Почему индустрия ИБП должна быть готова к использованию литий-ионных аккумуляторов

Опубликовано 22.12.2020

На протяжении многих лет разработки в области источников бесперебойного питания (ИБП) в значительной степени были направлены на повышение эффективности, надежности и доступности. Повышение эффективности работы в режиме двойного преобразования в реальном времени было достигнуто в первую очередь за счет внедрения бестрансформаторной технологии в 90-х годах.

Исключение громоздкого трансформатора и связанное с этим значительное уменьшение размеров, занимаемой площади и веса привело к инновационной модульной концепции. Это, в свою очередь, уменьшило важное значение среднего времени ремонта (MTTR), что значительно повысило доступность. При разработке конструкции источников бесперебойного питания (ИБП) теперь достигаются показатели эффективности более 97%, а эволюция нескольких поколений модульных систем ИБП повысила доступность с 99,9995 (шесть девяток) до 99,9999999% (девять девяток). Время простоя было сокращено с секунд до миллисекунд. Конечно, система ИБП состоит не только из самих ИБП, но также включает в себя жизненно важный источник постоянного тока, необходимый для преобразования и обеспечения питания в случае сбоя в электросети.

Этот источник постоянного тока в основном оставался батареей: простым химическим устройством, используемым для хранения энергии до тех пор, пока она не понадобится. В мире ИБП традиционным «переходным» аккумулятором был свинцово-кислотный блок с клапанной регулировкой (VRLA). По многим веским причинам VRLA существует уже давно. Технология старая, но проверенная, надежная, конкурентоспособная по цене, аккумуляторные батареи пригодны для вторичной переработки и, как следствие, стали альтернативой для подавляющего большинства систем источников бесперебойного питания (ИБП). (Обратите внимание, что батареи для систем ИБП были специально разработаны с учетом уникальных характеристик применения, поэтому всегда необходимо использовать батареи правильного типа). Как и в любой другой отрасли, технологии всегда улучшаются, и грядет смена типа батарей. Некоторые системы ИБП уже поддерживают технологию литий-ионных аккумуляторов (LIB).

Литий-ионные аккумуляторы возникли в начале 70-х, но коммерческий успех действительно был обеспечен Sony с их портативной видеокамерой начала 90-х. Движущей силой непрерывного роста и развития стали ноутбуки, а затем и мобильные телефоны, потому что все мы хотим, чтобы наша электроника была меньше, дешевле, мощнее и работала дольше.

В то время как важнейшие решения для защиты электропитания ИТ и портативная электроника преследуют общие цели: требовать больше энергии, занимать меньше места, увеличивать время работы и иметь приемлемую цену, батареи, поддерживающие бытовую электронику, отличаются от батарей для центров обработки данных.

Интересно, что использование литий-ионных аккумуляторов в источниках бесперебойного питания (ИБП) до сих пор шире в развивающихся странах Африки, а также на Ближнем Востоке, где основная электросеть менее надежна, а частые проблемы с питанием более обычны. В этих случаях ИБП и аккумуляторные системы необходимо включать несколько раз в день! Это более широкое распространение в первую очередь связано с более длительным сроком службы литий-ионных аккумуляторов: обычно 2500 циклов включения и выключения по сравнению с примерно 300 циклами для технологии VRLA.

В Европе различные факторы, включая продолжающийся рост стоимости недвижимости, будут оказывать гораздо большее влияние на внедрение литий-ионных технологий. Это связано с тем, что главными недостатками батарей VRLA являются их размер и вес. Установка выше первого этажа может потребовать структурного усиления здания просто для размещения необходимых батарей. С точки зрения логистики, перемещение большого количества тонн оборудования в комнату и из нее, когда необходимо заменить батареи, также может вызвать проблемы.

С точки зрения занимаемой площади между двумя технологиями существует значительная разница: литий-ионные батареи занимают <50% занимаемой площади и <25% веса батарей VRLA. Хотя в настоящее время они являются более дорогим вариантом покупки, цена литий-ионных аккумуляторов быстро падает (примерно на 80% с 2010 г.), и в результате модели затрат и рентабельность инвестиций становятся все более благоприятными. Если учесть ценность помещения, литий-ионные аккумуляторы теперь становятся жизнеспособными для центров обработки данных, стремящихся увеличить удельную мощность в пределах той же площади.

Еще одним преимуществом литий-ионных аккумуляторов является то, что они могут работать при более высоких температурах, что требует менее дорогостоящего охлаждения и уменьшения общего количества потребляемой энергии. Напротив: согласно отраслевым стандартам, на каждые 10 градусов выше 20 ° C срок службы батареи VRLA сокращается вдвое.

