حتى الآن ، كانت مشكلة تراكم (تراكم) الكهرباء موجودة بدون أي تغيرات عالمية ، ولا يمكن لأحد أن يقدم اختراقة تكنولوجية في هذا المجال. كانت نفس بطارية Gaston Plante لعام 1859 ، معدلة بواسطة تقنيات مساعدة مختلفة ومجهزة بتحسينات في مجال العمليات الكهروكيميائية ، ومكافحة تطور الهيدروجين ، ومواد الجسم الأخرى ، وما إلى ذلك. في مطلع عام 2000 ، ظهرت أنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم التي تحل بالتأكيد في جميع المناطق القلوية القياسية والكالسيوم و AGM والبطاريات الهلامية. في الوقت الحالي ، غزت بطاريات أيونات الليثيوم وبوليمر الليثيوم بالفعل سوق الأجهزة المنزلية ، وتم تطوير التكنولوجيا وتسمح بتصنيع البطاريات من أي شكل وسعة وحجم. حان الوقت لإيجاد حلول صناعية مثبتة تعتمد على بطاريات الليثيوم. أقترح أن نفهم لماذا في الخادم ومراكز البيانات لهذه التكنولوجيا المستقبل ...



على الرغم من أن هذه التكنولوجيا ليست اختراقة أساسية ، إلا أنها لا تزال تتمتع بعدد من المزايا الواضحة. والأكثر إثارة للاهتمام للحلول الصناعية في قطاع تكنولوجيا المعلومات هو الجاذبية النوعية للبطاريات لكل وحدة مساحة ذات سعة مماثلة للبطاريات الرصاص. يمكن اعتبار نفس الخاصية قوة محددة للبطاريات لكل وحدة كتلة - كيلوواط * ساعة / كجم. ولكن ، أول شيء أولاً.

الحقائق الحديثة للأجهزة المنزلية

لذا ، يمتلك كل واحد منا اليوم هاتفًا في جيبنا يعمل ببطارية ليثيوم ، وهذا أمر مألوف لدى الجميع.


التين. 1. بطارية النيكل لأدوات الطاقة


التين. 2. بطارية ليثيوم لأدوات الطاقة

خذ أداة كهربائية محمولة: بالأمس فقط كانت بطارية قابلة للإزالة مصنوعة على أساس تجميع بطاريات النيكل الشكل 1 (الرصاص سابقًا). اليوم نرى على الرفوف كمية كبيرة من أي أدوات كهربائية ذات بطاريات ليثيوم أصغر حجمًا وصغيرة الحجم وخفيفة وما إلى ذلك. الشكل 2. وماذا عن السعر في القطاع المحلي؟ نفس الأداة الكهربائية مع بطاريات الليثيوم هي أكثر تكلفة بقليل (وأحيانًا أرخص) فيما يتعلق بالجيل السابق ، ولا يمكن إنكار سهولة الاستخدام.

للمقارنة:

1. بطارية النيكل والكادميوم القياسية لمفك البراغي ماكيتا ، 12 فولت ، 2.0 أمبير * ساعة ، لها كتلة 0.61 كجم وأبعاد 110 × 100 × 90 ملم. أي أن لدينا 0.305 كجم / آه * ساعة. عند استخدام هذه البطاريات ، ستقلل الأداة الكهربائية المنزلية الطاقة (عزم الدوران) والسرعة في حالة قريبة من تفريغ البطارية بالكامل. الضمان - سنة واحدة. تكلفة أكثر من 2000 روبل.
2. سيكون لبطارية ليثيوم أيون لمفك البراغي من نفس الشركة المصنعة (ماكيتا) ، بجهد 10.8 فولت ، 2.0 أمبير * * 270 غرامًا وأبعاد 220 × 190 × 42 ملم. أي أن لدينا 0.135 كجم / أ * ح. الضمان - 5 سنوات ، بتكلفة حوالي 1200 روبل. عند استخدام مثل هذه البطاريات ، سيكون لأداة الطاقة المنزلية على سعة البطارية بأكملها نفس الطاقة (عزم الدوران) ونطاق السرعة الكاملة ، ولكن عندما تصل إلى الحد الأدنى من السعة ، ستتوقف ببساطة عن العمل نتيجة لدائرة الحماية من التفريغ العميق للبطاريات.

