственно вообще отсутствие любых выделений, пары кислот и щелочей весьма неприятны, в аккумуляторных отсеках лодок работают в изолирующих костюмах. Ну и цена лития там никого не волнует.

        • Dim_K0
          /#19380980 / +1

          Если вы помните, первые сотовые телефоны тоже не в 90-е годы появились…
          А споры о преимуществах транковой радиосвязи?
          А о том, что с каждым сотовым нужно было носить пакет справок и разрешений и регистрировать его в соответствующих органах?
          Однако массовое распространение получила связь сотовая.
          Всё меняется… И на Марсе будут яблони цвести…

          • ni-co
            /#19381118

            Согласен. Только для этого должен быть какой-то смысл. Экономия денег, сроки эксплуатации, надежность, безопасность. Хоть какая-то выгода, а не просто слова «покупайте литий!» :)

  4. lingvo
    /#19380154

    Как-то не нашел в статье ответа на вопрос в спойлере:


    как отличаются условия эксплуатации батарей в серверной, почему в телефоне Li-Ion батарея служит не более 2-3 лет, а в ЦОДе эта цифра возрастёт до 10 и более лет.

    Обманули ожидания...

    • Gromazeka13
      /#19380314 / +1

      lingvo почему? основной лейтмотив — количество циклов… в ЦОД или серверной — это очень малое количество на еденицу времени. в телефоне это работа на износ, и часто большие перепады температур… первые инсталляции в изложенном решении работают уже более 5 лет в реальных условиях… Возьмите литий-ионные аккумуляторы для допустим шуруповерта, полагаю если он вам нужен лишь эпизодически, то и спустя 10 лет он вам будет исправно держать заряд, лишь потому, что вы его периодически заряжали и практически не использовали циклы зарядки…

      • lingvo
        /#19380510

        Ну так этого всего и нет в статье.

        • Gromazeka13
          /#19382030

          lingvo сожалею, то, что вы видите — сотая часть того материала, что хотелось изложить… но была бы «простынь» которую никто не стал бы изучать. Все что указано в моем предыдущем комментарии тем или иным способом указано в материале.

  5. Foggy4
    /#19380864

    А для классических мелких ИБП типа APC 1500 продаются Li-ion батареи, можно ли их туда вставлять?

    • Gromazeka13
      /#19382032 / +1

      нет, система BMS должна быть не только физически на борту ИБП и батареи, но и иметь соответствующий софт. Плюс разница в алгоритмах и токах зарядки: литий может заряжаться в разы быстрее, а это накладывает определенные требования на схемотехнику внутри ИБП (если мы говорим о мелких ИБП) и схемотехнику системы электроснабжения (если мы говорим о крупных решениях)

    • u010602
      /#19383798

      Литий железо фосфатные ставят в авто, возможно и в ИБП можно, но у них напряжение чуть выше, он будут всегда нежозаряжены. А ток заряда они могут брать большой, на порядок больший чем у кислотных. Не знаю насколько это будет эффективно и безопасно для зарядного в ИБП. И еще литий не любит буферный режим и капельный заряд, тут нужен алгоритм с гистерезисом процентов в 10-20. А иначе литий быстро умрет. Т.е. если ИБП можно перепрошить и управлять зарядкой программно — то думаю переделка возможна. Еще как вариант найти бмс которая сможет взять на себя это и заодно дурить ИБП.

      • Gromazeka13
        /#19386090

        В любом случае этот колхоз будет — костыль, и несколько опасный костыль, мягко сказать. Опять таки на какой литий? Если 18650, то можно пойти путем проторенным- переделки успешно работают в шуруповертах, а недавно видел литиевую сборку в шкуре аккумулятора от бытовых ИБП- вес впечатлил, точнее отсутствие предполагаемой массы. По сути да- сборка из 18650, плата BMS с балансировщиком и что то колхозить с контроллером ИБП....

  6. Oval
    /#19380872

    LiFePo4 горит, на ютубе по крайней мере, не опаснее деревяшки, без искр.

