По сравнению с традиционной конструкцией VRLA (Valve Regulated Lead Acid - герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы), проектирование системы резервного питания от литиевых батарей для приложений телекоммуникационных сетей или центров обработки данных связано с новыми и разными проблемами.
Важным аспектом конструкции является балансирование потока энергии в аккумуляторную батарею и из нее. Разработчики должны гарантировать, что электричество доступно во всех сценариях, а также оптимизировать работу батареи.
При создании систем на основе литиевых батарей проектировщики сталкиваются с тремя основными проблемами. В этом отчете описываются три общие проблемы, с которыми сталкиваются дизайнеры при переходе на литий-ионные батареи, а также то, как Green Cubes разработала запатентованную технологию Energy Balance Technology (EBT) для решения этих проблем, снижения затрат и оптимизации использования литий-ионных аккумуляторов в источниках бесперебойного питания (ИБП).
В последнее время проектировщики телекоммуникационных центров и центров обработки данных начали серьезно рассматривать литиевые батареи для новых установок, а также модернизировать существующие ИБП. Использование литиевых батарей дает множество основных преимуществ, включая стоимость, долговечность, экономию места и повышенную производительность.
Проектирование системы резервного питания на основе литиевых батарей для телекоммуникационной стойки, центра обработки данных или другой ИТ-инфраструктуры - это не то же самое, что проектирование стандартной системы VRLA. Чтобы действительно понять преимущества лития, разработчики должны помнить, что они работают не так, как обычные системы VRLA.
Компания Green Cubes Technologies столкнулась с тремя основными проблемами. Green Cubes разработала и внедрила запатентованную технологию Energy Balance Technology (EBT) в своих системах электроснабжения и ИБП для телекоммуникационных центров и центров обработки данных, в ответ на эти опасения. Узнайте об этих трудностях и о том, как технология EBT может помочь вам их решить.
1. Использование длины кабеля и увеличенного размера шины для обеспечения равного потребления тока от всех батарей
Когда несколько аккумуляторов подключаются параллельно, разработчик должен стремиться управлять током, генерируемым каждым аккумуляторным блоком во время разряда. Выпрямители обычно регулируют напряжение на шине постоянного тока, но во время разряда напряжение на шине может упасть. Это падение напряжения известно как спад, и оно может вызвать преждевременное отключение оборудования.
Падение напряжения пропорционально току, потому что напряжение равно току, умноженному на сопротивление (V = I * R). Сила тока, потребляемого системой батарей, может составлять от десятков до тысяч ампер. Равномерное распределение тока по батареям значительно более важно для литиевой системы.
Все литиевые аккумуляторные батареи включают систему управления батареями (BMS), которая контролирует основные свойства батареи, такие как ток, напряжение, температура и другие.
Когда измеряется, что параметр превышает безопасный предел, BMS деактивирует выход батареи до тех пор, пока ошибка не будет устранена. Если ток не распределяется равномерно между литиевыми батареями в банке, одна батарея может превысить безопасный предел разряда, в результате чего батарея отключит выход.
Затем это перераспределит ток на другие батареи, что может привести к цепной реакции, когда батареи отключают свои выходы из-за ограничений по сверхтоку. Во время катастрофического разряда это может привести к выходу из строя всего блока литиевых батарей, а затем и всей системы.
Во всех литиевых аккумуляторных батареях, предназначенных для энергосистем ИБП, Green Cubes разработала запатентованную технологию Energy Balance. Эта система обменивается данными между батареями и автоматически выравнивает ток разряда по всем батареям.
Это распределение тока постоянно поддерживается на каждой батарее, и оно автоматически компенсирует неравную длину кабеля батареи, изменяющееся внутреннее сопротивление батареи и изменения тока нагрузки. Эта технология также компенсирует различные состояния заряда (SOC) и состояния работоспособности (SOH) ИБП.
2. Неспособность контролировать заряд на каждой батарее и предотвратить чрезмерную зарядку
В традиционном блоке аккумуляторов VRLA зарядное устройство периодически выполняет выравнивающий заряд, чтобы гарантировать, что все аккумуляторы имеют одинаковую степень заряда аккумулятора (State of Charge, SOC).
