עם ההתפשטות המהירה של מודלים גדולים של בינה מלאכותית וגודל צבירי המחשוב, מרכזי הנתונים של הבינה המלאכותית דורשים דרישות קשיחות במיוחד לביצועים ולאמינות של מערכות סוללות ליתיום-יון לאספקת חשמל זמינה ואגירת אנרגיה. כמרכז הבקרה המרכזי של יחידת הסוללה לאספקת חשמל זמינה, מערכת ניהול הסוללה (BMS) מבצעת פונקציות עיקריות כגון ניטור מצב התאים, הגנה על טעינה/פריקה, איזון התאים, התראות על תקלות וניהול בטיחות. כתוצאה מכך, האמינות של הרכיבים הפנימיים שלה קובעת ישירות את רציפות האספקה החשמלית ואת הבטיחות הפעולה של תשתיות המחשוב. תוך שימוש בחומרים ייחודיים של ליבת מגנטית שפיתחה והבנת טכנולוגית של 25 שנה בתעשייה של אינדוקטורים, Codaca הציג סדרת אינדוקטורים לספק כוח המיועדת במיוחד ליישומים של מערכות ניהול סוללות (BMS) לגיבוי במרכזי נתונים של בינה מלאכותית. רכיבים אלו פותרים ישירות את האתגרים ההנדסיים המרכזיים — כגון זרמים גבוהים דו-כיווניים, הפרעות גלי ריפל בתדר גבוה, פעילות מתמשכת לאורך כל השנה ותנודות קיצוניות בטמפרטורת הסביבה בסביבת מרכזי הנתונים — ובכך מספקים פתרונות מגנטיים בעלי אמינות גבוהה לארכיטקטורות לאחסון אנרגיה ולגביית כוח במרכזי נתונים של בינה מלאכותית.
1. אתגרי יישום חדשים שפוגעים במערכות ניהול סוללות (BMS) לגיבוי במרכזי נתונים של בינה מלאכותית
עומסי החישוב של שרת AI ב- GPU מתאפיינים בשינויים אלימים ברמת המילישניות, עם קפיצות עוצמה רגעית שמגיעות לכמה פעמים מעומס המצב היציב. התבססות רק על ארכיטקטורות מסורתיות של UPS מרכזיים יוצרת אתגרים כלכליים ותפעוליים בהתאמה לאפיון העומסים הדינמיים הללו. כתוצאה מכך, פתרונות יחידת סוללות גיבוי (BBU) ליתיום-יון עלו כארכיטקטורה טכנולוגית ראשית למراكז נתונים חדשים ל-AI (AIDCs). כלב הבטיחות המרכזי של יחידת הסוללה ליתיום-יון לגיבוי, מערכת ניהול הסוללה (BMS) משתמשת באופן נרחב באינדוקטורים לחשמל ולאות בתוך מודולים פנימיים להמרת עוצמה DC-DC, מעגלי איזון פעילים של תאים ורשתות סינון אותות. חסרונות בביצועי האינדוקטור או כשלים ברכיבים יכולים לגרום ישירות לתופעות של אי-יציבות בה alimentציה של ה-BMS, כשלים באיזון התאים וטעויות בהערכה של SOC. בתנאי פעולה קיצוניים, בעיות אלו עלולות להפעיל את מנגנון הגנה חירום של הסוללה, מה שמביא בסופו של דבר לעצירת השרתים ולהפרעה בשירותי החישוב.
ביחס ל-BMS לאחסון אנרגיה תעשייתי רגיל, ל-BMS גיבוי למراكז נתונים של AI קיימות מספר נקודות כאב עיצוב ייחודיות:
(1) דפקים רגעיים דו-כיווניים של זרם גבוה: מערכות גיבוי חשמל נדרשות לספק פלט חשמלי בעוצמה גבוהה למשך תקופות קצרות ולסייע ב 'חיתוך שיאים'. במקרים קיצוניים של תנודות עומס עם di/dt גבוה, סלילים חייבים לשאת משרעות זרם פועם גדולות ודפקים גבוהים מאוד. במקרה של רווית ליבה מגנטית, זה עלול לגרום לכשל בספק הכוח של ה-BMS ואירועי השהיה מוגנת שקריים.
