朋友您好！
在发表文章“ UPS和电池阵列：在哪里安装？”之后 是的，等等，关于锂离子解决方案对服务器和数据中心的危害，有很多评论。 因此，今天，我们将尝试找出小工具中用于电池的UPS锂工业解决方案之间的差异，服务器机房中电池的工作条件有何不同，为何锂离子电话中电池的使用寿命不超过2-3年，而在数据中心中该数字将增加到10年以上。 为什么锂在数据中心/服务器中着火的风险最小。
是的，无论能量存储的类型如何，UPS电池都可能发生事故，但是锂工业解决方案“着火危险”的神话是不正确的。
毕竟，许多人看到了在高速公路上行驶的汽车中带有锂电池的手机着火的视频吗？ 所以，让我们看看，找出答案，比较一下...
在这里，我们看到电话电池不受控制的自发热，热加速的典型情况，这导致了这种情况。 您会说：这里！ 这只是一部电话，只有疯子才能将其放入服务器机房！
我相信，在研究了这些材料之后，读者将改变他对这个问题的看法。
数据中心市场的现状
数据中心的建设是一项长期投资，这已不是什么秘密。 仅工程设备的价格就可以占全部基本建设成本的50％。 投资回收期约为10-15年。 自然，人们希望在整个数据中心的整个生命周期中减少总拥有成本，并一路减少紧凑的工程设备，以尽可能多地释放有效负载的空间。
最佳解决方案是基于锂离子电池的新工业迭代UPS，这种工业UPS早已摆脱了以火灾危险，不正确的充放电算法以及过多的保护机制等形式出现的“儿童疾病”。
随着计算和网络设备功能的增强，对UPS的需求也在增长。 同时，在出现集中式电源问题和/或在使用备用柴油发电机组的情况下启动备用电源时出现故障时，对电池寿命的要求也有所提高。
我们认为，主要原因有两个：- 处理和传输的信息量迅速增长
例如， 新的波音客机
一次飞行中的787 Dreamliner可以产生超过500 GB的信息 ，
需要保存和处理。 - 用电量动态增长。 尽管总的趋势是降低IT设备的能耗，但降低电子组件的单位能耗。
对我国数据中心市场的预测也表明了相同的趋势。根据
expert.ru的资料 ，机架投入使用的总数超过2万个。“ 2017年，最大的20家数据中心服务提供商投入运营的机架总数增加了3％，达到2.24万个（截至10月1日的数据2017年），” CNews Analytics报告说。 根据咨询机构的估计，到2021年，预计入住人数将增加到4.9万人。 也就是说，在两年内，数据中心的实际容量可以增加一倍。 这是什么原因呢？ 首先，随着信息的增长：已存储和已处理。
除云外，参与者还将区域中数据中心的发展列为增长点：它们是唯一保留业务发展储备的细分市场。 根据IKS-Consulting的数据，在2016年，该地区仅占市场上所有资源的10％，而首都和莫斯科地区占据了73％的市场，圣彼得堡和列宁格勒地区则占17％。 在这些地区，具有高度容错能力的数据中心的资源短缺继续存在。
根据预测，到2025年，全球数据总量将比2016年增长10倍。
但是，锂对于服务器或数据中心UPS的安全性如何？
缺点：锂离子解决方案的高成本。
与标准解决方案相比，锂离子电池的价格仍然很高。 SE估计，用于锂离子解决方案的100 kVA以上大功率UPS的初始成本将高出1.5倍，但最终拥有成本将为30-50％。 如果我们将其与其他国家的军事工业基地进行比较，这是有关
日本使用锂离子电池
潜水艇投入使用的新闻。 由于其相对便宜和更高的安全性，在这种解决方案中经常使用磷酸铁锂锂电池（在光LFP中）。
