За последние лет сорок такой ключевой компонент ИБП, как аккумуляторные батареи, существенно не менялся. В то же время именно аккумулятор в конечном счёте определяет и мощность источника, и длительность резерва бесперебойника.
ИБП, который производит Lite-On Power System Solutions, может работать в диапазоне температур от 0°C до 50°C.
Преимущества свинцово-кислотных аккумуляторных батарей очевидны: низкая стоимость, низкий саморазряд, высокая надёжность, стабильность напряжения, длительность циклов работы и возможность совершать до тысячи циклов заряда/разряда.
Однако срок службы свинцово-кислотных батарей сокращается вдвое при каждом десятиградусном увеличении температуры окружающей среды выше 25°C, пишет Патрик Брухон (Patrick Brouhon) в блоге компании Schneider Electric. Кроме того, ИБП с использованием свинцово-кислотных батарей имеют большой размер и вес; достаточно сложно определить, когда такая батарея требует замены.
По мнению Патрика Брухона, у ИБП на Li-ion есть, как минимум, четыре преимущества перед ИБП на свинцово-кислотных аккумуляторах.
Во-первых, при сопоставимой мощности Li-ion АКБ имеют габариты до трети и вес до двух третей меньше, чем их аналоги. Значит, в случае использования таких систем в ЦОД можно гибче подходить к размещению оборудования, сэкономить площади ЦОД и, как следствие, снизить CAPEX.
Во-вторых, ИБП на литий-ионных аккумуляторах способны работать в более широком температурном диапазоне и резкое повышение температуры окружающей среды практически не влияет на срок службы батареи. Следовательно, сложных и дорогостоящих систем охлаждения ИБП не требуют. Они имеют большую энергетическую плотность и очень низкую скорость саморазряда.
В-третьих, такие ИБП имеют весьма наглядные системы мониторинга состояния аккумуляторов.
И наконец, срок использования Li-ion АКБ, как минимум, вдвое выше, чем свинцово-кислотных батарей. Несмотря на то, что последние рассчитаны на десятилетний срок службы, на практике клиенты заменяют аккумуляторы через 5-6 лет. ИБП на Li-ion пока что стоят дороже. Но учитывая меньшие расходы, связанные с заменой батарей, такие аккумуляторы делают в перспективе стоимость использования бесперебойников сопоставимой.
Li-ion аккумуляторы выигрывают у свинцово-кислотных АКБ практически по всем параметрам. Источник: Samsung SDI.
Системы охлаждения в ЦОД потребляют до 40% общего расхода электроэнергии. Замена традиционных ИБП позволяет существенно снизить текущие расходы: работая в более широком температурном диапазоне, ИБП на литий-ионных АКБ не нуждаются в энергозатратных системах кондиционирования воздуха.
В ЦОД ИБП на свинцово-кислотных аккумуляторах занимают до трети общей площади дата-центра. Использование более компактных ИБП на Li-Ion позволяет высвободить место для стоек. Более того, можно устанавливать Li-ion ИБП по мере необходимости, что в принципе невозможно при использовании традиционных ИБП на свинцово-кислотных аккумуляторах.
Если ещё недавно мы не имели альтернативы, то сейчас такие решения уже есть. Например, это HP R12000 DirectFlow 1U для монтажа в стойку.
Трёхфазная система HP DirectFlow (выходная мощность 12-20 кВт) включает отдельный блок управления питанием, который объединяет все основные компоненты ИБП (зарядное устройство, инвертор и активный фильтр) в одном устройстве. ИБП HP R12000 DirectFlow 1U обеспечивает до 12 кВА, занимая две стандартные единицы пространства в стойке.
Благодаря возможности использования литий-ионных аккумуляторов (высота 1U) или свинцово-кислотных аккумуляторов с клапанной регулировкой (высота 3U) время работы системы увеличено в три раза по сравнению с традиционными решениями. Как утверждает производитель, КПД HP DirectFlow превышает 99%.
Российская компания «Лиотех» производит трёхфазные (мощностью от 18 до 45 кВт) и однофазные (от 6 до 15 кВт) источники бесперебойного питания, которые комплектуются литий-ионными аккумуляторами собственного производства. В отличие от решений HP, промышленные ИБП «Лиотех» могут использоваться на объектах энергетики, в медицинских учреждениях, предприятиях ЖКХ, связи и телекоммуникаций: там, где площадь для установки ИБП ограничена, но требуется высокая мощность. Производитель утверждает, что ИБП способны обеспечивать высокую энергетическую плотность в диапазоне от -10 ?С до +50 ?С и имеют срок службы до 20 лет.
