🚣🏾 🗓️ 🚓 Soluções de bateria inteligente SmartLi para UPS modular ⬇️ 🖕 ↕️

No próximo post da série dedicada aos novos produtos Huawei, falaremos sobre como nossas tecnologias inteligentes foram aplicadas em fontes de alimentação ininterruptas com um design modular e quais são os benefícios do uso de baterias de íon-lítio SmartLi.

Antes de passar diretamente para o novo no-break "lítio" do tipo modular, vale a pena explicar que hoje fornecemos toda uma gama de fontes de alimentação ininterruptas, sistemas de refrigeração e várias soluções complexas do FusionModule, muitas das quais serão mencionadas abaixo. Eles são divididos em várias classes.

Antes de tudo, fontes de alimentação ininterruptas merecem atenção. Na Huawei, eles são divididos em duas categorias: (a) série UPS2000, projetada para pequenas cargas - de 1 a 20 kVA; (b) Série UPS5000, projetada para cargas médias e pesadas - de 25 (30) a 1600 kVA. Todos os no-breaks possuem uma topologia de dupla conversão (on-line), ou seja, fornecem proteção máxima de carga contra qualquer interrupção na rede. Tradicionalmente, todos os sistemas de energia ininterrupta da Huawei funcionam com baterias de chumbo-ácido (VRLA). Desde o ano passado, a empresa produz soluções com baterias de íon de lítio (SmartLi) para os no-breaks modulares da série UPS5000 (mais sobre eles mais tarde). No terceiro trimestre de 2020, começaremos a produzir UPS de baixa potência com baterias de íons de lítio.

Além disso, a linha NetworkEnergy inclui dispositivos de distribuição de energia, tanto do tipo de montagem em rack quanto do nível do data center, consistindo em um ou mais gabinetes de energia. Em uma categoria especial, destaca-se o sistema de monitoramento elemento a elemento para baterias de chumbo-ácido, denominado iBattery.

Existem também soluções abrangentes que consistem em vários produtos, como no-break com bateria, dispositivos de distribuição de energia, aparelhos de ar condicionado de precisão, gabinetes de TI, sistemas de isolamento de corredores e sistema de monitoramento. Para datacenters relativamente pequenos (servidor ou comutação), a Huawei oferece soluções completas para instalação em salas preparadas: FusionModule500 (3–9 kW para carga de TI), FusionModule800 (até 25 kW para carga de TI), FusionModule2000 / 50000 (até 400 kW para TI cargas no módulo), soluções abrangentes para posicionamento externo (como parte dos data centers de contêineres) - começando com o modelo FusionModule1000-A all-in-one padrão (até 54 kW para carga de TI) e terminando com o FusionModule1000-B projetado para data centers pré-fabricados sob quaisquer tarefas.

É importante mencionar o sistema de refrigeração, que inclui ar-condicionado de precisão em linha e em gabinete. Todos eles são divididos em dois grupos - de acordo com o tipo de refrigerante (freon ou água gelada). Existe uma solução com resfriamento indireto do data center - NetCol8000-E (FusionCol), que fornece um modo de resfriamento livre e possui uma capacidade de resfriamento de até 400 kW por módulo.

Todas essas soluções podem ser combinadas usando o sistema de monitoramento central NetEco6000 DCIM, que pode interagir com os modelos Huawei mencionados anteriormente e com equipamentos de terceiros usando os protocolos SNMP ou Modbus padrão.

Vamos nos concentrar nas soluções da classe megawatt da Huawei, unidas sob a marca UPS5000-S (FusionPower). Vários desses sistemas já estão operando nos data centers de grandes clientes russos.

Família de no-breaks modulares de alta potência FusionPower5000

No ano passado, anunciamos os modelos FusionPower5000 com potência de 1,2 e 1,6 MW (esquerda e centro da ilustração) com módulos de potência de 55 kVA. Em 2020, a Huawei pretende anunciar um modelo com capacidade de 1,2 MW com módulos de potência a 100 kVA. Observe que essa energia estará disponível no mesmo fator de forma 3U de altura. No-breaks com módulos de 100 kVA estarão disponíveis para compra em setembro deste ano.