文章提到，潜艇的新电池花费了1亿美元，让我们尝试将其重新计算为其他值...日本潜艇水下排水量为4.2万吨。 表面排水量-295万吨。 通常，船重的20％至25％是电池。 从这里开始，我们需要约740吨-铅酸电池。 此外：锂的质量约为铅酸电池的1/3-> 246吨锂。 锂离子电池在70 kW * h / kg的条件下，电池容量约为17 MW * h。 电池质量的差异约为495吨……这里我们不考虑
银锌电池 ，因为每只潜艇需要14.5吨银，而它们的成本是铅酸电池的4倍。 让我提醒您，根据解决方案的功能，锂离子电池现在的价格比VRLA贵1.5至2倍。
日本人呢？ 他们想起太晚了，“减轻船重” 700吨需要改变其适航性，稳定性……也许他们必须在船上增加武器才能返回船重分配的设计值。
锂离子电池的重量也小于铅酸电池，因此必须重新设计Soryu型潜艇项目，以保持镇流器和稳定性。
在日本，已经制造出两种类型的锂离子电池并投入运行：GS Yuasa制造的锂镍钴铝氧化铝（NCA）和东芝公司制造的钛酸锂（LTO）。 日本舰队将使用NCA电池，而据澳大利亚的Kobayashi称，最近一次招标中提出将LTO电池用于Soryu型潜艇。
了解了朝阳国家对安全性的崇高态度，可以假设他们的锂安全性问题已得到解决，测试和认证。
风险：火灾隐患。在这里，我们将出于发布的目的对其进行梳理，因为对这些解决方案的安全性的看法截然相反。 但这只是歌词，但是具体的工业解决方案呢？
我们已经在
文章中讨论了安全性问题，但再次对此问题进行了详细讨论。 让我们转到该图，其中考虑了三星SDI电池的模块和LMO / NMC模块的保护级别，以及在施耐德电气UPS中使用的保护级别。
LadyN的文章
《锂离子电池如何爆炸》中对化学过程进行了综述。 让我们尝试了解特定情况下可能存在的风险，并与三星SDI电池中的多级保护进行比较，三星SDI电池是成品G型锂离子电池架的一部分，是基于Galaxy VM的全面解决方案的一部分。
让我们从锂离子电池着火的风险和原因流程图的一般情况开始。
更大？ 该照片是可单击的。在扰流板下，您可以研究锂离子电池着火风险的理论问题以及过程的物理原理来自2018年
科学文章的锂离子电池着火的风险和原因（安全危害）的原始框图。
由于取决于锂离子电池的化学结构，电池的热加速特性存在差异，因此我们将在本文中描述的锂镍钴铝电池（基于LiNiCoAIO2）或NCA中描述的过程中。
发生单元事故的过程可以分为三个阶段：
- 第一阶段（发作）。 取决于电池的化学结构，当温度升高的梯度不超过每分钟0.2 g。C，并且电池本身的温度不超过130-200 g。C时，电池的正常运行；
- 第二阶段，热身（加速）。 在此阶段，温度上升，温度梯度迅速增加，热能主动释放。 在一般情况下，该过程伴随有气体逸出。 必须通过安全阀的操作来补偿过量的气体排放。
- 第三阶段，热加速（失控）。 电池发热超过180-200度。 在这种情况下，阴极材料进入歧化反应并释放氧气。 这是热加速度的水平，因为在这种情况下，可能会发生可燃气体与氧气的混合物，这将导致自燃。 但是，在某些情况下，可以控制和读取此过程-当外部因素的状态发生变化时，在某些情况下，热加速度会停止，而不会对周围空间造成致命后果。 不考虑这些事件之后锂电池本身的可维护性和可操作性。
热加速温度取决于电池的尺寸，电池的设计和材料。 热加速温度可以在130到200摄氏度之间变化。 热加速时间可以不同，可以是几分钟，几小时甚至几天...
