Аккумуляторная батарея (АКБ) — один из самых важных (и уж точно наиболее весомый) элемент любого источника бесперебойного питания. Чтобы современные АКБ выполняли стоящие перед ними задачи как можно лучше, за ними необходим тщательный присмотр. Для подобной задачи компания CyberPower разработала и внедряет свою эффективную систему контроля и управления аккумуляторами (battery management system, BMS). Потребность в подобных решениях чрезвычайно велика: на данный момент рынок BMS оценивается более чем в 1,87 млрд. долл., а к 2025 г. ожидается его рост до 11,17 млрд.
Расходы на питание
Ни одна отрасль экономики не обходится сегодня без электронного оборудования. Автомобили, станки, насосные станции, иные машины год от года «умнеют», обзаводясь особо чувствительными к качеству электропитания системами и узлами. Вдобавок и самих компьютеров становится всё больше — как в коммерческих ЦОДах, так и во внутренних сетях предприятий и организаций.
Современному электронному оборудованию нередко требуется «чистое» бесперебойное электропитание, для чего в ход идут разнообразные ИБП. От простейших, способных защитить отдельный компьютер или серверный шкаф, до развитых инфраструктурных решений, которые входят в состав систем электропитания.
Однако насколько бы просто или сложно ни был устроен данный конкретный ИБП, в его составе непременно присутствуют два ключевых элемента: силовой блок и массив аккумуляторных батарей. От того, насколько надёжен каждый из этих элементов по отдельности, зависит надёжность ИБП в целом. А та, в свою очередь, напрямую определяет саму возможность работы оберегаемого ИБП оборудования в экстремальных условиях: при перебоях с внешним энергоснабжением, авариях на электроподстанциях, катастрофах, стихийных бедствиях и т. п.
Насколько серьёзный ущерб наносят бизнесу простои высокотехнологичного электронного оборудования, вызванные нарушением электропитания? Американский институт Понэмона провёл несколько лет назад исследование на тему «Расходы центра обработки данных из-за незапланированной остановки» и оценил сумму убытков, которые в среднем несёт типичное предприятие из-за различных неприятностей такого типа.
Третьей по значимости (и стоимости для бюджета ЦОДа) причиной после сбоя в работе самого ИТ-оборудования и киберпреступлений стал как раз отказ систем бесперебойного электропитания. Выяснилось, что ненадёжные ИБП обходятся модельному (усреднённому по отрасли) предприятию почти в 700 тыс. долл. в год. Сразу же возникает логичный вопрос: а из-за чего выходят из строя сами ИБП?
Эксперты Института Понэмона нашли ответ и на это. По собранной ими статистике, не менее чем в половине случаев источник бесперебойного питания не срабатывает должным образом по причине отказа либо самих аккумуляторных батарей (29% случаев), либо конденсаторов во внутренних цепях (25%). Обе эти причины чаще всего обусловлены негативным воздействием различных факторов, из-за чего батарея существенно теряет номинальную ёмкость и уже не может обеспечивать сколько-нибудь близкое к расчётному время автономной работы.
По статистике, собранной экспертами в исследованных ЦОДах, при паспортном сроке эксплуатации
Прибавим к этому, что до 5% АКБ выходят из строя ещё на протяжении гарантийного срока. В состав действительно мощного ИБП могут включаться от нескольких десятков до нескольких сотен аккумуляторных батарей, а надёжность цепи взаимозависимых элементов определяется, как известно, надёжностью самого слабого из её звеньев. В результате отказ одной-единственной АКБ оборачивается выходом из строя всей группы, в состав которой она включена. Несвоевременно обнаруженный такой отказ может привести к серьёзным издержкам.
Безусловно, современные ИБП промышленного класса отличаются перекрёстным резервированием аккумуляторных групп, что позволяет автоматически задействовать оставшиеся в строю батареи в случае выхода одной или нескольких из строя. Однако перераспределение нагрузки приводит к ускоренному исчерпанию ресурса всё ещё работоспособных АКБ и в конечном итоге к отказу ИБП в целом.
При крайне неблагоприятных условиях — чрезмерно высокая температура, вибрации, пониженное давление — многие аккумуляторы скоротечно деградируют, буквально на протяжении одной-двух недель. Если на этот интервал времени не придётся регламентное обслуживание (которое, вообще говоря, редко проводится чаще одного раза за квартал), ИБП окажется в неработоспособном состоянии и не сможет выполнить свою функцию в самый неподходящий момент.
За энергию без утечек
Суть проблем с АКБ таким образом заключается в нехватке непрерывного мониторинга их состояния и своевременного управления как отдельными батареями, так и целыми их группами. Обе эти задачи призваны решать современные BMS. Такие системы нашли широкое применение в связи с распространением литиево-ионными аккумуляторов, более компактных и долгоживущих (но и дорогих), чем свинцово-кислотные. Однако с успехом могут применяться для оптимизации работы и более привлекательных по цене решений.