Lembre-se também de que, além das imagens mostradas, a Huawei fornece no-breaks modulares com módulos de energia de 30 e 50 kVA.

Brevemente sobre a arquitetura do FusionPower5000. A solução inclui até três gabinetes com módulos de potência de 55 kVA. Desvios estáticos e manuais estão localizados em gabinetes separados, os disjuntores ABB estão localizados em um rack separado, protegendo os gabinetes de energia por entrada e saída. Assim, a Huawei oferece uma solução altamente integrada para sistemas de energia ininterrupta, que é de longe a mais compacta em comparação com os concorrentes.

No no-break em consideração, são utilizados módulos de energia com capacidade de 55 kVA e a potência máxima é de 1,2 ou 1,6 MVA, dependendo da configuração. O fator de potência do inversor é a unidade. A potência total de saída ativa dos sistemas é de 1,2 e 1,6 MW, respectivamente.

A eficiência nominal do sistema atinge 97%, e esse é objetivamente um dos melhores indicadores da indústria global de no-breaks modulares. E o significado do parâmetro não é formal: com essas capacidades, cada décimo por cento da eficiência afeta diretamente o valor das contas de energia elétrica.

Se o no-break precisar ser instalado com a parede traseira próxima à parede, é recomendável usar os kits opcionais com a saída de ar aquecida. Os kits com largura de 400 mm permitem manter as condições normais de temperatura do no-break, excluindo a formação de um “corredor quente”. Isso possibilita economizar ainda mais espaço para a colocação do no-break. O mesmo kit estará disponível para no-breaks com módulos de energia de 100 kVA.

Confiabilidade através de redundância e proteção

A ilustração acima mostra como os módulos de energia estão conectados ao sistema de controle. Para fins de redundância, cada no-break deve ter dois módulos de controle que usem dois barramentos CAN para se comunicar com os módulos de energia e o desvio estático. Devido a isso, a falha de qualquer módulo de energia ou barramento de informações CAN não causará um acidente ou o desligamento do no-break. Os módulos de energia, módulos de desvio estático e módulos de controle são compatíveis com Hot Swap, que permite reparar ou reparar o no-break o mais rápido possível, sem o envolvimento de engenheiros de serviço do fornecedor.

Cada módulo de potência é equipado com fusíveis rápidos que o isolam automaticamente do sistema geral em caso de acidente ou curto-circuito interno. Se ocorrer um acidente com a própria unidade de energia (gabinete), os disjuntores colocados em um rack separado entram em ação.

Confiabilidade com o iPower Monitoring

Todos os no-breaks modulares da Huawei, incluindo os básicos, com módulos de energia de 25 kW, estão equipados com o sistema de monitoramento iPower. É responsável por monitorar a operação dos ventiladores e a vida útil dos capacitores. Nos grandes no-breaks conectados por barramentos, o iPower recebe informações adicionais de sensores de temperatura localizados nas junções dos barramentos.

Se necessário - opcionalmente - o no-break está equipado com um sistema iBattery que permite organizar o monitoramento elemento a elemento das baterias de chumbo-ácido em tempo real. Assim, o iBattery é capaz de controlar a temperatura das baterias, sua voltagem, resistência interna e nível de corrente de toda a matriz. O sistema permite economizar dinheiro significativo na manutenção periódica da bateria.

Tecnologias de melhoria da eficiência

Por último, mas não menos importante, a alta eficiência do no-break fornece um sistema inteligente de hibernação. Se um nível baixo de carga for detectado, os módulos de energia redundantes são automaticamente desligados e, quando a carga aumenta, eles voltam à operação novamente. Portanto, em praticamente qualquer nível de carga, o no-break é altamente eficiente.

Assim como nas soluções de outras empresas, o Huawei UPS tem a função de transferir automaticamente a carga do inversor para o desvio estático (modo ECO), desde que a fonte de alimentação de entrada esteja dentro de limites aceitáveis. Por padrão, este modo não está ativado, mas pode ser ativado por decisão do operador. Nesse caso, o indicador de eficiência excede 99%.
A comutação reversa não leva mais que 2 ms.