يصل الفرق في الثقل النوعي لأنواع مختلفة من البطاريات (Ampere * hour) إلى 2.2 مرة ، أي في كيلوغرام واحد من بطارية الليثيوم سيكون 2.2 مرة أكثر من السعة. لكن هذه مقارنة متحيزة ، لأن البطاريات لها جهد مختلف. دعونا نحاول إعادة حساب قيم الطاقة المحددة W / kg ، ونحصل على: لبطارية النيكل والكادميوم 39.3 W / kg ، ولبطارية الليثيوم - 80 W / kg. كان الفارق أكثر من الضعف.

وتجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة للمفكات الكهربائية وغيرها من الأجهزة المنزلية المستهلكة للطاقة ، يتم استخدام بطاريات ليثيوم أيون عالية التيار ، والتي توفر تيارًا مرتفعًا في فترة قصيرة من الزمن. في هذه الحالة ، ينخفض ​​الجهد عبر البطارية إلى ما دون مستوى حماية بطارية Li-Ion من الشحن الزائد العميق. يمكن تنفيذ سيناريو مشابه لأوضاع فك البراغي وفك البراغي الثقيلة والصواميل والأدوات الكهربائية الأخرى ، وفي النماذج التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو عند بدء تشغيل الماكينة.

إذن ما هي المزايا الرئيسية لبطاريات الليثيوم مقارنة بأنواع مختلفة من بطاريات الإلكتروليت الكلاسيكية؟


الشكل 3. رسم بياني لطاقة محددة مقابل طاقة محددة لأنواع مختلفة من البطاريات

1. قوة كبيرة واستهلاك طاقة لكل وحدة كتلة. يوضح الشكل 3 اعتماد الطاقة المحددة لأنواع مختلفة من البطاريات (مقياس Watt / kg الرأسي مقابل طاقة معينة (مقياس Watt * h / kg الأفقي)) ، والتي يمكن أن يقدمها نوع مختلف من البطاريات. ببساطة - كلما زاد التيار (على التوالي ، الطاقة) تعطي البطارية للتحميل ، كلما قل وقت العمل في دقائق وساعات. كما ترى ، توجد البطاريات التي تعتمد على الليثيوم على الأجزاء المقابلة تمامًا من الرسم البياني مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضية الكلاسيكية. يمكن أيضًا أن نفهم من الشكل أن بطاريات الليثيوم لها خصائص مختلفة اعتمادًا على النوع ، ولكن بشكل عام قادرة على التخلي بسرعة عن الطاقة المخزنة ؛
2. ثلث الجاذبية الأقل تحديدًا مقارنةً ببطاريات الرصاص ؛
3. عدم وجود تأثير "الذاكرة". أي أن البطاريات القائمة على بوليمر الليثيوم لا تقلل من قدرتها عند العمل في وضع التفريغ الجزئي. على سبيل المثال ، تثبت بطاريات النيكل والكادميوم والنيكل والمنغنيز هذا التأثير في نمط دورات التفريغ الجزئي المتكررة للشحن ، مما يؤدي في النهاية إلى حقيقة أن البطارية "تتذكر" السعة الأقل المتاحة ؛
4. عدد أكبر من دورات شحن التفريغ مقارنة ببطاريات الرصاص ؛
5. نقص الهيدروجين أو أي غازات ضارة ومتفجرة وحرائق خطيرة. كما هو موضح في الشكل 4 ، لا يحدث أي تطور للغاز على الإطلاق في العمليات الكيميائية في بطاريات Li-ION.

مبدأ تشغيل بطارية ليثيوم أيون

على هذا النحو ، لا يوجد إلكتروليت في حالة حرة في بطارية ليثيوم. بدلاً من ذلك ، يتم استخدام فاصل مسامي مشرب بالكهرباء. ويستخدم أيونات الليثيوم ، المرتبطة بجزيئات من معادن إضافية. عند تفريغ البطارية ، ينتقل أيونات من القطب السالب (الكاثود) إلى الموجب (الأنود) والعكس بالعكس عند الشحن. تتطلب دائرة البطارية فاصل فصل بين جزئي الخلية ، وهذا ضروري لمنع الحركة التلقائية لأيونات الليثيوم. يوضح الشكل التالي مخططات العمليات الكيميائية لبطاريات الرصاص وأيون الليثيوم.