Это достигается за счет чрезмерной зарядки VRLA в течение короткого периода времени и предназначено для удаления кристаллов сульфата со свинцовых пластин. Это очищает пластины и позволяет лучше взаимодействовать между кислотой и свинцом.
Чрезмерная зарядка литиевых батарей может вызвать необратимое повреждение, чрезмерное нагревание, внутреннее короткое замыкание, вентиляцию ячеек и тепловой разгон. Это основные причины, по которым BMS требуется во всех литиевых батареях.
BMS будет контролировать напряжение и ток, поступающие в ячейки, и предотвращать перезарядку. Если ток или напряжение превышают безопасные уровни, в случае перезарядки BMS отключит выход батареи и отключит батарею от системы.
В большой аккумуляторной установке разница в длине кабеля в сочетании с различным внутренним сопротивлением (из-за разного SOC, температуры или SOH — степени работоспособности аккумулятора, отражающая текущее состояние аккумулятора по сравнению с его идеальным состоянием) в каждой батарее приведет к тому, что ток и напряжение, подаваемые на каждую батарею во время зарядки, будут отличаться.
Некоторые батареи будут полностью заряжены раньше других, в результате чего их BMS отключит блок от системы. Это может привести к тому, что другие батареи будут получать чрезмерный ток во время критического конусного заряда.
Кроме того, батареи с более низким внутренним сопротивлением будут получать больше тока, чем батареи с более высоким внутренним сопротивлением, что вызовет дополнительный дисбаланс заряда, тепловыделение и эффекты старения.
Технология баланса энергии Green Cubes также контролирует ток в каждой батарее, оптимизируя зарядку каждой батареи и обеспечивая балансировку между батареями.
Благодаря обмену данными с другими батареями и системным контроллером каждая батарея может точно контролировать величину тока и напряжения, чтобы заряжать наиболее эффективно и останавливать заряд точно при полной зарядке. Поскольку каждая батарея может регулировать собственный ток заряда, система работает более эффективно, безопасно и оптимизирует срок службы батарей.
3. Пакеты, выпрямители, контроллеры и программное обеспечение для управления аккумуляторными батареями от разных поставщиков
В мире технологий стандартные интерфейсы - обычное дело. API, стандартизованные соединители и стандарты Industry Trade Group позволяют разным видам оборудования взаимодействовать и хорошо взаимодействовать друг с другом. То же самое (пока!) не относится к литиевым батареям и системам ИБП.
На рынке существует несколько различных поставщиков решений для энергосистем, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Часто проектировщики хотят использовать различные компоненты в своих системах и интегрировать их с помощью программного и аппаратного обеспечения для создания оптимального решения.
Иногда это очень просто, но часто интегрировать эти компоненты очень сложно, а то и невозможно. Различные протоколы, реализации, наборы данных и соединители требуют настройки, чтобы все это работало вместе. Это может занять много времени и ресурсов.
Green Cubes предоставляет полные системы питания ИБП. Технология EBT была разработана для работы со всей энергосистемой. Сюда входят силовые выпрямители, литиевые аккумуляторные батареи и интеллектуальные системные контроллеры.
Всеми этими компонентами можно управлять из одного места, либо локально на ИБП, либо удаленно через простой протокол сетевого управления SNMP v3 или с помощью программного обеспечения для удаленного управления.
Green Cubes уникальна тем, что все компоненты были разработаны и протестированы одной и той же группой инженеров и работают без проблем вместе.
Это исключает необходимость интеграции во время установки и позволяет ИТ-специалистам сконцентрироваться на самом важном: работе с наилучшей возможной телекоммуникационной связью, центром обработки данных или ИТ-инфраструктурой.
Это общие проблемы, с которыми сталкиваются разработчики при разработке новой системы ИБП на литиевой основе. Технология Green Cubes Energy Balance была разработана для устранения проблемы и повышения производительности систем ИБП с литиевыми батареями.
По материалам компании Green Cubes Technology