Outra vantagem do FusionPower5000 é a capacidade de conectar rapidamente a fiação de entrada e saída usando barramentos trifásicos padrão. Assim, de acordo com nossas estimativas, é possível economizar até 60% do tempo necessário para instalação e inicialização.

Arquitetura do gabinete da bateria

As soluções FusionPower podem funcionar com baterias de chumbo-ácido e SmartLi-íon-lítio. Atualmente, a Huawei usa baterias fabricadas com a tecnologia LFP (LiFePO4), que é uma das mais seguras. Faremos uma reserva de que a Huawei não produz células de bateria, confiando esse processo a um fornecedor confiável.

Um gabinete de bateria padrão com uma largura de 600 mm é equipado com 16 módulos de bateria (dois grupos de oito módulos). A capacidade total de todo o gabinete é de 80 Ah. Junto com eles, um conversor DC-DC, um controlador e uma unidade de proteção são instalados aqui. A máquina automática da ABB protege o sistema contra sobrecargas e curtos-circuitos. O controlador está equipado com uma tela colorida de sete polegadas na porta do gabinete, onde os parâmetros atuais de operação do sistema são exibidos. Os próprios gabinetes de bateria podem ser combinados em matrizes paralelas de até oito peças para aumentar a capacidade geral e a vida útil da bateria.

Sistema BMS de três níveis

Confiabilidade adicional para soluções SmartLi é fornecida por um sistema de monitoramento integrado de três níveis.

O primeiro nível garante a segurança de cada um dos módulos de bateria. Cada módulo de bateria possui seu próprio controlador. Ele controla a tensão de cada célula, bem como a temperatura dentro do módulo. Todas as informações coletadas são transmitidas ao controlador do rack central (segundo nível), de onde são exibidas ou enviadas para um centro de monitoramento remoto. O controlador de segundo nível também implementa várias funções para gerenciar os módulos de bateria, que serão discutidas mais adiante.

O terceiro nível permite gerenciar vários gabinetes com baterias de íon de lítio, tanto do próprio UPS quanto com a ajuda de um sistema centralizado de monitoramento NetEco6000.

Controle de balança de corrente ativo e design modular

As soluções Huawei baseadas em células de bateria de íon de lítio usam um sistema de controle de balanço de corrente ativo. Antes de tudo, é necessário o trabalho conjunto de gabinetes de bateria antigos e novos ou módulos de bateria conectados em paralelo a um barramento comum.

Suponha que um cliente já use o SmartLi. Quando a carga aumenta, é necessário garantir o mesmo nível de autonomia, o que requer a conexão de gabinetes de bateria adicionais ou a instalação de módulos de bateria adicionais. Ao usar baterias velhas e novas juntas, a vida útil da bateria será reduzida. Para evitar um cenário tão negativo, é utilizada a tecnologia patenteada para gerenciar o saldo atual.

Observe que 16 módulos de bateria instalados em um gabinete não suportam troca a quente, mas podem ser alterados desligando o disjuntor. Toda a capacidade do gabinete é dividida em dois grupos de oito peças. Em cada grupo, é permitida a falha de um módulo de bateria.

Além disso, o gabinete da bateria não se desliga: há apenas uma ligeira diminuição no tempo potencial de autonomia da carga. Nesse cenário de falha parcial, um conversor DC-DC é usado para equalizar a tensão na saída do gabinete.

Como resultado, a substituição do módulo da bateria não exigirá procedimentos técnicos complicados, nem chame os engenheiros do fornecedor.

Compare os sistemas de fonte de alimentação dos módulos de monitoramento nos módulos de bateria Huawei (esquerda) com as soluções de vários outros fabricantes (direita). A principal diferença entre nosso sistema é que a segunda entrada para o dispositivo de monitoramento é realizada diretamente a partir da bateria. Além disso, esta solução não requer equipamentos de comutação externos.

Células seguras de fosfato de ferro e lítio

A tabela acima resume todos os recursos inerentes a várias tecnologias modernas para a produção de baterias de lítio. Dados fornecidos pela APC. É fácil ver que, devido a uma combinação de fatores, o LiFePO4 agora é a solução mais segura, que, além disso, difere em custo moderado.