(2) תפעול רציף כל השנה: במרכזי נתונים הפועלים במחזור חיים של 8 עד 10 שנים, סלילי כוח נושאים תנאי עומס רציפים לאורך כל תוחלת החיים שלהם. זה מציב דרישות קפדניות על אובדן נחושת של DCR, אובדן ליבת מגנטית, ויציבות עליית חום ארוכת טווח, ודורש חופש מוחלט משינויי ביצועים הנובעים מהזדקנות או מכשל תרמי.
(3) סביבות EMI קיצוניות במגירות שרתים בצפיפות גבוהה: ארונות שרתים בעלי צפיפות גבוהה מכילים מספר רב של מקורות מתח מתחלפים המבוססים על סיליקון קרביד (SiC) וגליום ניטריד (GaN), אשר יוצרים רעש מתחלף תדר גבוה במיוחד. בתוך מערכת ניהול הסוללות (BMS), מעגלי הדגימה של הממשק האנלוגי הקדמי (AFE) ומעגלי מדידת המתח והזרם מטפלים באותות רגישים ביותר. דליפת שדה מגנטי מאינדוקטורים שאינם משוריינים או משוריינים באופן לקוי יכולה לפגוע בנתיבי הדגימה הללו, מה שגורם להסטה בחישוב מצב הטעינה (SOC) ומצב הבריאות (SOH), ובכך פוגע בסופו של דבר בבטיחות הסוללה.
(4) תנאי פעילות קשיחים על הלוח: נקודות חום מקומיות נוצרות לעיתים קרובות לאורך לוחות המעגלים המודפסים (PCBs) של מערכת ניהול הסוללות (BMS), ולכן יש לשמור על יציבות הפרמטרים החשמליים של רכיבי הלוח בטווח רחב של טמפרטורות, בין 40-°C ל-125+°C. חשוב במיוחד שאינדוקטורים חשמליים יראו ירידה מינימלית בזרם הסתבבות שלהם בטמפרטורות פעילות גבוהות, כדי להבטיח ביצועים אמינים של המעגל.
(5) סידור חומרה בעוצמה גבוהה: השטח הזמין בארון השרתים הוא מוגבל, מה שגורם לעלייה מתמדת בצפיפות האינטגרציה של לוחות בקרת מערכת ניהול הסוללות (BMS). כתוצאה מכך, אינדוקטורים חשמליים חייבים לשלב בין יכולת העברת זרם גבוהה לבין אריזה ממוזערת מסוג Surface-Mount, ובמקביל לקיים את הסטנדרטים המתחממים ביותר למתיחות מכנית ותנודות ברמת לוחות ה-PCB.
2. התפקיד המרכזי של האינדוקטורים במערכות BMS גיבוי עבור מרכזי נתונים מבוססי בינה מלאכותית
במבנים של מערכות BMS לגיבוי סוללות ליתיום עבור מרכזי נתונים מבוססי בינה מלאכותית, אינדוקטורים חשמליים משמשים בעיקר בשלבים של המרה חשמלית, מעגלי איזון תאים ומעגלי סינון אותות. יציבות הפעולה של כל שלב משפיעה ישירות על האמינות והבטיחות הכוללות של מערכת הגיבוי החשמלית.
(1) מעגל ההספק הראשי של המרה מ-DC ל-DC
מעבד הלוח הראשי של מערכת ניהול הסוללות (BMS), מעגלי האלקטרוניקה האנלוגית (AFE), מגברי הפעולה למדידת המתח, ומעגלי הממשק להעברת הנתונים מסתמכים על מספר קווי מתח נמוך יציבים שנוצרים מהמתח הראשי של אסיפת הסוללות באמצעות ממירים חשמליים מסוג Buck/Boost. סלילי ההספק, שמשמשים כרכיבי אחסון ואגירה עיקריים של האנרגיה, מספקים קווי מתח נקיים ויציבים ליחידות הבקרה של מערכת ניהול הסוללות. אם סליל יגיע לנקביעה (saturation) או יפגין אובדן הספק חריג, זה עלול לאייצב את מזון ההספק הראשי של מערכת ניהול הסוללות, מה שיגרום באופן ישיר לאיבוד פונקציות החיוניות של ניטור והגנה על הסוללה.