التين. 4. العمليات الكيميائية في بطاريات الرصاص وبطاريات الليثيوم

يمكن تقسيم فئة بطاريات الليثيوم أيون إلى نوع فرعي وفقًا للمادة الكيميائية الرئيسية ، والتي تعطي البطارية خصائصها الفريدة والفريدة:



إذا قارنا هذا التصنيف بالشكل 3 ، فيمكن أن تُنسب البطاريات من نوع LFP إلى فئة الطاقة العالية ، والكائنات الحية المعدلة من الليثيوم والمنغنيز إلى فئة طاقة الطاقة المتوسطة.

إذا نظرنا فقط إلى الطاقة المحددة لأنواع مختلفة من البطاريات ، فإن الهيكل يكون على النحو التالي:


التين. 5. الطاقة المحددة لأنواع مختلفة من البطاريات (استناداً إلى batteryuniversity.com)

يمكن تقسيم فئة بطاريات الليثيوم أيون إلى نوع فرعي وفقًا لعامل الشكل:



الحجم الأكثر شيوعًا لبطاريات الليثيوم أيون هو أسطوانات عالية 65 مم ، أكبر قليلاً من بطارية AA الكلاسيكية ، والتي يتم استخدامها في معظم الأجهزة المنزلية وأجهزة التحكم عن بعد.

من هذا النوع من البطاريات ، يتم حاليًا تصنيع بطاريات الدراجات الكهربائية والدراجات البخارية الكهربائية ؛ هذه هي البطاريات الموجودة في أي أجهزة كمبيوتر محمولة "غير حديثة". بالإضافة إلى ذلك ، تم تجميع بطاريات الإصدارات الأولى من مركبات TESLA من بطاريات الليثيوم هذه. عرض >>


التين. 6. ظهور بطارية LIP أسطوانية

الشركة الرائدة في السوق في إنتاج الخلايا المنشورية هي Samsung CDI ، وهي قسم من شركة معروفة. في مجال الحلول الصناعية ، تم تطوير خلايا وبطاريات (كائنات حية محورة) واستخدامها بنجاح. تتميز خلية الجهد القياسي 3.7V بسعة 67A * h ، ويتم تجميع الوحدة من 8 خلايا ، ولها كتلة 17 كجم ، والجهد 24-33.6 فولت ، وطاقة محددة تبلغ 140 واط * ساعة / كجم.


الشكل 7: ظهور خلية كائنات حية منشورية من سامسونج

بعد بدء الضجيج مع السيارات الكهربائية والسيارات الهجينة ووسائل النقل العام ، حان الوقت للانتقال النشط إلى بطاريات Li-Ion لحلول UPS الصناعية.

على سبيل المثال ، يتحول قطاع "الطاقة المنخفضة" من الحلول الصناعية بنشاط إلى بطاريات أيونات الليثيوم. يواكب موردو معدات أنظمة الأمن أيضًا حلول الليثيوم الخاصة بهم لدعم أنظمة الحريق والأمن. ينصب التركيز الرئيسي على عدم الحاجة إلى استبدال البطاريات في غضون 10 سنوات ، بدلاً من السنتين المعتادتين. ولوحظ اتجاه مماثل في مجال أنظمة الإنذار ومراقبة الإخلاء (أنظمة SOUE) ، والتي تنطبق أيضًا على أنظمة مكافحة الحرائق. في السابق ، كانت هذه الأنظمة مجهزة ببطاريات حمض الرصاص. بعد 2-3 سنوات ، فقدت البطارية الرائدة في أنظمة الإنذار بالفعل قدرتها بشكل كبير على العملاء الذين قاموا بتشغيل هذه الأنظمة ، ولم يكن هناك غالبًا ما يكفي من المال لتحديث البطاريات. وبالتالي ، كانت أنظمة الحريق والإخلاء في المنشأة تعمل بشكل كامل اسمياً ، ولكن في الواقع لم تستطع توفير تشغيل البطارية في حالة الطوارئ. وللإجلاء الآمن للأشخاص ، اعتمادًا على الكائن ، يتم إعطاء 30 دقيقة على الأقل.

