Почему индустрия ИБП нуждается в готовности к использованию Li-Ion батарей.

Mike Elms, директор по продажам и маркетингу, CENTIEL Ltd, UK.


На протяжении многих лет развитие технологий ИБП в значительной степени фокусировалось на повышении эффективности, надежности и доступности. Повышение эффективности работы в режиме двойного преобразования, в первую очередь было достигнуто благодаря внедрению безтрансформаторной технологии в 1990-х годах.

Исключение из схемы ИБП массивного трансформатора с последовавшим значительным сокращением габаритов, занимаемой площади и веса, привело к инновационной модульной концепции. Это в свою очередь уменьшило среднее время восстановления (MTTR), тем самым существенно увеличив коэффициент доступности. Новейшие разработки ИБП позволили получить показатели КПД более 97%, а эволюция нескольких поколений модульных ИБП увеличила доступность с 99,9999 ("шесть девяток") до 99,9999999% ("девять девяток"). Среднее время простоя сократилось с секунд до миллисекунд. Конечно же, система ИБП состоит не только из самих ИБП, а также включает в себя источник постоянного тока, необходимый для автономного питания нагрзки в случае отказа напряжения сети.

Этот источник постоянного тока ранее в основном являлся аккумулятором: простое химическое устройство, используемое для хранения энергии до тех пор, пока оно не потребуется. В мире ИБП традиционной батарей являлись свинцово-кислотные АКБ с клапанным регулированием (VRLA). По многим важным причинам VRLA повсеместно используется очень давно. Технология старая, но проверенная, надежная, конкурентоспособна по цене, батареи подлежат переработке для вторичного использования, и, как результат, являются основным вариантом для подавляющего большинства систем ИБП. (Обратите внимание, что батареи для систем ИБП специально разработаны для уникальных особенностей применения, поэтому всегда необходимо использовать правильный тип батареи).

Как и в любой отрасли, всегда есть усовершенствования в технологиях и приближается смена наиболее часто используемого типа батареи. В системах бесперебойного питания в ближайшем будущем, будет поддерживаться использование литий-ионный (литий-ионной) батарей (LIB, Li-Ion).

Литий-ионные батареи возникли в начале 70-х годов, но успех коммерческого использования был вызван Sony с их портативной видеокамерой начала девяностых годов. Продолжающийся рост и развитие использования были обусловлены широким распространением ноутбуков, а затем мобильными телефонами, потому что все мы хотим, чтобы наша электроника была меньше, дешевле, мощнее и работала в течение более длительных периодов времени.

Несмотря на то, что критические решения для защиты ИТ-систем и карманная электроника имеют общие цели, требующие большей мощности, занимая меньше места, более продолжительное время работы и оправданную цену, батареи, поддерживающие бытовую электронику, отличаются от требуемых к использованию в центрах обработки данных.

Интересно, что внедрение литий-ионных систем в ИБП до сих пор сильнее развивалось в развивающихся странах Африки, а также на Ближнем Востоке, где энергосистема менее надежна, чем в странах Европы и Великобритании, и часто имеет проблемы с непрерывностью энергоснабжения. В этих случаях ИБП и аккумуляторные системы необходимо циклически разряжать несколько раз в день! Данное широкое внедрение использования Li-ion батарей в основном связано с более высоким сроком службы литий-ионного цикла: обычно 2500 циклов разряда/заряда по сравнению с около 300 для технологии VRLA.

На внедрение технологии литий-ионных технологий в Великобритании и странах Европы, гораздо больше будут влиять такие драйверы, как растущая стоимость недвижимости. Это связано с тем, что основными недостатками батарей VRLA являются их размер и вес. Для установки батарей может потребоваться упрочнение конструкций здания. Также понятно, что перемещение несколких тонн оборудования из помещения, когда необходимо заменить батареи, также может вызвать существенные проблемы.

Что касается занимаемой плащади, то существует значительная разница в двух технологиях: литий-ионые батареи занимают <50% от размера (и <25% от веса) батарей VRLA. Хотя в настоящее время это более дорогой вариант покупки, цена Li-ion быстро падает (примерно на 80% с 2010 года), и в результате рентабельность инвестиций становится все более благоприятной. Если принять во внимание стоимость занимаемых площадей в помещении, литий-ионые АКБ сейчас становятся привлекательным вариантом для центров обработки данных, которые хотят увеличить свою плотность мощности в пределах одной и той же площади. Де-факто нам известно некоторое количество европейских объектов, которые в настоящее время используют небольшие литий-ионные системы в ИБП.

Еще одно преимущество Li-Ion батарей заключается в том, что они могут работать при более высокой температуре, поэтому требует менее дорогостоящего охлаждения и уменьшения объема затрат на потребление энергии, потребляемой центрами обработки данных. Для сравнения: как промышленный стандарт принята оценка, что на каждые 10 градусов выше 20° C срок службы батареи VRLA уменьшается вдвое.

Немаловажно, что литий-ионые АКБ имеет значительно более длительный срок службы (около 15-17 лет) по сравнению с VRLA, которые обычно нуждается в замене каждые 7-8 лет для АКБ с номинальным сроком службы 10 лет. Низкий срок службы может являтся проблемой сам по себе.