  7. 1Fedor
    /#19381372

    Тема интересная, жаль, что статья голимая реклама.
    Ничего не имею против инноваций, двумя руками за, но перефразирую «Всему свое время, и время всякой вещи под небом… (Экклезиаст 3.1)» — свое время и своё место.
    О чем статья? О пожароопасности литий-ионных батарей?
    Нам говорят — вот мы наворочали такую схему и уж теперь будет безопасно.
    Хотя завидной регулярностью появляются ролики с пожарами.
    Ладно согласимся, что это горят мобильные системы, а на ЦОД будет всё ОК.
    Нам говорят, что это недорого, хотя разница в стоимости в два раза. Только неясно откуда экономия 30-50%.
    Зачем писать о подводных лодках, Боингах, если говорим о ЦОДе, пишите об этом.
    Кстати, вот статья об этой лодке «Как пишет Defense News, установка батарей на подводные лодки может показаться странной, особенно на фоне инцидента с авиалайнером Boeing 787 Dreamliner. 8 января 2013 года в аэропорту Бостона на борту самолета компании Japan Airlines произошел пожар из-за возгорания литий-ионного аккумулятора»
    Каждое заявление авторов статьи вызывает вопросы, например: рост спроса на ИБП и объем информации Боинга или почему увеличиваются требования к росту автономной работы.
    Если провести сравнения с военно-промышленным комплексом других стран — это ЦОД сравнивают с подводной лодкой?
    Про подводную лодку удивительно написано, хотелось бы получить подтверждение этим заявлениям: «Тогда получим порядка 330 МВт*ч суммарной удельной мощности массива АКБ для подводной лодки»
    Недавно Маск потряс всё прогрессивное человечество строительством в Австралии самой мощной в мире аккумуляторной станции «Компания Tesla миллиардера Илона Маска отчиталась о завершении работ по установке в штате Южная Австралия системы сверхъемких аккумуляторов Powerpack выходной мощностью 100 МВт»
    Вот здесь вид этой станции, оцените размеры habr.com/post/371503
    Я слабо представляю на лодке аккумулятор мощностью 330 мвтчас.
    Разницу в весе лодки насчитали 8,2 т-4,7 т=3,5 т, маловато будет, лодка весом тысячи тонн и экономия 3,5 тонны на аккумах несерьезно. Вот что пишут вояки «Сейчас свинцово-кислотные батареи составляют 20—25 % массы подводной лодки».
    Вот характеристики лодки (https://nplus1.ru/news/2018/10/09/liion)
    «Подводное водоизмещение подлодки «Орю» составляет 4,2 тысячи тонн при длине 84 метра и ширине 9,1 метра. Корабль может развивать скорость до 20 узлов. Подлодка оснащена двумя дизельными двигателями и четырьмя двигателями Стирлинга, необходимыми для питания ходовых электромоторов и подзарядки аккумуляторов в подводном положении.»
    Но причем здесь ЦОД?
    Для ЦОД с его щадящим режимом работы современный свинцовый необслуживаемый аккумулятор лучшее решение. Глянул в интернете один аккумулятор 2,5 квтчаса, количество циклов заряд-разряд до 30% — 900, если раз в месяц электричество пропадет, то на 80 лет хватит, если не откажет раньше,( ну и не жалко).
    Ведь даже на автомобилях нет таких решений, а почему?

    • Nubus
      /#19381762 / +1

      Читать статью и учить матчасть. Различайте пожары на борту самолета из-за возгорания аккумуляторов ноутбука или иного оборудования и возгорание промышленного аккумулятора. Это разные вещи. Сравните аккумулятор Теслы и Galaxy 7. Литий в обоих случаях, но уровень безопасноти совсем дургой.

      Второе, в случае отказа ЦОД потребляет сразу много VA, и тут свинец проседает. При больших токах отдачи свинец может отдать всего 50% заряда, после чего общая энергоемкость падает. Пару раз просел и привет. Свинец при нормальных условиях живет всего 1-3 года, LFP 8-10 лет. Если ЦОД где-нить на дне океана или у черта на куличиках в холодных районах, LFP ваш лучший друг. LFP будет в 2 раза легче свинца при той-же енергоемкости.

      • ni-co
        /#19382224

        " Свинец при нормальных условиях живет всего 1-3 года."
        На самом деле три года минимум. Уже двадцать лет работаю со свинцовыми АКБ. За такое же время умирают литиевые батареи в ноутбуках и смартфонах(от 3-х).

      • Wolframium13
        /#19382494 / +1

        Какие-то у вас нормальные условия больно странные, экстремальные условия автомобиля — свинец живёт от 3-5 лет, качественный и ухоженный все 8-9. А там и скачки и температура, и вибрация, и питание с генератора через «шоколадку». Неужто ЦОДовские живут хуже?

        • ni-co
          /#19382532

          Чудак просто не знает о существовании свинцового аккумулятора в моторном отделе автомобиля.

      • Jump
        /#19382564 / +1

        Три года обычная свинцовая АКБ живет в условиях регулярных нагрузок, недозарядов, перепадов температур, и вибрации — в автомобиле.
        Эти же автомобильные авто в условиях жесткого циклирования — как например в солнечной энергетике, живут максимум год.
        Хорошие панцирные свинцовые АКБ живут в условиях жесткого циклирования 2-4 года, в буферном режиме по 5-8лет.
        В дежурном режиме как в датацентрах, при нормальном обслуживании — более 15лет.