إذا كنت تستخدم بطاريات الليثيوم ، يمكنك نسيان مثل هذه المشاكل.

إذا نظرت إلى تحليلات إنتاج واستخدام أنواع مختلفة من البطاريات ، على سبيل المثال ، هنا ، يمكننا القول أنه "... يتعلق بالبطاريات ، وتتراوح التقديرات الحالية لتكاليف تركيبها من 200 دولار إلى 800 دولار لكل 1 كيلوواط من السعة المركبة. تتوافق أقل التكاليف مع بطاريات الرصاص الحمضية ، لأنها في مرحلة أعلى من التطور التكنولوجي. يتوافق هذا النطاق مع حد التكلفة الأقل لـ PSPP ، ولكنه أقل بكثير من تقنيات التخزين المحتملة والجديدة الأخرى. ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي لحمض الرصاص و AAs الأخرى هو انخفاض عمرها الافتراضي مقارنة بـ PSPPs ، التي لها عمر خدمة أطول بكثير. "يختلف عمر البطارية بشكل كبير اعتمادًا على وتيرة الاستخدام ومعدل التفريغ وعدد دورات التفريغ العميق."



كما نرى ، فإن معدلات النمو المتوقعة لبطاريات الليثيوم تتجاوز بكثير توقعات البطاريات التقليدية. في روسيا ، في عام 2017 ، على موقع وزارة الطاقة في الاتحاد الروسي ، تم نشر مفهوم تطوير سوق أنظمة تخزين الكهرباء في الاتحاد الروسي ، والذي تضمن ، من بين أمور أخرى ، إنتاج بطاريات Li-Ion ، "... هناك تراكم الإنتاج في روسيا ، ولكن يجب تطويره." تتوقع الوثيقة انخفاضًا في تكلفة أنظمة تخزين الطاقة بمختلف أنواعها ، ولا سيما بطاريات Li-Ion ، ومن المتوقع انخفاضًا في التكلفة من 550 دولارًا / كيلوواط ساعة في عام 2016 إلى 300 دولار / كيلوواط ساعة بحلول عام 2025. إذا كانت توقعات Navigant Research صحيحة ، فستنخفض تكلفة بطاريات الليثيوم بنسبة 40٪ أخرى مقارنة بمستوى السعر الحالي.

ولكن ماذا عن قوة معدات تكنولوجيا المعلومات في الخادم ومراكز البيانات؟ دعنا نرى.
القضية الحقيقية.
طلب منا أحد عملائنا المساعدة في حل مشكلة الطاقة الخاصة بالخادم الصغير. يبدو أنه لا يوجد شيء معقد ، العمل المعتاد بالنسبة لنا ، والذي نفهم فيه أفضل من أي شخص آخر.

ولكن هناك أربعة عوامل معقدة حاسمة بالنسبة للعميل:

1. السعة التحميلية لأرضيات الغرفة التي تم التخطيط فيها لوضع غرفة الخادم صغيرة جدًا (لا تزيد عن 300 كجم / م 2) ، الغرفة نفسها ضيقة للغاية وتقع في الطابق الرابع من مبنى إداري من الدرجة A.
2. أراد العميل التأكد من موثوقية مزود الطاقة للخادم في حالة انقطاع التيار الكهربائي ، ولأسباب تتعلق بمساحة الإيجار الباهظة الثمن ، فقد أراد وضع UPS مباشرة في غرفة الخادم.
3. كان من المفترض أن يوفر عمر بطارية UPS 40 دقيقة على الأقل من التشغيل المتواصل ، وكان هذا هو الحال مع مخطط الطاقة 2N ، أي مع اثنين من UPS و زوج من صفائف البطارية المتطابقة.
4. في عملية الاتفاق على الحلول التقنية الرئيسية ، كانت هناك رغبة في تخصيص جزء من غرفة الخادم للاحتياجات الخارجية ، أي لزيادة ضغط المعدات

التين .8 مظهر تخطيط الخادم

قد تسأل ، ما هو غير عادي؟

أولاً ، كان لدى العميل بالفعل تجربة سلبية في تشغيل UPS مع مجموعة من بطاريات الرصاص الحمضية. وهكذا كانت:

كانت السنة الخامسة بعد بدء تشغيل UPS قوي بما فيه الكفاية ، تم تشغيل خزانات البطارية في الظروف العادية ، وتم توفير المناخ في الغرفة بالبطاريات وتطبيعه. أبدت UPS نفسها رغبتها في توفير غرفة الخادم لمدة 15 دقيقة في حالة انقطاع التيار الكهربائي. يبدو أن الوقت قد حان لتغيير جميع البطاريات بحلول مدة التشغيل ، ولكن لم يتم اتخاذ قرار باستبدالها. ثم لحظة واحدة دقيقة هناك انقطاع مفاجئ للشبكة عن المدينة. هل تعتقد أن نظام UPS قد عمل لمدة 1-3 دقائق على الأقل لإكمال الخدمات على المعدات؟ مهما كانت. حدث الأسوأ: لم تتحول UPS إلى البطاريات ، نظرًا لخلل في أحدها ، حيث توقفت جميع الخوادم والخدمات التي كانت تعمل في تلك اللحظة. لحسن الحظ ، لم يكن بنكًا ، بل موقعًا مشتركًا ، وتم تسوية الفضيحة بطريقة أو بأخرى.

الشيء هو أن نظام مراقبة البطارية الكلاسيكي لا يعطي فكرة موضوعية عن حالة كل بطارية في المسطرة ، في الخزانة. لا يمكن الكشف عن البطارية المعيبة إلا من خلال تنفيذ تدابير منظمة بوضوح للتحقق من قدرة كل بطارية رصاص وإمكانية صيانتها. إذا كانت هناك بطارية معيبة ، فيجب استبدال مجموعة بطاريات الرصاص الحمضية بأكملها ، ولم يتم تنفيذ تدابير مراقبة حالة كل بطارية لأسباب موضوعية:

• تشغيل معدات تكنولوجيا المعلومات على مدار الساعة - يعني إيقاف تشغيل نظام إمداد الطاقة غير المنقطع خطر حدوث انخفاض في جميع الخدمات إذا تم فصل مصدر الطاقة عن المدينة في تلك اللحظة ؛
• عدم وجود عقد مع منظمة متخصصة لصيانة UPS والبطاريات ، لأنه في وقت الرفض لم يتم الاتفاق على المسائل القانونية لتمديد عقد الخدمة ؛
• مؤشرات وتوقعات "مهدئة" لعمر البطارية على شاشة UPS وأنظمة مراقبة حالة UPS ؛
• تجربة الانتقال الطبيعي لـ UPS إلى البطاريات في حالة انقطاع التيار الكهربائي قبل ستة أشهر.

الشكل 9. العمر المتوقع للبطارية على جهاز UPS عشية وقوع الحادث في مركز البيانات

ثانيًا ، أظهرت الحسابات أنه من المستحيل تركيب خزانتي بطارية تزن كل منهما 980 كجم في غرفة الخادم ، نظرًا لأن الحمل على الأسقف من رفوف الخادم والمعدات ذات الصلة هو أقصى حد بالفعل. كان مطلوبا تطوير وتركيب إطار تفريغ الصلب تحت خزانة البطارية. هذا ، بدوره ، تسبب في الكثير من المشاكل التنظيمية: ضمان وقت تعطل غرفة الخادم بالكامل ، يجب تثبيت الإطار (اللحام غير ممكن في المكتب الحالي) ، وما إلى ذلك ...


التين. 10. خزانة بطارية ببطاريات تقليدية (يسار) وخلايا ليثيوم أيون (يمين)


التين. 11. صفيف البطارية مع خلايا أيونات الليثيوم في مركز بيانات كبير


التين. 12. ظهور خلية بطارية ليثيوم أيون مع لوحة مراقبة BMS (نظام مراقبة البطارية)

ما هو المخرج من الوضع؟

لقد اقترحنا حلًا لبطارية الليثيوم UPS ، والذي سمح بما يلي:

1. لتقليل وزن خزانة البطارية إلى 550 كجم ، مما أدى بدوره إلى القضاء على الحاجة إلى تدابير لتقوية الأرضيات.
2. لزيادة عمر بطارية UPS لما يصل إلى 40 دقيقة عند إيقاف تشغيل الطاقة ، مما أثر بشكل إيجابي على موثوقية معدات تكنولوجيا المعلومات الخاصة بالعميل.