Особенности ИБП на Li-ion аккумуляторах для сегмента SOHO и обычных пользователей рассмотрим на примере выпущенного компанией Schneider Electric ИБП APC Back-UPS Pro 500 Lithium Ion (в России он не продаётся, стоимость на Amazon.com – около $267):
Функционально APC Back-UPS Pro 500 Lithium Ion не очень отличается от подобных устройств со свинцово-кислотными АКБ. Размеры ИБП очень невелики и сопоставимы с размерами роутера. Вес ИБП — 2,2 кг.
Кроме обычных Master Outlet, позволяющих определить состояние основных источников энергии (недоступен/отключен), ИБП имеет два Smart Outlets, которые могут настраиваться на питание от аккумулятора и защиту от скачков напряжения или только защиту от скачков напряжения. Кроме того, Smart Outlets следят за потреблением энергии, обеспечивая максимальный КПД электропитания, сокращая расходы на электроэнергию.
ИБП имеет широкий диапазон функций, которые упрощают его использование в то же время обеспечивая эффективность работы. Так, он обеспечивает возможность настройки на оптимальную эффективность в любой заданной инфраструктуре электропитания, в том числе с применением резервной генераторной установки.
Через USB-порт есть возможность доступ к дополнительным функциям защиты питания и управления ИБП с компьютера. ИБП может отключать периферические устройства, если они в данный момент не используются и может управляться удаленно через веб-интерфейс.
Программное обеспечение позволяет управлять его функциями и получать исчерпывающую информацию о состоянии аккумуляторных батарей.
Сменные Li-ion аккумуляторы, по заявлению производителя, имеют вдвое больший срок службы, чем обычные свинцово-кислотные АКБ – до 8 лет. При отключении источника электроэнергии ИБП способен обеспечивать функционирование оборудования с потребляемой мощностью 25W в течение 51 минуты, 34 минуты – мощностью 40W и 6,7 минут – мощностью 180W.
Недостатком ИБП может считаться только его цена. Однако учитывая срок службы АКБ, стоимость его текущего обслуживания ниже, чем для ИБП на свинцово-кислотных АКБ.
Комментарии (21)
catharsis
01.10.2015 12:06какая-то сертификация по пожарной безопасности у таких ИБП есть?
конечно, свинцовые батареи, из которых выделяется водород, тоже не самая безопасная штука, но наверное что-то это регламентирует.
ULP
01.10.2015 15:58да. их обычно ставят в отдельных помещениях и специально держат там температуру для АКБ. батареи как правило герметичны, но в ЦОД их меняют раз в 3-4 года и это ОЧЕНЬ дорого. поэтому на мощности выше 1М популярны дизель-роторные установки (DRUPS) и ли-ион техника тоже подбирается.
Но идея не про это. Используя Li-ion системы можно в ЦОД убрать ИБП в стойку или вообще в сервер. Срок службы такого решения выше чем срок службы сервера. Раньше это было невозможно. Про это и статья, а не про эффективность домашних ИБП
Ivan_83
06.10.2015 18:14Давайте по поярдку.
1. Большая плотность энергии — больше проблем с безопасностью.
Все слышали/видели как пыхает тесла, как пыхают отдельные батареи в мобилах и планшетах.
Вряд ли кто то видел пыхнувший свинцовый акк.
2. Свинцовые акки стандартизированны по размерам и вольтажам а вот та хреновина нет.
На практике APC раньше клеило свои шильдики и продавала стандартные акб на хх% подороже. Граждане посылали APC нахер и покупали точно такие же акб ощутимо дешевле, вставляли и всё пахало.
Теперь APC (шнайдер, пофик) делает акб на заказ и значит экономии не будет: нужно будет или колхозить на синую изоленту с наружи или покупать в тридорого оригинальные, если они вообще будут производится.
3. Веб интерфейс при подключении через USB — отсюда чувствую запах гнилого тяжёлого софта.
apcupsd уже не канает?
APC раньше делало хорошие бесперебойники, у меня до сих пор жив 1993 года выпуска, и штуки 3 начала 200х, но вот их пластиковые модели для совсем домашних пользователей явно уже не того качества пошли.
2 ibKpoxa:
25% — странная цифра, это значит что у вас бесперебойник и блок питания компа должны это в виде тепла выделять, а такое трудно не заметить.
Есть PicoPSU, есть схемы такого безобразия, и вообще, выдавать из 12 Вольт 5 и 3,3 уже никакой не хайтек.