        • Gromazeka13
          /#19384776

          это теория, а по факту — у кого не спросишь- три года максимум- если человек не имеет резервного кабеля, и/или резервного ДГУ. Как только эксплуатация понимает, что времени прогнозируемого осталось мало, от греха подальше ЗАРАНЕЕ бюджетируют замену всех батарей… мы же рассуждаем о критичных сервисах, когда «падение» ИБП может повлечь значительные финансовые проблемы… А твердить как мантру- у меня хорошие свинцовые батареи и я их сменю, только когда будут точно уверен в их «подозрительности»--- ну что ж каждому свое… риски уронить серверы и ИТ-инфраструктуру кажутся такими огромными по сравнению со стоимостью батарей… по сути экономия на спичках. Вот если мы рассматриваем множество распределенных ИБП, когда есть обменный резервный фонд батарей (как делается на некоторых объектах), то да… подумаешь, что то отрубилось, поменял модульную батарею (одну) и дальше работает… Все зависит от степени ответственности того оборудования, на котором оно эксплуатируется, что именно защищает…

      • idiv
        /#19382584

        Различайте пожары на борту самолета из-за возгорания аккумуляторов ноутбука или иного оборудования и возгорание промышленного аккумулятора.

        Боинг 787 Дримлайнер — первый серийный самолет, где было решено заменить никель-кадмиевые (ЕМНИП) на литий-ионные аккумуляторы. Потом эти аккумуляторы устроили фейерверк и на полгода или около того были запрещены полеты. Так как технически сделать аккумуляторы надежнее не вышло, то была просто укреплено место их расположения. Т.е. он выгорит, но самолет не пострадает.
        Свинец при нормальных условиях живет всего 1-3 года, LFP 8-10 лет. Если ЦОД где-нить на дне океана или у черта на куличиках в холодных районах, LFP ваш лучший друг. LFP будет в 2 раза легче свинца при той-же енергоемкости.

        А немцы исходят из 9 лет минимум. Да, его обслуживать нужно, но 1-3 года — это значительный недобор. А вес для ЦОД дело десятое, это не транспортное средство или носимая техника, можно и тяжелее сделать.

  8. Jump
    /#19381752

    Главное преимущество литиевых аккумуляторов перед свинцовыми это вес и габариты. Именно по этому они стали так популярны в смартфонах, электровелосипедах, ручном электроинструменте. Там каждый грамм на счету.
    А в случае ЦОД это не является значимым преимуществом.
    Вес вообще не критичен — нет особой разницы тонна там будет или десяток тонн.
    Размер тоже — сделать помещение чуть больше это копейки на фоне стоимости аккумуляторов.
    Так же литиевые аккумуляторы лучше выдерживают жесткое циклирование. Но и тут мимо, потому что в ЦОД аккумуляторы работают в ждущем режиме — постоянно заряжен и не используется пока не возникнет аварийная ситуация.
    Свинец в этом режиме показывает лучший срок службы.

    В итоге — зачем платить больше, если нет явных преимуществ?
    Хотя да, маркетологи будут убеждать, что это круто, современно, экономит квадратные метры, и снижает нагрузку на фундамент ЦОД'а.

    • Gromazeka13
      /#19382620

      Фундамент ЦОД? Вы оперируете крупными проектами, проектами с нуля. А ведь есть масса примеров когда серверная, ЦОД размещаются на каком то этаже готового офисного здания и там вопрос массы поднимается постоянно. Кроме того до кучи ещё возникает желание и условие обеспечить 4-6 часов автономии работы от ИБП. И тут мы уходим в плоскость- "куда ставить", как вентилировать. Были кейсы, когда приходилось долго объяснять заказчику что второй ЦОД размещать над первым не задумываясь о массе ИБП и ИТ оборудования- значит рисковать получить единый ЦОД, когда они "объединятся" на первом этаже, случайно, неожиданно, внезапно...

      • ni-co
        /#19382700

        "… возникает желание и условие обеспечить 4-6 часов автономии работы". Для этих целей рационально использование дизель генератора.

      • Jump
        /#19383206

        и там вопрос массы поднимается постоянно.
        Дизель с резервом дизтоплива тоже весят немало, и требуют фундамента. Если уж нашли для них место, для аккумуляторов тем более.

        Кроме того до кучи ещё возникает желание и условие обеспечить 4-6 часов автономии работы от ИБП
        Вы шутите, или как?
        Задача ИБП продержать нагрузку пока дизель не выйдет на рабочий режим.
        Как правило не более 5 минут. Ну поскольку бывают накладки то делают с хорошим запасом. В итоге хороший ИБП может продержать нагрузку аж 15минут.

