蓄電池在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域是一個(gè)故障高發(fā)點(diǎn)。鼓脹、短路、漏液,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致起火,造成的損失令人觸目驚心。國內(nèi)外多個(gè)IDC機(jī)房均有電池起火的慘痛教訓(xùn)。

如何防患于未然?UPS主機(jī)或直流電源自帶的電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)很難完成此項(xiàng)重任。這些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常只能監(jiān)控整組電池的電壓、電流和環(huán)境溫度。對(duì)于每節(jié)電池單體的溫度、電壓和電流以及關(guān)鍵的電池內(nèi)阻值無法做到在線監(jiān)測(cè),所以不能做到提前預(yù)警。電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)時(shí),測(cè)得的電池端電壓是一個(gè)浮值,故障電池和正常電池的端電壓沒有明顯區(qū)別,在電池浮充期間,只監(jiān)測(cè)電池電壓和電流,無法在線檢測(cè)出故障電池。只有在蓄電池放電時(shí),故障電池的端電壓將急劇下降。同一型號(hào)、同一批次的電池內(nèi)阻值,在使用初期,參數(shù)往往相近,當(dāng)電池老化或故障(斷路、短路、電池端子虛接)時(shí),其內(nèi)阻值會(huì)發(fā)生顯著變化。通過監(jiān)測(cè)電池內(nèi)阻值的相對(duì)變化,就可以實(shí)現(xiàn)電池故障提前預(yù)警。由此可知,在線監(jiān)測(cè)單節(jié)蓄電池的內(nèi)阻和溫度才是重中之重。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在這點(diǎn)上均有明確要求:GB50174《電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》要求A級(jí)機(jī)房監(jiān)測(cè)每一節(jié)蓄電池的電壓、阻抗和故障。美國電信聯(lián)合會(huì)TIA942要求Tier4機(jī)房必須配置在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)每節(jié)電池電壓、溫度和內(nèi)阻。

智能電池單體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)歷經(jīng)三代的發(fā)展。第一代電池單體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只檢測(cè)電池電壓和電流,只能在電池放電情況下,通過檢測(cè)電池端電壓發(fā)現(xiàn)故障電池;第二代集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了具備第一代系統(tǒng)功能外,還可以監(jiān)測(cè)電池內(nèi)阻。第二代采用集中式采集結(jié)構(gòu),基本能判斷單個(gè)電池故障。集中式通常采用非插拔式端子,故障發(fā)生時(shí)更換不易,接線繁瑣容易出錯(cuò),端子密集可能導(dǎo)致接線混亂和累積成高危險(xiǎn)電壓;第三代采用分散模塊化結(jié)構(gòu),可以監(jiān)測(cè)單節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、溫度等。具備完善的告警和預(yù)告警功能。模塊化簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),使安裝和維護(hù)更加方便快捷。圖1為模塊化電池單體系統(tǒng)連接示意圖。

　　1 單體電池內(nèi)阻測(cè)量方法

智能單體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常采用兩種方法來檢測(cè)電池內(nèi)阻。

(1)直流法

如圖2所示。電池向檢測(cè)模塊放電;測(cè)量電池放電電壓穩(wěn)定后的瞬間恢復(fù)電壓差ΔU=U2-U1;

測(cè)量放電電流值I;

計(jì)算出電池內(nèi)值Ri=ΔU/I。

用戶對(duì)直流法的疑慮是直流法在電池放電過程中是否對(duì)電池有損害?新型的智能檢測(cè)系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制放電模式,盡量減少放電時(shí)對(duì)電池的損害。艾特網(wǎng)能單體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的四線內(nèi)阻檢測(cè)法可以極大的降低線路阻抗對(duì)電池內(nèi)阻檢測(cè)的影響,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確合理。圖3為四線內(nèi)阻檢測(cè)法的原理圖。

(2)交流法

交流檢測(cè)法的檢測(cè)曲線如圖4所示。電池實(shí)際上等效于一個(gè)有源電阻。給電池施加一定頻率和一定電流(目前一般使用100Hz～1kHz頻率、50mA小電流);然后檢測(cè)出相應(yīng)電池電壓的反饋?zhàn)兓?對(duì)其反饋電壓進(jìn)行采樣,經(jīng)過整流、濾波等一系列處理后,通過計(jì)算得到該電池的內(nèi)阻值。

用戶對(duì)交流法的疑慮是檢測(cè)過程中注入的交流信號(hào)是否會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生*?優(yōu)化的交流測(cè)試系統(tǒng)多采用非注入方式,充分利用電池的充電紋波來進(jìn)行測(cè)量。

兩種方法各有利弊。在充電電壓紋波較小時(shí),直流法更加準(zhǔn)確可靠。在電池充電壓紋波較大時(shí),直流法會(huì)受到很大*,交流法更加精準(zhǔn)。艾特網(wǎng)能電池單體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了兩種測(cè)試方法兼容模式,系統(tǒng)可以根據(jù)充電紋波自動(dòng)選取最佳檢測(cè)方式。