كان عمر البطارية على بطاريات Li-ion 10 سنوات ، وهو 3-5 سنوات لبطاريات VRLA التقليدية.
كجزء من هذا الحل ، هناك نظام متقدم لمراقبة حالة وشحن البطاريات (BMS) ، والذي يسمح لك بالحصول على معلومات حول حالة كل خلية بطارية.
لا يؤثر مستوى تفريغ البطارية أثناء الانقطاعات القصيرة في مصدر الطاقة على عمر المصفوفة بالكامل بشكل عام وهو أكثر من 5000 دورة ، مع مورد بطاريات الرصاص الحمضية من 500 دورة و 3-4 سنوات كحد أقصى.
وضع درجة حرارة تشغيل بطاريات الليثيوم ليس بالغ الأهمية على الإطلاق ، ولا تؤثر فروق درجة الحرارة داخل خزانة البطارية سلبًا على عمر البطارية ككل.
لم تعد هناك حاجة لتهوية العرض والعادم في الغرفة ، لأنه عند استخدام بطاريات Li-ion ، لا يوجد تطور الهيدروجين من حيث المبدأ.


التين. 13. مظهر الخادم

في هذا المشروع ، أصبح العميل مهتمًا بالحلول للحماية المحلية لمحطات عمل موظفي UPS المهمين بسعة 1000 VA ، أيضًا مع بطاريات الليثيوم. كان الفرق في تكلفة هذا النوع من UPS حوالي 400 دولار - أكثر تكلفة من التكوين القياسي ، ومع ذلك ، سمحت لنا مزايا هذا الحل بالتفكير في اختيار تكاليف رأسمالية أعلى (CAPEX) من أجل تقليل تكاليف التشغيل في المستقبل.


الشكل 14. ظهور UPS مع بطاريات الليثيوم لحماية محطات العمل

دعونا نقارن أنواع موديلات UPS أحادية الطور المصنعة من قبل APC بواسطة Schneider Electric مع وحدات بطاريات الليثيوم وحمض الرصاص.





ما هي الاستنتاجات التي يمكن استخلاصها من الجداول أدناه:

1. 900 32 , VRLA 700 14 .
2. /CAPEX/.
3. , . - 25°C . , , , 2 , .
4. , , . Li-Ion .
5. – 5, – 2 .

من المهم ملاحظة أن حل شنايدر إلكتريك في نطاق الطاقة هذا هو حل مع طوبولوجيا على الإنترنت. في الوقت الحالي ، هناك حلول لمصنعي الليثيوم ومصنعين آخرين ، ولكن جميعها مبنية وفقًا لطوبولوجيا Line-Interactive ، أي أنها تقوم بتوصيل البطاريات فقط في حالة حدوث مشاكل في إمدادات التيار الكهربائي.

دعنا نرى ما يحدث لتكاليف التشغيل على مدى حياة كلا النوعين من UPS على مدى 10 سنوات.





كما ترى ، وفقًا لخصائص OPEX و TCO ، فإن تشغيل UPS مع بطاريات الليثيوم هو الأفضل والأرخص. في هذا الجزء من UPS (حماية محطات العمل) ، من المهم ، أولاً وقبل كل شيء ، وقت تشغيل UPS ووقت تشغيل مضمون موثوق به لإكمال العمل من قبل المستخدم في السنة الأولى وبعد 5-7 سنوات. هل تعلم لماذا؟

لأن وحدات UPS هذه إما لا تتم مراقبتها أو التحكم فيها وفحصها على الإطلاق ، أو بشكل عشوائي ، وفقط بعد "وميض الضوء" ، ولم يتم تشغيل UPS لسبب ما ، واختفت الملفات التي يعمل عليها الموظف طوال اليوم. وكما يحدث في كثير من الأحيان ، كان على الموظف في هذا اليوم تسليم العمل والتقرير ، وفي ذلك اليوم بالذات نزل إلهام العمل على الشخص وأدرك كل أفكاره في شكل إلكتروني. لا أحد يريد أن يفقد المعلومات.