Se você estuda a fórmula de carregamento do LiFePO4, é fácil descobrir que o oxigênio, que pode causar um incêndio, não é liberado no processo.

As baterias LiFePO4 também são seguras para impactos mecânicos. Você pode aprender mais sobre os testes realizados por especialistas do laboratório internacional independente TÜV em baterias desse tipo em um curto vídeo de sete minutos sobre o teste das baterias usadas em nossas soluções SmartLi.

Benefícios do LiFePO4 sobre VRLA

Em termos de características de peso e tamanho, as células de íons de lítio do Huawei SmartLi excedem o VRLA em 60%. Com indicadores iguais de potência e autonomia, colocar uma bateria com base no LiFePO4 exige três vezes menos área do que instalar um VRLA de uma classe semelhante. O peso do sistema (carga na fundação ou no piso) também é várias vezes menor. Um rack de "lítio" totalmente equipado pesa cerca de 800 kg, enquanto um gabinete com baterias de chumbo-ácido é cerca de três vezes mais pesado.

A favor do LiFePO4, o fato de que, para obter a mesma autonomia da bateria, baterias de chumbo-ácido, por exemplo, com capacidade nominal de 800 Ah, podem ser substituídas por baterias de lítio com capacidade nominal de apenas 300 Ah, é a favor do LiFePO4. As células usadas no no-break da Huawei podem suportar até 5 mil ciclos de carga e descarga com descarga de 50% e até 3 mil ciclos no modo de carga e descarga com 100% de descarga. A vida útil da bateria LiFePO4 declarada pelo fabricante é de 15 anos.

Finalmente, a Huawei está pronta para dar uma garantia de até dez anos para sua decisão.

Sistema de extinção de incêndios no nível do armário

Todos os gabinetes de bateria da Huawei que funcionam com baterias de íon de lítio estão equipados com um sistema de extinção de incêndio. Um módulo correspondente é instalado em cada gabinete, atuando em um sinal de um sensor de temperatura ou fumaça. No caso de um alarme, a combustão no interior do gabinete é suprimida pelo agente extintor.

O sistema não foi projetado para apagar um incêndio em toda a sala. Com base nos resultados de vários testes bem-sucedidos, a eficácia da solução foi confirmada por um certificado de segurança contra incêndio do laboratório TÜV.

Uma pequena observação: fornecemos sistemas de extinção de incêndio em uma condição não preenchida e o enchimento de gás com o FM200 (“Freon 227ea”) é realizado após a instalação dos armários na sala.

Um pouco sobre as conquistas da Huawei no mercado de UPS

Este não é o primeiro ano em que a empresa continua sendo líder mundial no mercado de no-breaks modulares. Isso foi alcançado em grande parte graças à presença de vários laboratórios de pesquisa, inclusive fora da China, e a investimentos consideráveis no desenvolvimento de novas tecnologias, incluindo a melhoria de sistemas ininterruptos de fornecimento de energia.

Para promover a linha SmartLi de forma mais ativa na Rússia em 2020, a Huawei está pronta para fornecer o custo de soluções de "íons de lítio" no mesmo nível que no caso de soluções com baterias de chumbo-ácido. Como resultado, na faixa de potência de 100 a 500 kW e com um tempo de autonomia de dez minutos, os no-breaks da Huawei baseados em baterias SmartLi custam tanto quanto os no-breaks tradicionais baseados em VRLA com características semelhantes, equipados com um sistema de controle por elementos.

Ao mesmo tempo, o cliente recebe todas as vantagens associadas ao uso das baterias LiFePO4, que também foram apreciadas pelos clientes russos da Huawei. Como parte de um dos projetos implementados no ano passado, a Huawei já entregou e implantou vários sistemas da classe megawatt com baterias de lítio na Federação Russa. Então, eles são instalados no novo escritório do Sberbank, perto do centro de negócios "Moscow City". Mais alguns sistemas foram entregues sob um contrato com uma grande empresa russa no setor de petróleo e gás.

Todos os dispositivos possuem certificados EAC.

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