Помимо того, что литий-ионный аккумулятор намного легче и может работать при более высоких температурах, он имеет значительно более длительный расчетный срок службы (около 15-17 лет) по сравнению с VRLA, который обычно требует замены каждые 7-8 лет при 10-летнем сроке службы. срок службы батареи. Такой уровень обслуживания может вызвать проблемы сам по себе. В зависимости от того, что вы читаете, существует множество источников данных, которые предполагают, что значительная часть проблем вызвана системами батарей. Конечно, ситуация всегда улучшается, и некоторые системы мониторинга батарей также выравнивают заряд по системам батарей, что приводит к увеличению срока службы. Однако, если оценить общую стоимость владения, литий-ионный аккумулятор действительно становится более привлекательным решением.

Однако готовы ли литий-ионные аккумуляторы к работе и питанию большинства критически важных объектов?

Не все литий-ионные батареи одинаковы, как и батарея VRLA, для конкретного применения необходимо выбирать правильный тип блока. Распространенными вариантами литий-ионных аккумуляторов являются кобальт, марганец, фосфат, алюминий и титанит. Все они имеют разные уровни характеристик и производительности: время заряда, удельную мощность и способность работать при более высоких температурах. В зависимости от выбора материала для литий-ионной батареи ее напряжение, плотность энергии, срок службы и безопасность могут сильно различаться.

Оксид лития-кобальта (LCO) предлагает более высокую плотность энергии, но представляет угрозу безопасности, особенно при повреждении. Этот химический состав широко используется в бытовой электронике. Литий-железо-фосфатные (LFP), литиево-марганцевые (LMO) и литий-никель-марганцево-кобальтовые (NMC) батареи имеют более низкую плотность энергии, но по своей сути более безопасны. В ИБП наиболее часто используются оксид лития-марганца (LMO) и оксид литий-никель-марганца-кобальта (NMC), которые предлагают лучший компромисс между производительностью и уровнями безопасности, доступными в настоящее время на литий-ионном рынке.

В прошлом вы, возможно, читали в прессе несколько тревожных историй, в основном о потребительских электронных устройствах. Возможно, вы помните, как загорелся Samsung Note 7s, и его запретили брать с собой в самолет! Количество энергии, хранящейся в батареях этих устройств, действительно представляет определенные проблемы. Несмотря на то, что количество инцидентов невелико по сравнению с огромным количеством устройств в полевых условиях, это все еще область, требующая решения.

Однако высокопроизводительные приложения, такие как источники бесперебойного питания, не представляют таких проблем. Литий-ионные батареи для систем ИБП отличаются более безопасным химическим составом, более высокими рабочими параметрами, более прочными материалами и менее требовательные к среде пользователя. Производители литий-ионных аккумуляторов используют рентгеновские лучи, для контроля качества, и в них встроена защита от перезаряда. Также улучшились электронные системы управления, которые контролируют систему батарей, получая подробную информацию о каждой отдельной ячейке, например, такие как напряжение, ток, температура и сигналы тревоги, и соответствующим образом контролируют режим заряда.

Поскольку никому не нравится быть подопытным кроликом, и по самой своей природе отрасль защиты критически важных элементов питания обычно не склонна к риску, первые шаги к использованию литий-ионных аккумуляторов в отрасли ИБП будут делать новаторы. Как скоро они будут приняты мейнстримом, вероятно, будет зависеть от опыта этих первых установок.

Мы полагаем, что со временем произойдет переход к использованию литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов, поскольку снижение затрат, обусловленное развитием автомобильной промышленности, перейдет в секторы резервного питания. Использование литий-ионных аккумуляторов неизбежно уменьшит размер и вес систем ИБП, а более длительный срок службы литий-ионных батарей будет означать меньшее количество дорогостоящих замен. Все это принесет пользу клиентам за счет сокращения капитальных и операционных затрат, а также сделает литий-ионные (литий-ионные) батареи выигрышным решением для приложений ИБП, требующих компактной инновационной защиты. Системы ИБП будущего должны разрабатываться с учетом литий-ионных аккумуляторов. Технология CENTIEL уже готова к работе с литий-ионными батареями, поэтому существующие свинцово-кислотные аккумуляторные батареи будут иметь возможность перейти на литий-ионные в будущем без необходимости замены ИБП.

CENTIEL имеет ясную цель: добиться максимальной доступности электроэнергии для наших клиентов. Наши передовые технологии, подкрепленные техническими обслуживаниями, выполняемыми нашими опытными и полностью обученными инженерными командами, обеспечат наилучшую защиту электропитания наших клиентов в любое время.