(2) מעגל איזון פעיל
בשל המספר הגבוה של תאים בתוך מודולי הסוללה המשנית המבוססים על בינה מלאכותית, עקביות התאים מתדרדרת בהדרגה לאורך מחזורי טעינה ופריקה ממושכים. טופולוגיות איזון פעיל מבוססות סליל מסתמכות על סלילים לאחסון אנרגיה כדי לסייע בהעברת אנרגיה בין תאי הסוללה הבודדים. יציבות הפרמטרים של הסלילים הללו קובעת באופן ישיר את יעילות האיזון ואת דיוקו, ומבטיחה ניצול מלא של הקיבולת בכל סוללת הסוללות, מפחיתה את הסיכונים של טעינה יתר או פריקה יתר של תאים, ומאריכה את משך החיים הכולל של סוללת איחסון האנרגיה. טופולוגיות נפוצות לאיזון פעיל של תאים כוללות מערכות ישירות מבוססות טרנספורמטור (מחברים פליבק דו-כיווניים), מטריצות מתג עם אדריכלות טרנספורמטור, ומעגלי איזון דו-כיווניים מבוססי סליל בק-בוסט ללא ניפוץ. בעוד ששתי הטופולוגיות הראשונות מסתמכות על טרנספורמטורים כדי לבצע העברת אנרגיה בין תאים בודדים, איזון דו-כיווני מסוג בק-בוסט פועל על עקרונות בסיסיים של מעגל בק-בוסט, מה שנותן יישום חומרתי פשוט וตรง יותר. עקרון הפעולה של איזון פעיל מסוג בק-בוסט מבוסס על העברת מטען ישירות בין תאי סוללה סמוכים, ולא על העברת אנרגיה בין מקומות מרוחקים בתוך הסוללה. עיצוב זה מפשט במידה רבה את מורכבות מעגל האיזון, תוך שהניצול המלא של הפעלה בו זמנית של מספר מעגלי איזון מאפשר redistribute מטען לאורך כל שרשרת הסוללות.
תמונה 1. טופולוגיה של איזון פעיל דו-כיווני מסוג בק-בוסט
כמוצג בתמונה 1, מותקן מאזן דו-כיווני מסוג בק-בוסט על כל זוג תאים. באמצעות מצבי האיזון הבק והבוסט, הוא מספק העברת מטען דו-כיוונית בין שני תאים סמוכים, ובכך מגשים אחידות בקיבולת כל התאים. במצב איזון בק, המאזן הפעיל מעביר אנרגיה מתא העליון לתא התחתון; במצב איזון בוסט, הוא מעביר אנרגיה מתא התחתון לתא העליון.
(3) מעגל סינון לאי-תאמינות אלקטרומגנטית (EMI) ותאימות אלקטרומגנטית (EMC)
הקו הראשי לטעינה/פריקה של הסוללה מציג רעשים מהירים של מתיחות וצמיגות עירוריות. סלילים דיפרנציאליים בשילוב עם קondenסטורים יוצרים רשתות מסננות מסוג LC שמדכאות את צמיגות הזרם המושרות על ידי המפסקים דו-כיווניים של הכוח, מפחיתות את הצימוד של הרעשים למעגלות הדגימה של מערכת ניהול הסוללות (BMS), מגינות על דיוק מדידת המתח והזרם, וממזערות את השגיאות המצטברות בהערכה של אחוז הטעינה (SOC). סלילים משותפים משמשים לדיכוי רעשים משותפים לאורך קווי הכוח, חוסמים את חדירת הרעשים האלקטרומגנטיים החיצוניים למערכת ניהול הסוללות (BMS) ובמקביל מונעים את פיזוץ הרעשים הפנימיים של המערכת לציוד סמוך.