ولكن دعونا نعود إلى الحلول الصناعية ذات القوة المتوسطة والعالية. ما هي حلول الليثيوم؟

ضع في اعتبارك طراز حامل البطارية القياسي من سامسونج U6-M035



كما ترى ، يبلغ وزن الحامل مع خلايا الليثيوم 550 كجم فقط ، في حين يأتي الحامل مع نظام مراقبة وحماية داخلي للبطارية متعدد المستويات. تحتوي جميع مستويات الحماية على آلية انتقائية راسخة - في الوقت والتيار ، أي أن حماية مستوى "الحامل" لن تعمل قبل الحماية على مستوى الخلية أو الوحدة النمطية:

1. مستوى الحماية ضد الدائرة القصيرة في الحامل MCCB هو قاطع دائرة به تحكم BMS رفوف. تعطيل مجموعة البطارية بالكامل في حادث عام. بالإضافة إلى الماكينة ، هناك أيضًا فتيل (فتيل) لدارات طاقة التيار المستمر. مستويات الحماية: دوائر قصيرة بين أعمدة الحامل أو دوائر قصيرة على الأرض (أي عمود من مجموعة البطاريات) ؛


التين. 15 حماية البطارية على مستوى الحامل مع بطاريات Li-Ion

2. يشمل مستوى حماية "الوحدة" ما يلي: استخدام البلاستيك غير القابل للاحتراق للوحدات ، أسلاك البطارية ذات التيار العالي (470 أمبير) ، فجوات الهواء بين خلايا الوحدة لموازنة ظروف درجة الحرارة لكل خلية ، والأغطية العازلة لتوصيل كبلات الطاقة والحماية من التلامس العرضي.


التين. 16. الحماية على مستوى الوحدة

3. مستوى حماية الخلية - حماية الشحن الزائد ، صمام أمان الخلية ، الصمامات الكهربائية ، فاصل الخلايا متعدد الطبقات ، والذي يمنع الشحن على مستوى العمليات الكهروكيميائية عندما ترتفع درجة حرارة الخلية فوق 250 درجة مئوية.


التين. 17. الحماية على مستوى الخلية

وهذه هي الطريقة التي تبدو بها البطارية المنزلية المحمولة (بنك الطاقة) ، حيث لا يعمل صمام الأمان وبطارية الليثيوم تنفجر من الضغط الداخلي. سبب هذه الظاهرة في هذه الحالة هو وجود دائرة قصر في الهيكل المادي للبطارية ، ربما بسبب تدهور البطارية أو التشغيل غير السليم. ونتيجة لذلك ، حدث "رفع تردد حرارة حراري" للبطارية ونرى النتيجة في الصورة



. تمتلك روسيا إنتاجها الخاص لبطاريات الليثيوم والحديد والفوسفات (LFP) ، ويتم إنتاجها من قبل شركة نوفوسيبيرسك Liotech LLC ، وهي شركة تابعة لشركة RUSNANO OJSC. تم إنشاء شركة Liotech من أجل تنفيذ مشروع في روسيا لإنتاج بطاريات الليثيوم أيون الحديثة (LIA). يمكنك قراءة التفاصيل والمعلومات الإضافية على الموقع الرسميLiotech .



في الوقت الحالي ، توفر الشركة حلولًا متكاملة تستند إلى المحولات غير المتصلة بالإنترنت الموجهة إلى القطاع المنزلي وتوليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ومع ذلك ، يعمل المصنع على تكييف خلايا البطارية مع أي UPS صناعي. وتتمثل المهمة في تطوير حل من حيث الحماية والحصول على شهادات الحريق لخزانة بطارية خارجية مع نظام BMS بالتزامن مع أي UPS صناعي في السوق.

الشركة المصنعة لبطاريات الليثيوم "Liotech"تعلن في مواصفاتها أنه على عمق تصريف 80٪ ، يمكن الحصول على 3000 دورة تفريغ للشحن ، بينما تستمر في العمل ، في حين تفقد دورات حمض الرصاص بشكل ملحوظ. بالنسبة لبطاريات الرصاص الحمضية ، يتم إعطاء العدد المعلن للدورات عندما يتم تقليل السعة بنسبة 40 ٪ ، يدعي Liotech أن الانخفاض في السعة بعد 3000 دورة هو 20 ٪ فقط. في الوضع العازل وركوب الدراجات الضحلة ، ستعمل Liotech AB على 5000-7000 دورة وأكثر. الشيء الوحيد الذي تخشى مثل هذه البطاريات هو الشحن الزائد (لا يمكنك شحن أكثر من 3.75 فولت لكل خلية) ، والتفريغ العميق للخلايا (أقل من 2 فولت لا يمكن تفريغها) ، لذلك تحتاج إلى تثبيت BMS (نظام إدارة البطارية) والموازنات على كل خلية بطارية .