　　2 溫度測(cè)量方法

傳統(tǒng)型集中式蓄電池內(nèi)阻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度檢測(cè),僅檢測(cè)1～4路溫度,且檢測(cè)的是環(huán)境溫度或者是蓄電池組的表面溫度,不能真實(shí)的反映單個(gè)蓄電池的內(nèi)部溫度。艾特網(wǎng)能電池采集模塊的溫度探頭,直接集成在測(cè)量線束上。可直接采集每節(jié)蓄電池的極柱溫度(見圖5)。一方面可有效地避免單節(jié)電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象的發(fā)生,另一方面也可檢測(cè)電池大電流放電時(shí)極柱溫升情況,避免電池電纜過熱。同時(shí)具有環(huán)境溫度檢測(cè)功能,可實(shí)現(xiàn)電池溫升報(bào)警、溫度報(bào)警等功能。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在電池極柱溫度異常升高時(shí),自動(dòng)脫扣電池開關(guān),切斷電池充放電回路,有效避免火災(zāi)的發(fā)生。檢測(cè)每節(jié)電池的極柱溫度對(duì)蓄電池火災(zāi)早期預(yù)警意義重大。

3 電池的自動(dòng)均衡

艾特網(wǎng)能智能電池管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電池在線自動(dòng)均衡功能。可消除電池間的差異,保證組內(nèi)電池的一致,提高電池的使用率。電池在浮充狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)通過電壓檢測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池電壓超過平均值或基準(zhǔn)值的一定比例,系統(tǒng)進(jìn)入均衡處理過程。電池均衡電路采用MOS開關(guān)對(duì)電池進(jìn)行旁路脈沖式放電,防止電池過充,實(shí)現(xiàn)電壓均衡(見圖6)。

4 電池活化功能

在均衡電路基礎(chǔ)上,可進(jìn)一步提供活化功能。系統(tǒng)通過內(nèi)核的算法,確定脈寬調(diào)制的占空比,并發(fā)出活化均衡控制信號(hào)來控制MOS管變頻高速通斷,達(dá)到對(duì)該節(jié)電池進(jìn)行小電流瞬時(shí)的可控充放電(斷開時(shí)恢復(fù)充電),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該節(jié)電池的激勵(lì)作用,持續(xù)高頻沖擊和破碎電池內(nèi)部硫酸鹽層,活化電池。圖7為破碎硫酸鹽層的照片。

　　5 系統(tǒng)的安裝和維護(hù)

模塊化的設(shè)計(jì)使工程安裝極其方便。

(1)電池采集線纜

采用雙****線鼻和插拔線纜組合方式,方便施工安裝和線纜更換。在電池安裝時(shí),將墊片同時(shí)預(yù)裝,可大大節(jié)省電池監(jiān)控系統(tǒng)安裝工時(shí)。電池采集線纜見圖8。

(2)電池采集模塊體積小巧,直接粘在蓄電池表面

采用配套專用測(cè)量線纜,測(cè)量線纜可以隨時(shí)從電池采集模塊上拆卸。通訊線采用網(wǎng)線串接在各個(gè)電池采集模塊之間(*模式不需要通訊線),模塊安裝采用魔術(shù)貼安裝方式,方便模塊的檢測(cè)、拆裝和再利用。

(3)采用主控顯示和分散模塊測(cè)量電池?cái)?shù)據(jù)

各單元間采用總線方式數(shù)據(jù)連接,從電池柜中僅需引出1～N根通訊線(根據(jù)電池組數(shù)而定,*方式不需要)即可,大大減少傳統(tǒng)電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工程施工量。監(jiān)控單元采用19寸機(jī)架結(jié)構(gòu),可以直接安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi),或直接掛墻和掛電池柜上,方便安裝。圖9為智能電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖。

6 結(jié)束語

智能蓄電池單體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)彌補(bǔ)了UPS自帶整組電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的短板,使電池維護(hù)智能數(shù)據(jù)化,實(shí)時(shí)在線地監(jiān)測(cè)每節(jié)單體,高效準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)單體電池故障，做到故障提前預(yù)警，有效避免了機(jī)房重大事故的發(fā)生，還能做到電池均衡和活化，是中高端數(shù)據(jù)中心生命周期管理中必不可少的安全保護(hù)系統(tǒng)。

作者簡(jiǎn)介

溫順理,UPS高級(jí)工程師,中歐EMBA工商管理碩士,中國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟專家委員會(huì)常務(wù)委員,深圳市艾特網(wǎng)能技術(shù)有限公司UPS&供配電產(chǎn)品總監(jiān)。從事UPS研發(fā)、設(shè)計(jì)及市場(chǎng)推廣工作20年,擁有業(yè)內(nèi)豐富的數(shù)據(jù)中心和工業(yè)供配電系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),參與設(shè)計(jì)建造了北京奧運(yùn)鳥巢休育場(chǎng)、國家信息安全中心、上海證交所、中國建行武漢數(shù)據(jù)中心、中石油安寧煉化等國家級(jí)重大項(xiàng)目。多年來一直致力于供配電系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用研究。

編輯：Harris

關(guān)鍵詞：ups電源參數(shù)http://mygoldentreasures.com/list-3-1.html

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