Использование литий-ионных аккумуляторов для защиты электропитания центров обработки данных

Опубликовано 12.04.2021

Какие преимущества у литий-ионных аккумуляторов?

Ваш ИБП готов к использованию литий-ионных АКБ?

Технологический прогресс, достигнутый за последние годы, означает, что эффективность ИБП последнего поколения составляет около 97%. Тем не менее, мы использовали те же свинцово-кислотные батареи или батареи VRLA в качестве резервного источника питания ИБП около 30 лет! Они по-прежнему делают свою работу, и делают это хорошо: так зачем же меняться?

Проблема с батареями VRLA заключается в том, что им по-прежнему требуется температура около 20°C, чтобы продлить срок их службы. Согласно отраслевому стандарту, на каждые 10 градусов выше 20°C срок службы батареи VRLA сокращается вдвое. Таким образом, одна область, которая может способствовать широкому распространению альтернативы, такой как Li-ion батареи для Дата-Центров, является необходимость рационального использования энергии.

Литий-ионные батареи предлагают альтернативу VRLA, поскольку они могут работать при гораздо более высоких температурах. Большинство ИТ-систем также работают при температуре >25°C, а сами ИБП могут работать до 40°C. Конечно, во многих европейских странах это может означать, что естественная температура воздуха (которая в среднем составляет 20-22°C) может полностью устранить необходимость в кондиционировании воздуха. Это приведет к значительной экономии эксплуатационных расходов центра обработки данных и уменьшению выбросов углекислого газа.

Экономия места также является потенциальным преимуществом. Во многих центрах обработки данных достаточно места для размещения свинцово-кислотных аккумуляторов без проблем. Однако там, где пространство ограничено, литий-ионные батареи обычно занимают треть физического пространства эквивалентных блоков VRLA и имеют менее четверти веса. Эти характеристики экономии места могут дать преимущества, например, небольшим региональным периферийным центрам обработки данных.

До сих пор одним из недостатков перехода на литий-ионные аккумуляторы была более высокая первоначальная стоимость. Однако в последние годы автомобильная промышленность снизила цены, а за последнее десятилетие они снизились ещё значительней. Обычно мы обнаруживаем, что первоначальные капитальные затраты на покупку литий-ионных аккумуляторов в два раза дороже, чем со свинцово-кислотными аккумуляторами. Однако Li-ion работает вдвое дольше. Расчетный срок службы десять лет. Свинцово-кислотные батареи обычно меняют каждые семь или восемь лет. С Li-ion это 13-15 лет. Таким образом, литий-ионные батареи могут снизить общую стоимость владения (TCO), перевесив опасения относительно первоначальных инвестиций.

В прошлом в отношении литий-ионных батарей высказывались опасения по поводу безопасности. Однако технология пошла дальше. Управление и тестирование литий-ионных аккумуляторов регулируется стандартом IEC62619, который был представлен на международном уровне более двух лет назад, и относится, в частности, к системам управления в промышленных батареях. Литий-ионные аккумуляторы более чувствительны к тому, как они заряжаются и разряжаются, поскольку некоторые литий-ионные материалы выделяют O2 при высоких температурах во время перезарядки или перегрева.

Поэтому IEC62619 требует наличия внутренней системы управления батареями (BMS). Это предотвращает перегрев жидкого органического электролита из-за чрезмерной или недостаточной зарядки. BMS выдает предупреждение, если диапазон напряжения безопасной огибающей превышен, и тогда совместимый ИБП может среагировать. Если это игнорируется, аварийный сигнал второго уровня связан с автоматическим выключателем, чтобы предотвратить дальнейшую зарядку или разряд элемента. Этот двойной уровень защиты должен быть реализован и протестирован на соответствие нормативам IEC62619.

Каждая батарея, в том числе свинцово-кислотные, представляет собой потенциальную опасность, но при правильном обращении литий-ионная технология была разработана для обеспечения безопасности использования в центрах обработки данных и других объектах, требующих критически важной защиты питания.

Доступны различные типы материалов для литий-ионных аккумуляторов, чаще всего используются NCM, LCO, LMO и LFP. Нужен материал с высокой стабильностью в любых условиях. Самый безопасный и надежный является LFP, поскольку при разложении LFP не образуется O2, что значительно снижает риск взрыва.

Несомненно, в будущем будет все больше и больше использоваться литий-ионные батареи в индустрии ИБП. Однако системы должны быть готовы к работе с литий-ионными батареями. Производители оборудования ИБП должны убедиться, что их технология совместима и может «взаимодействовать» с системой мониторинга литий-ионных батарей.

Интересно отметить, что до сих пор литий-ионные системы использовались в системах ИБП в большей степени в развивающихся странах Африки и Ближнего Востока, где основная электросеть менее надежна, чем в Великобритании, и частые проблемы с питанием обычны. В этих случаях ИБП и аккумуляторные системы переключаются несколько раз в день. Это большее использование в первую очередь связано с более длительным сроком службы литий-ионных аккумуляторов: обычно 3000 циклов включения и выключения по сравнению с примерно 300 для технологии VRLA.

Литий-ионное решение CENTIEL уже устанавливается нашими наиболее дальновидными клиентами, которые стремятся извлечь выгоду из преимуществ, которые литий-ионные аккумуляторы имеют перед свинцово-кислотными аккумуляторами, а именно: они меньше, легче, имеют высокую удельную мощность, большой срок службы и работают при более высоких температурах. Мы ожидаем, что в ближайшие пять лет произойдет значительный переход отрасли на литий-ионные аккумуляторы. Хорошей новостью является то, что технология CENTIEL уже является литий-ионной. Если у вас свинцово-кислотная батарея, можно в будущем перейти на Li-ion без необходимости замены ИБП.

Gerardo Lecuona

Соучредитель и директор по глобальным продажам
CENTIEL SA