الخلاصة

في الوقت الحالي ، اقتربت تقنيات التصنيع لحماية بطاريات أيونات الليثيوم وتشغيلها بشكل صحيح من القطاع الصناعي وحلول الطاقة الاحتياطية للمستهلكين المهمين. وعلى الرغم من أنها لا تزال باهظة الثمن في الوقت الحالي ، مقارنةً ببطاريات VRLA الكلاسيكية ، إلا أنها تتمتع بآفاق تطبيق خاصة بها. بادئ ذي بدء ، هذه الحلول مناسبة جدًا للمرافق حيث لا يمكن الاحتفاظ بمجموعة من المهندسين العاملين على أساس منتظم - للمنشآت الكبيرة ، أو حيث يتم الاستعانة بمصادر خارجية لكل الدعم الفني لإمدادات الطاقة (و UPS على وجه الخصوص).

كما تدعي شنايدر إلكتريك:
"في شنايدر إلكتريك ، نراقب عن كثب دائمًا الاتجاهات والتطورات التكنولوجية ونحاول أن نكون استباقيين. الآن ، نرى آفاق تطوير حلول أخف وأكثر ملاءمة لضمان إمداد طاقة مستمر دون انقطاع استنادًا إلى تقنية أيونات الليثيوم "، توضح آنا ميزييفا ، مديرة تطوير المنتجات أحادية الطور لشنايدر إلكتريك لمنتجات تكنولوجيا المعلومات أحادية الطور ،

أو هنا اقتباس آخر من مقال بتاريخ 07 مارس في إصدار 2018 من C-News ، تحت عنوان "قدمت شنايدر إلكتريك UPS أحادي الطور مزود ببطاريات ليثيوم أيون":

« Li-Ion : , 4 , ( 10 ), +40 °C . , 35% . Li-Ion .»

>>

بتكاليف عالية واضحة في مرحلة تنفيذ المشروع ، يتلقى العميل نظام طاقة موثوقًا به يمكن قطعه في الأفق من 8 إلى 10 سنوات ، والذي لا يتطلب مراقبة مباشرة لحالة كل بطارية ، و "تدريب" دوري على مجموعة البطاريات لتوضيح استقلالية UPS الحقيقية ، وما إلى ذلك. لاحظ أن تنفيذ دورة شحن واحدة كاملة على الأقل لبطاريات VRLA كجزء من UPS يتطلب الكثير من التحضير التنظيمي للحدث وهو حدث خطير إلى حد ما لمعدات المعلومات الحساسة. في حالة استخدام بطاريات Li-ion كجزء من UPS ، لا يلزم دورة تفريغ شحن كاملة للبطاريات من حيث المبدأ ، بل إنه موانع ، ويوصى حتى الشركة المصنعة بتفريغ البطارية الجزئي في دورة تشغيل مركز بيانات حقيقي ، وتكون بطاريات الليثيوم مبدئيًا في وضع التشغيل هذا.

المكافأة:

Schneider Electric

:

1. №231, « - », Schneider Electric, 2016
2. المستند التقني: أنواع البطاريات لمزودات الطاقة غير المنقطعة أحادية الطور: مقارنة بطارية حمض الرصاص المنظمة (VRLA) مع بطارية Li-ion Schneider Electric ، 2016
3. الكتاب الأبيض رقم 229 ، "تكنولوجيا بطارية مركز البيانات: مقارنة بطارية حمض الرصاص ليثيوم أيون مع الصمام المنظم (VRLA)" ، Schneider Electric ، 2016
4. "مفهوم تطوير أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية في الاتحاد الروسي" ، وزارة الطاقة في الاتحاد الروسي ، 21 أغسطس 2017.