Одна из главных неприятностей, подстерегающих свинцово-кислотную батарею, — это нехватка или, напротив, избыток запасаемого ею электрического заряда. Перезаряженная АКБ чрезвычайно быстро деградирует. Недозаряженная, к которой раз за разом подключают полезную нагрузку, не дожидаясь накопления полного заряда, теряет свою ёмкость и в конце концов оказывается неспособной обеспечить работу такой нагрузки в течение сколько-нибудь разумного времени.
Контролировать уровень заряда и текущее физическое состояние каждой батареи вручную — задача абсолютно неподъёмная. В этом случае на помощь обслуживающему АКБ персоналу как раз и приходит BMS, которая с использованием контроллера и ряда датчиков автоматически фиксирует значения напряжения, температуры, внутреннего сопротивления батареи. Электронная схема системы также непрерывно обрабатывает полученные данные и на их основании производит балансировку рабочих параметров АКБ, уберегая её от перезаряда и недозаряда.
В арсенале решений для обеспечения бесперебойности электропитания компании CyberPower имеется система контроля и управления серии BM100 + BM100-12V. Она осуществляет мониторинг и контроль состояния свинцово-кислотных аккумуляторов ёмкостью от 5 до 200 А·ч. Столь широкий диапазон поддерживаемых BMS-системой мощностей позволяет применять её и для ИБП различной мощности, и для возобновляемых систем электропитания, и на солнечных либо ветровых электростанциях, а также практически в любых системах энергоснабжения с особо строгими требованиями к надёжности.
BMS под брендом CyberPower способна контролировать основные параметры каждой АКБ в обслуживаемой группе: текущие значения напряжения, температуры, сопротивления. При этом есть возможность задействовать систему выравнивания заряда, — эквалайзинг напряжения всех контролируемых аккумуляторов в группе с возможностью погашения до 1,5 А на каждом датчике. Сведение напряжений к единому уровню обеспечивает равномерность накопления/расходования заряда в батареях и существенно продлевает срок их эксплуатации с сохранением штатных характеристик.
Контур мониторинга BMS CyberPower рассчитан на снятие показателей одним устройством максимум с четырех групп АКБ, каждая из которых включает от 1 до 40 батарей (суммарно — до 160 АКБ от одного контроллера BM100). При фиксации отклонений параметров от номинальных значений система автоматически известит сервисную службу о необходимости ручного вмешательства и укажет обслуживающему персоналу, какой именно батарее следует уделить внимание.
Применять BMS CyberPower возможно с любыми типами ИБП. Основной блок системы штатно укомплектован SNMP-адаптером, что позволяет без затруднений интегрировать устройство в общую сеть. Подключение системы к батарейным группам также не представляет сложности, поскольку все датчики в одной группе последовательно соединяются с основным блоком по единому общему четырёхжильному шлейфу. Дополнительная нагрузка на сеть электропитания у BM100 минимальна: основное устройство потребляет менее 2,5 Вт, а каждый из подключённых датчиков — менее 0,17 Вт.
Последовательное подключение батарейных датчиков усиливает помехозащищённость и снижает стоимость как отдельного датчика, так и всей системы в целом. Внешние же датчики системы позволяют вести мониторинг внутреннего сопротивления АКБ, физических условий, в которых функционируют аккумуляторные батареи, в первую очередь температуры и влажности в данном помещении, и соответствующим образом корректировать оценку продолжительности службы АКБ.
Контроллер ВМ100 можно использовать как самостоятельное устройство либо совместно с источником бесперебойного питания. Он допускает дистанционное конфигурирование и мониторинг через SNMP практически из любой точки мира. Все перечисленные особенности системы вместе обеспечивают ощутимое продление срока службы АКБ — в среднем на срок от 6 до 24 мес, что для свинцово-кислотных аккумуляторов более чем солидно.
Применяя BMS компании CyberPower, заказчик получает возможность значительно повысить надежность своей энергосистемы за счёт усиления одного из наиболее уязвимых её элементов — АКБ. Получая данные мониторинга об отдельных батареях и группах, концентрируя внимание сервисной службы лишь на заблаговременно выявленных проблемных АКБ, заказчик избегает внезапных аварий и существенно снижает издержки от простоя оборудования, а также прочие сопутствующие убытки. Последний момент особенно важен, хотя при оценке стоимости систем бесперебойного энергоснабжения его часто упускают из вида. Дистанционный мониторинг каждой батареи с формированием детального отчёта позволяет избавиться от таких дорогостоящих расходов по графе «сервисное обслуживание», как проезд специалиста до места установки.
Располагая предварительной информацией о снижении ёмкости конкретной батареи, компенсируя нехватку заряда, система позволяет производить замену отдельной АКБ с сохранением работоспособности всего батарейного массива. И обеспечивает тем самым заказчику немалую экономию средств, которым в нынешней непростой экономической ситуации он совершенно точно найдёт лучшее применение.
ПОДГОТОВЛЕНО ITWEEK EXPERT