锂离子UPS中的LMO / NMC电池怎么样？
更大？ 该照片是可单击的。-为了防止阳极与电解质接触，在电池（SFL）中使用了陶瓷层。 阻止锂离子的移动发生在130°C的温度下。
-除保护性通风阀外，还使用了过充电设备（OSD）系统，该系统与内部保险丝配合使用并断开损坏的电池，以防止热加速过程达到危险值。 此外，当压力达到3.5 kgf / cm2（即电池保护阀压力的一半）时，内部OSD系统的触发将更早。
顺便说一下，电池保险丝将在不超过2秒的时间内以2500 A以上的电流跳闸。 假设温度梯度达到10°C / min的读数。 在加速模式下，电池将在10秒内有时间增加其温度约1.7度。
-电池在充电模式下的三层隔板将阻止锂离子过渡到电池阳极。 阻断温度为250℃。
现在，让我们看看电池温度如何。 比较在什么级别上在单元级别触发不同类型的保护。
-OSD系统-3.5 + -0.1 kgf / cm2 <=外部压力
防止过电流的额外保护。
-安全阀7.0 + -1.0 kgf / cm2 <=外部压力
-电池内部以2500A熔断2秒（过载电流模式）
电池热加速的风险直接取决于电池的充电程度/水平，此处有更多详细信息...在热加速风险的情况下考虑电池电荷水平的影响。 考虑来自SOC（荷电状态）参数的电池温度对应表。
电池电量度以百分比表示，并显示仍有多少总电量存储在电池中。 在这种情况下，我们正在考虑为电池充电的模式。 可以得出结论，取决于锂电池的化学组成，电池在充电过程中可能会表现不同，并且具有不同的热加速趋势。 这是由于各种类型的锂离子电池的比容量（A * h /克）不同所致。 电池的比容量越大，充电期间的放热速度越快。
此外，在SOC为100％时，外部短路通常会导致电池过热。 另一方面，当电池的充电水平为80％SOC时，电池开始热加速的最高温度会向上移动。 该单元在紧急情况下变得更有弹性。
最后，对于70％的SOC，外部短路可能根本不会引起散热。 即，显着降低了电池着火的风险，并且最可能的情况是仅致动锂电池的安全阀。
此外，从表中可以得出结论，电池的LFP（紫色曲线）通常具有陡峭的温度上升斜率，即``预热''阶段平滑过渡到``热超频''阶段，并且该系统对过度充电的抵抗力稍差一些。 如我们所见，LMO类型的电池在充电时具有更平滑的预热特性。
重要信息：触发OSD系统时，单元将重置为旁路。 因此，机架上的电压降低了，但仍保持运行状态，并通过机架本身的BMS系统将信号提供给UPS监视系统。 对于使用VRLA电池的经典UPS系统，如果短路或成串损坏一个电池，可能会导致整个UPS发生故障，并导致IT设备无法运行。
基于以上所述，对于在UPS中使用锂溶液的情况，风险仍然是相关的：
- 外部故障导致电池，模块的热加速-几级保护。
- 由于内部电池故障而导致的电池模块的热加速度-电池模块上的多个保护等级。
- 充电-通过BMS进行保护，加上机架，模块，电池的所有保护等级。
- 机械损坏与我们的情况无关，事件的风险可忽略不计。
- 机架和所有电池（模块，电池）过热。 对70-90度并不重要。 如果UPS安装室中的温度升高到这些值以上，则表明该建筑物已起火。 在正常的数据中心操作中，事件的风险可以忽略不计。
- 在升高的室温下会降低电池寿命-允许在最高40度的温度下连续运行而不会明显降低电池寿命。 铅电池对温度的升高非常敏感，并且随着温度的升高，其剩余寿命会减少。
让我们看一下在数据中心服务器中使用锂离子电池的事故风险流程图。 让我们稍微简化一下电路，因为如果我们比较小工具，手机中电池的工作条件，锂UPS将在理想的条件下工作。
该照片是可单击的。结论：用于UPS数据中心和服务器UPS的专用锂电池具有足够的防护等级，可应对紧急情况;在集成解决方案中，大量的各种防护等级以及超过五年的操作这些解决方案经验使我们可以谈论新技术的高度安全性。 除其他事项外，别忘了我们部门中锂电池的运行看起来像是锂离子技术的“温室”条件：与您口袋里的智能手机不同，没有人会把电池丢到数据中心，过热，每天放电，积极地在缓冲模式下使用。
您可以通过将请求发送到info@ot.ru或在公司网站www.ot.ru上找到详细信息，并讨论针对服务器或数据中心使用锂离子电池的特定解决方案。
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作者：奥列格·库里科夫（Oleg Kulikov）
首席设计工程师
集成解决方案部
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