Есть разные точки зрения, согласно которым значительная часть проблем ИБП вызвана системами батарей. Конечно, технологии всегда улучшаются, а некоторые системы мониторинга батарей автоматически выравнивают заряд батарей, что приводит к увеличению срока службы.

Однако, если оценить совокупную стоимость владения, Li-ion действительно является более привлекательным решением.

Итак, действительно ли литий-ионные батареи готовы к широкому использованию на важных объектах?

Не все литиево-ионные аккумуляторы одинаковы, так же как и батареи VRLA, поэтому необходимо выбрать подходящий тип АКБ в зависимости от конкретной области использования. Обычными вариантами Li-Ion батарей являются АКБ с использованием следующих элементов: кобальт, марганец, фосфат, алюминий и титанит. Все они показывают разные уровни характеристик и производительности: время перезарядки, плотность мощности и возможность работать при более высоких температурах. В зависимости от выбора материала для литий-ионной батареи её напряжение, плотность энергии, срок службы и безопасность могут сильно различаться.

Литий-кобальтовый оксид (LCO) обеспечивает более высокую плотность энергии, но представляет угрозу безопасности, особенно когда он поврежден. Этот химический состав широко используется в бытовой электронике. Литий-фосфат железа (LFP), оксид лития марганца (LMO) и литиево-никелевые марганцевые батареи оксида кобальта (NMC) обеспечивают меньшую плотность энергии, но по своей сути более безопасны. В приложениях ИБП наиболее часто используются оксид лития марганца лития (LMO) и оксид кобальта литиевого никеля марганца (NMC), которые обеспечивают лучший компромисс между уровнями производительности и безопасности, которые в настоящее время доступны на рынке литий-ионных батарей.

В прошлом вы, возможно, читали некоторые печальные истории в прессе, в основном о потребительских электронных устройствах. Возможно, вы помните случай, когда Samsung Note 7s загорелся и был запрещен к перевозке на самолетах! Количество плотности энергии, хранящейся в батареях этих устройств, создает определенные проблемы. Хотя опасность таких инцидентов низкая, по сравнению с огромным количеством иных устройств, она по-прежнему является областью, требующей регулирования.

Тем не менее, высокопроизводительные приложения, такие как система ИБП, не представляют таких же вызовов. Литий-ионные аккумуляторы для систем ИБП предлагают более безопасные химикаты, более крупные рабочие параметры, более прочные материалы и менее напряженные пользовательские среды. Литий-ионные производители используют рентгеновское излучение как часть контроля качества, и встроены защитные предохранители повышенной надежности и безопасности. Усовершенствована химия и наука о материалах, а также электронные системы управления, которые контролируют систему батарей, получая параметры каждой отдельной ячейки, такие как как напряжение, ток, температура и аварийные сигналы, и соответственно контролируется режим зарядки.

Поскольку никто не желает быть подопытным кроликом и, по самой своей природе, критическая отрасль защиты электропитания, как правило, не склонна к риску, первые шаги к литий-ионным батареям в отрасли ИБП будут сделаны новаторами. Как скоро они будут приняты мейнстримом, вероятно, будет зависеть от опыта этих первых установок.

Мы полагаем, что с течением времени произойдет переход к литий-ионным (литий-ионным) батареям, поскольку сокращение затрат, обусловленное развитием использования данных АКБ в автомобильной промышленности, перетекает в резервные энергетические сектора. Использование литий-ионных батарей неизбежно уменьшит размер и вес ИБП, а более длительный срок службы Li-ion будет означать меньшее количество дорогостоящих замен. Все это принесет пользу клиентам с сокращением как CAPEX, так и OPEX и сделает литий-ионные батареи превосходным решением для приложений ИБП, требующих компактной инновационной защиты. Системы ИБП будущего должны быть спроектированы с учетом Li-ion.

В нашем постоянно развивающемся мире будущие системы защиты - одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются разработчики системы. Хорошей новостью является то, что технология CENTIEL уже готова к использованию литий-ионных батарей, поэтому существующие установки для свинцово-кислотных аккумуляторов будут иметь возможность модернизации для использования литий-ионных батарй в будущем без необходимости замены ИБП.

В CENTIEL Ltd наша цель ясна: добиться максимальной доступности мощности для наших клиентов. Наши передовые технологии, подкрепленные комплексным техническим обслуживанием, выполняемым нашими опытными и полностью подготовленными инженерными бригадами, обеспечат максимальную защиту наших клиентов в любое время.

Оригинал статьи:
https://centiel.co.uk/why-the-ups-industry-needs-to-be-li-ion-ready/

Originally featured in Mission Critical Power Magazine June 2018

Связывайтесь со специалистами ООО «АМВК комплект» для косультаций по вопросам использования литий-ионных батарей в системах бесперебойного питания с максимально возможным уровнем надежности на базе ИБП СЕНТИЕЛ. 

Контакты

Системы бесперебойного питания Centiel S.A.

ООО "АМВК комплект"

Адрес: г. Минск, ул. Бородинская 1б, каб. 18
Тел. / факс: +375 17 328 30 61
Телефон: +375 29 632 53 57

Карта сайта