Можно и самому собрать DC-DC повышающий преобразователь, обычно КПД высокий получается, у моего нагрев при питании компа почти отсутствовал, можно было не охлаждать.
2 DarkByte:
Хитрость в том, что это КПД почти под максимальной нагрузкой, а если запитать роутер/зарядку мобилы то КПД может упасть до 5%.ULP
06.10.2015 20:291) к сожалению видели, это очень тяжелое зрелище — перезаряд, раздувает и взрыв, причем самый натуральный — с осколками и серной кислотой облаком… особенно печально если это в одном помещении с серверами — у Мастерхоста я знаю был такой инцидент лет 5 назад. Еще слышали историю как рама с сотней АКБ перевернулась у при эксплуатации, что-то задели или перекосило. Это все очень печальные и дорогие истории. А истории когда в аккумуляторной из-за выхода из строя кондиционера за ночь стало 50 градусов и заметили это не сразу?
Li-Po с защитой батарейки могут загореться теоритически если их разрушить. Это не Тесла, которой физически разорвало отсек с АКБ и нарушило их целостность, отчего случился пожар.
2) там используются самые что ни на есть стандарные элементы Li-Ion — в магазине продаются. но из-за того что их надо очень точно подгонять по параметрам друг к другу эта идея не очень.
3) 95% пользоватлей таких устройств на Винде, зачем им серийный порт? в 93 году все ИБП были на трансформаторах с КПД 70-80%, с 2005 примерно все на IGBT или на MOSFET что попроще и послабее, КПД превысил 90% под нагрузкой.
DrPass
07.10.2015 01:27Ещё Li-Po могут загореться, если выйдет из строя контроллер заряда. Это такая же электронная схема, и у неё тоже может быть брак, неисправность и т.д. Как взрываются мобильные телефоны, все видели. Как взрываются литий-ионные аккумуляторы, если их заряжать в неправильном режиме, тоже примеров масса. Намного больше, чем для свинцово-кислотных.
ULP
07.10.2015 21:15для этого мониторится температура в сборках, ток которой идет на каждую сборку и как они выглядят относительно соседей. Если что-то не так — все процессы по зарядке отключаются и контроллер дальше решает как быть дальше. Мы же не про батарейку для телефона сейчас, а про ИБП за 30К баксов.
DrPass
07.10.2015 22:12Батарейка для телефона делает то же самое. Её контроллер мониторит и ток, и в ряде случаев температуру, и считает время эксплуатации, и количество циклов заряда-разряда. В конце-концов при возгорании телефона у потребителя в руках производитель понесёт ущерб куда больше, чем стоит промышленный ИБП.
Но все равно пожары случаются. Речь-то идёт как раз о неисправности контроллера, когда он уже ничего не решает. Опять же таки, контроллер следит за нахождением параметров аккумуляторов «в безопасной зоне», но всё, на что он способен — это отключить заряд. Если батарея повреждена или внутри неё произошло замыкание, это не поможет предупредить возгорание.
ibKpoxa
Недостаток идеи использования подобных ИБП в том, что они питают, как правило, компьютеры и мониторы, которые на самом деле потребляют токи до 12Вольт, а не 220, такие образом на двойном преобразовании в 220 и обратно потери довольно значительные, КПД получается меньше 25%, оборудование на 48 вольт, которое питается напрямую с аккумуляторов 48вольт без промежуточных прослоек работает от того же набора аккумулятора намного дальше.
Таким образом надо аккумуляторную батарею включать в блок питания компьютера, не знаете, такие уже выпускают? :)
ULP
думаю скоро будут, Микрософт делаеть такие БП для своих OCP серверов — мы про это писали. там 12В шина стоит на Li-Ion аккумуляторах, этого хватает на 2-3 минуты пока дизель не заведется или АВР не переключится.
довольно дороговато пока выйходит для бытового применения
Melkij
Ведь казалось бы 2009 год… www.ferra.ru/ru/system/84772
А воз и ныне там.
ULP
на консьюмерском рынке не пошло, пользователи предпочитают универсальный ИБП интегрированный с розеткой.
а для специализированного рынка так на свинце не сделаешь.
vorphalack
воз «там» где-то с 90х годов. правда тогда оно было комбайном ISA+5.25"
ULP прав — публика нифига не ценит такие железки, и, пожалуй, я тоже воздержался бы от такой штуки в десктопе — а вот в домашний сервер самое то. особенно если ему в жопу еще два выхода 12-20в настраиваемых воткнуть, чтоб роутер/вайфайку туда же.