        • Gromazeka13
          /#19383832

          "Задача ИБП продержать нагрузку пока дизель не выйдет на рабочий режим." Вот не всегда есть генератор, иногда его просто невозможно установить, так как это связано с массой других сопутствующих проблем… Серверная может находится на каком то этаже здания, а здание зажато плотной застройкой или находится в центре города. Иногда бывает проще увеличить батарейный массив, чем ввязываться в эпопею с ДГУ.

          • Jump
            /#19384608

            Ну нет ДГУ, значит серверы выключатся. Это факт.
            В таких случаях ИБП нужен для корректного завершения работы. Выключили свет — сервер получил уведомление от ИБП и отключился.
            Тут без вариантов.
            Если в серверной у вас пара компьютеров которые нужно продержать несколько часов и ничего более — там возможно.
            Если же у вас там куча стоек каждая из которых кушает несколько киловатт, и хорошая система охлаждения — нереально.
            Обычно в таких серверных которые находятся в неподготовленных зданиях либо имеют подвод от другой сети, либо просто выключают. Аккумуляторы в любом случае нужны на несколько минут после внезапного отключения.

            • Gromazeka13
              /#19386102

              Вынужден не согласиться- масса случаев — когда требуется, и даже не смотря на наличие ИБП и первой категории надёжности электроснабжения....

              • ni-co
                /#19387200

                После слов «и даже не смотря на наличие ИБП и первой категории надёжности электроснабжения....» Вы мне напомнили чудаковатого пассажира автобуса с двумя талонами и проездным билетом. «Первая категории надёжности электроснабжения». Вам этого мало?!
                Пысы: Зачем стальная дверь в деревянном сарае? Проще, батенька дублировать сервера в другом месте.

                • Gromazeka13
                  /#19387536

                  ni-co я не склонен обсуждать желания заказчиков, если он хочет увеличить надежность одной из систем, пусть даже установив сервера «в сарае» — это его личное дело. В таких случаях достаточно известить заказчика о проблемах и оценить их влияние на тот же ИБП. Грубо говоря если человек хочет поставить на жигули колеса стоимостью как пять новых жигулей — это его личное дело. А если при этом техническое состояние машины — вполне нормальное, то плюс ему в карму. А вот если эти супер колеса будут задевать за арку колеса или в какой то момент заклинят на повороте — уже совсем другой расклад. В случае ИБП- если человек хочет массив АКБ, и у него подходящие площади для этого, и он не верит ни двум трем вводам от сетей и китайскому генератору за углом от владельца здания — это его право… что касается пассажиров автобуса, то лучше быть с двумя билетами и сидеть ровно (нигде ничего не подгорает), чем бегать по салону, пытаясь избежать общения с tiket-collector…

                  • ni-co
                    /#19387730 / +1

                    Достойный ответ( без иронии). Дальше остается только философствовать на эту тему.

  9. Gromazeka13
    /#19390014

    1Fedor

    Разницу в весе лодки насчитали 8,2 т-4,7 т=3,5 т, маловато будет, лодка весом тысячи тонн и экономия 3,5 тонны на аккумах несерьезно. Вот что пишут вояки «Сейчас свинцово-кислотные батареи составляют 20—25 % массы подводной лодки».

    Cогласен, ошибка в прикидочных вычислениях… Попробуем с другой стороны зайти: 4,2 тысячи тонн-японская субмарина. Отсюда берем примерно 1000 тонн — свинцово-кислотные аккумуляторы. Далее берем на треть меньший вес для Li-Ion-> 350 тонн лития. Отсюда получаем примерно порядка 25 МВт мощности батарейного массива. И разница в массе батарей — 700 тонн… вот на эти то 700 тонн японцы и пытались восстановить остойчивость этой субмарины, когда вспомнили на сколько она «полегчала»… Вот тут батарейки субмарин обсуждают
    Глянул в интернете один аккумулятор 2,5 квтчаса, количество циклов заряд-разряд до 30% — 900, если раз в месяц электричество пропадет, то на 80 лет хватит, если не откажет раньше,( ну и не жалко).
    Ведь даже на автомобилях нет таких решений, а почему?
    вам надо про 80 лет на свинце попробовать рассказать тем, кто несет ответственность за ЦОД какого нибудь мобильного оператора или банка, и попытаться доказать им, что раз поставив ИБП и батареи беспокоиться не о чем, АКБ в порядке, и минимум 10 лет можно сидеть ровно, все под надежной защитой и автономией…