3. CODACA מספקת סלילים בעלי אמינות גבוהה למערכות BMS גיבוי במراكז נתונים מבוססי בינה מלאכותית
כדי להתמודד עם הדרישות הפעולתיות הייחודיות של מערכות ניהול סוללות (BMS) לגיבוי מרכזי נתונים מבוססי בינה מלאכותית, קודאקה מטיבה את הסלילים שלה בממדים מרובים, כולל תערובות חומר הליבה המגנטית, מבנה הגלילה ועיצוב הנאמנות. הסלילים מתוכננים לרמות הספק שונות במעגלי BMS לגיבוי בינה מלאכותית, וקודאקה מציעה מטריצה מקיפה של מוצרים שנבדקו בשדה:
האינדוקטורים לזרם גבוה ייחודיים של קודאקה מתבססים על חומרים מגנטיים ללבב עם אובדן נמוך ועיצוב כריכה של סלילי חוט שטוח, מה שמביא לאובדי לבב נמוכים ביותר וביצועי רוויה רכים מעולים. כאשר הם נתונים לזרמים גדולים פתאומיים, האינדוקטיביות מציגה ירידה חלקה והדרגתית ולא ירידה חדה, מה שמונע ביעילות את כשל הרוויה המלא של הלבב במהלך צפיפות זרם עומס פתאומית. לאינדוקטורים אלו יש זרם רוויה מקסימלי (Isat) של עד 422 אמפר וטווח טמפרטורת הפעלה מוגדל עד 170°צ, כך שהם בנויים כדי לסבול תנאים סביבתיים קשים המאופיינים בזרמים עתידיים גבוהים ובלחץ תרמי מרובה. הם שומרים על עליית טמפרטורה נמוכה על פני השטח במהלך פעילות ממושכת בזרם גבוה, מה שהופך אותם למתאימים במיוחד למספר רב של טופולוגיות מעגלים של מערכות ניהול סוללות (BMS).
מוצרים מומלצים: CSBX /CSBA /CPRX /CPRA /CPEX /CPEA
האינדוקטורים לספק חשמל המותאמים בפנימיות על ידי קודאקה משתמשים בחומרים מגנטיים ללב שלב נמוך באובדן ובטכניקת יציקה מתקדמת בטמפרטורה גבוהה, מה שמביא להקטנה משמעותית בגודל הרכיב והאובדן החשמלי תוך שיפור האמינות הכוללת של הפעולה. הם מצוידים בעיצוב מגנטי משוריין לחלוטין, מה שמביא לאובדן זרימת שדה מגנטית נמוך במיוחד, ובכך מונע את הצמדת השדות המגנטים הנפרדים מהשפעתם על אותות מדידת מתח וזרם רגישים בחלק הקדמי האנלוגי (AFE). זה מבטיח דיוק גבוה במדידת SOC ו-SOH, מפחית תקלות מערכת סמויות הנגרמות על ידי EMI, ומעלים את התאימות האלקטרומגנטית (EMC) של היחידה כולה. עם טמפרטורת פעולה מקסימלית של עד 155° צלזיוס ויעילות המרה של הספק מרבית של עד 98%, אינדוקטורים אלו משפרים באופן יעיל את האמינות הכוללת של מערכת BMS ומקסמים את יעילות המרה של הספק ב-DC-DC.
מוצרים מומלצים: CSEG-H /CSEB-H /CSHB /CSAG
(3) חנק במצב משותף
בבחירת סלילים משותפים שתוכננו עם תכונות התנגדות גבוהה בטווחי התדרים המבוקשים, מהנדסים יכולים לדכא יעילות את הרעש המשותף ולמזער את ההשפעות של הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) על יציבות הפעולה של מערכת ניהול הסוללות (BMS). קודאקה מספקת טווח רחב של פתרונות סלילים משותפים שמותאמים לדרישות היישום המגוונות של הלקוחות.
מוצרים מומלצים: טי.סי.איי.בי /סי.אס.טי.פי /CRHCM /CSU ק
בשל העלייה הדרמטית ב-Generative AI, מערכות אחסון אנרגיה לגיבוי מרכזי נתונים מתעדכנות ומתפתחות במהירות. כמערכת האינטליגנציה המרכזית שמבטיחה את בטיחות גיבוי החשמל, מערכת ניהול הסוללות (BMS) דורשת דרישות מחמירות יותר ויותר בצפיפות ההספק, האמינות לטווח ארוך וביציאות האלקטרומגנטית (EMI) של רכיבי המגנטים. עם 25 שנות התמחות מעמיקה באינדוקטורים לחשמל, קודאקה מנצלת חדשנות בחומרים ובחידוש תהליכי הייצור המתקדמים כדי לספק פתרונות מקיפים של אינדוקטורים מאופטמים ל-BMS עבור מקרי שימוש באחסון אנרגיה לגיבוי מרכזי נתונים מבוססי AI. באמצעות רכיבי מגנטים חשמליים בעלי אמינות גבוהה, קודאקה מגינה על פעולת התשתית הממוחשבת העולמית באופן יציב ורציף.
EN