DarkByte
Для не шибко мощных потребителей есть вот такие БП. На входе 12В, на выходе 3.3, 5, 12. Для различных систем безопасности выпускаются БП у которых на входе 230, на выходе 5 и 12 и имеется резервный АКБ, на случай отключения внешнего питания. Но всё бы круто, но вот компьютер хочет 12 5 3.3, монитор хочет 16, ноутбук 19, у каждого свой блок питания, свои разъёмы и пользователю не сильно интересно что там за КПД двойного преобразования, он готов воткнуть ИБП в разрыв питания своих потребителей и пяти минут ему должно хватить на всё. В случае с серверными ИБП я так понял, что эффективность преобразования повышается за счёт увеличения напряжения батареи АКБ, т.е. приближения его к выходному напряжению сети.
3ton
На счет того что пользователю прям «не сильно интересно что там за КПД» — позвольте с Вами не согласиться, каждый желает чтоб его устройство как можно дольше могло быть автономным (а это можно сказать практически прямая зависимость от КПД данных преобразований).
Но и на такой случай есть уже устройства, на пример данное.
И пусть это пока лишь для «домашнего» пользования, думаю не долго ждать и для промышленных серверов с использованием экономичных серверов или ARM архитектуры.
DarkByte
Взял три первые попавшиеся модели ИБП от APC в интернет магазине:
APC Back-UPS CS BK500EI — КПД 98.2 %
APC Back-UPS BX800CI — КПД 96.5 %
APC Back-UPS BX950UI — КПД 96.6 %
Если я правильно понял, то это эффективность преобразования энергии из АКБ в сетевое при нагрузке близкой к 100%. При 25% нагрузке эффективность падает примерно до 90%. Плюс из этого показателя нужно вычесть КПД БП, но ведь и на DC-DC преобразования, при питании от аккумулятора напрямую, тоже тратится какая то энергия. Например, в предлагаемом вами устройстве заявлено 75-85% КПД. В целом, мне кажется, что заплатить 5-10% запаса энергии АКБ за удобство и универсальность — вполне себе неплохо. А если нужно больше времени автономной работы — достаточно увеличить ёмкость АКБ.
ULP
Мы не говорим про домашнее использование сейчас вообще — там нет проблем ни с местом, ни с эффективностью. Ну потеряется 5 Вт лишних на ИБП — какое горе от этого? Это все оборудование для датацентров, военных и прочих специфических мест где каджый квадратный метр на вес золота.
Back-ups на то и back-ups что бы не преобразовывать два раза ток при нормальной работе.
Потом эффективность высокая у ИБП на IGBT только при максимальной нагрузке, а при маленькой там совсем другие цифры.
ULP
мы PicoPSU в работе очень часто используем, это удобно и недорого. В нашей реализации наподобие OCP этот компонент играет ключевую роль для питания обычных материнских плат. Но далеко ходтить не надо все есть со склада в Москве.
vitektm
токи до 12Вольт, осталось дописать: напряжения до 100Ампер ;)
Пруф на 25% можно?
КПД БП под 70-80%. Т.е. вы хотите сказать что КПД преобразователя в ИБП менее 30%???
Эти заявления из разряда по****ть мозг. Купите ИБП с более емкой АКБ или просто более емкую АКБ.
А так вопрос не по адресу, обращайтесь к производителю устройства, пусть тот сделает низковольтное питание.
По моему некоторое коммуникационное оборудование таковые входы имеет.
DrPass
> Недостаток идеи использования подобных ИБП в том, что они питают, как правило, компьютеры и мониторы, которые на самом деле
> потребляют токи до 12Вольт, а не 220, такие образом на двойном преобразовании в 220 и обратно потери довольно значительные, КПД
> получается меньше 25%
Что-то сильно пессимистичную картину вы нарисовали. КПД современного преобразователя 220-12В составляет 80-90%, КПД инвертора — примерно такой же, если не работать в запредельных режимах мощности. Перемножьте, вот вам суммарный КПД ИБП.
ULP
да, 80-90%. У отдельных дорогих и современных моделей с особеными выпрямителями, до 95% при полной и максимальной нагрузке когда IGBT ключи работают в своем самом оптимальном режиме…
на 50 кВт ИБП двойного преобразования это значит выхлоп в воздух порядка 5-6кВт всегда. еще 10-20% уйдет в воздух на блоке питания сервера, который тоже не эффективен на мелкой нагрузке.
Опять же, дома это все не важно. а в ЦОД это ОЧЕНЬ важно и дорого обходится.
mickvav
Ну, конечно. в каждом ноутбуке стоит ;)