蓄電池監(jiān)控在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

1、萊姆電子蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用1.數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心機(jī)房蓄電池在線監(jiān)測的必要性： 可靠穩(wěn)定的供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運行業(yè)務(wù)的基本要求，數(shù)據(jù)中心必須保證供電的連續(xù)性和供電系統(tǒng)的安全性，在數(shù)據(jù)中心的信息中心機(jī)房一般都會用到UPS不間斷電源作為重要的安全保障。 UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的不間斷電源，市電供電中斷時，UPS能保證輸出供電的連續(xù)性。而蓄電池是UPS的關(guān)鍵組成部分，蓄電池作為動力提供的最后保障，無疑是UPS電源中的最后一道保險，其狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到UPS是否正常工作。目前，UPS廣泛使用密封鉛酸蓄電池（VRLA ：Valve-Regulated Le

2、ad-Acid Battery）俗稱“免維護(hù)電池”，而這種稱謂也使得在蓄電池的使用過程中，人們往往錯誤的認(rèn)為蓄電池是免維護(hù)的而不加重視，許多用戶從安裝上蓄電池后就基本沒有進(jìn)行過維護(hù)和管理。由于在實際應(yīng)用中，一般都是多個蓄電池串聯(lián)組成電池組，在串聯(lián)系統(tǒng)中，如果有一個蓄電池出現(xiàn)異常，則會影響整組蓄電池的正常使用，導(dǎo)致關(guān)鍵時刻，UPS不能正常供電，從而造成不可估量的損失。 目前市場上的鉛酸蓄電池生產(chǎn)廠家良莠不齊，很多蓄電池廠家宣稱閥控鉛酸蓄電池使用壽命可以達(dá)到10年以上，但在實際中，很多蓄電池使用半年就可能出現(xiàn)異常，或者在2-3年左右出現(xiàn)劣化，以致使用不到5年的蓄電池就得淘汰。 有資料統(tǒng)計，因蓄電池

3、故障而引起UPS主機(jī)故障或工作不正常的比例大約占到30%以上。為使數(shù)據(jù)中心機(jī)房穩(wěn)定運行，必須對UPS蓄電池進(jìn)行管理和維護(hù)。 2. 蓄電池工作中可能存在的問題分析蓄電池是化學(xué)電源，在使用過程中一些蓄電池會提前老化或損壞，從而嚴(yán)重影響整個蓄電池組的供電水平甚至無法供電。UPS電池組在運行過程中，隨著使用時間的增加必然會有個別或部分蓄電池出現(xiàn)老化現(xiàn)象。整組電池的容量是以狀況最差的那一塊電池的容量值為準(zhǔn)，而不是以平均值或額定值為準(zhǔn)。若不及時檢測，找出老化電池給予調(diào)整，電池組的容量將變小，電池壽命縮短，影響系統(tǒng)的高效安全運行。如果不能及時發(fā)現(xiàn)存在問題的蓄電池，將影響系統(tǒng)安全供電，有可能帶來災(zāi)難性后果。所

4、以讓每一塊蓄電池時刻處于完好狀態(tài)是蓄電池監(jiān)測管理的最主要的目的。 目前，蓄電池運行中存在的隱患主要有： 1） 蓄電池壽命無法達(dá)到設(shè)計要求 目前我們使用的蓄電池或許存在這樣的問題：在蓄電池安裝時，蓄電池的廠家稱閥控鉛酸蓄電池在浮充下的使用壽命可以達(dá)到10年以上，但在實際中，蓄電池可能在2-3年左右就出現(xiàn)劣化，以致使用不到5年的蓄電池就得淘汰。有的蓄電池甚至工作半年就出現(xiàn)異常。 2）蓄電池浮充下缺乏溫度補(bǔ)償 由于蓄電池的工作環(huán)境比較復(fù)雜，而環(huán)境溫度對于蓄電池的影響，特別是電壓、電流的影響較大。在25以上，每增加1，蓄電池充電電流將會增加10%，蓄電池失水將會增加1.5%。 3）對于蓄電池的運行情況

5、、性能狀況不明 由于沒有良好的手段以及管理，蓄電池的使用者對于蓄電池的運行情況缺乏足夠的了解，特別是對于蓄電池歷史數(shù)據(jù)的整理以及分析。 4）蓄電池管理維護(hù)的理念和方法需要改進(jìn) 很多蓄電池的維護(hù)人員，受到蓄電池廠家的誤導(dǎo)，認(rèn)為“免維護(hù)”就是無需維護(hù)，其實“免維護(hù)”僅僅是不需要定期對蓄電池進(jìn)行加水?；蛘呤菍π铍姵氐谋O(jiān)測仍然停留在人工定期監(jiān)測的辦法，耗費了大量的人力和實踐，而且危險性較高。 另外，從經(jīng)濟(jì)效益和社會效益上講，管理蓄電池可以延長整個電池組的使用壽命，減少蓄電池更換量，從而節(jié)省費用，也利于環(huán)境保護(hù)。目前國內(nèi)很多用戶在電池使用一半壽命時就被全部更換掉，實際此時絕大部分電池還是完好的，這樣被白

6、白扔掉實在是嚴(yán)重的浪費。3.閥控式鉛酸蓄電池的失效模式 造成蓄電池失效的主要模式包括：硫酸鹽化（硫化）、失水、正極板柵腐蝕、正極物質(zhì)活性降低及隔膜收縮等。其中硫酸鹽化和失水是蓄電池最常見的失效模式。保障蓄電池處于良好的運行環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)單體蓄電池的早期失效，是避免串連蓄電池組整體失效的最有效手段。對蓄電池的運行參數(shù)和性能參數(shù)進(jìn)行綜合監(jiān)控是避免蓄電池的早期失效，延長蓄電池的使用壽命。 蓄電池常見的失效模式分析： 一類是閥控式鉛酸蓄電池原理的固有因素，主要有：1）正極板腐蝕：對浮充電使用的電池，設(shè)計使用壽命主要取決于板柵腐蝕速率，它受柵板材料、電解液密度和環(huán)境溫度的影響很大，然而這是一個緩慢的過程

7、，由此引起的壽命終結(jié)可長達(dá)十幾年。但是在電池過充電狀態(tài)下，通過氧復(fù)合通道，負(fù)極產(chǎn)生了水，降低了酸度，而正極反應(yīng)產(chǎn)生H+，加速了正極板柵的腐蝕。同樣在高溫環(huán)境下，正極板柵的腐蝕也會被加速，從而縮短電池的預(yù)期壽命。2）失水：由于閥控式鉛酸蓄電池是貧液式設(shè)計，電解液的吸儲量非常有限，失水將直接導(dǎo)致電池容量損失。據(jù)統(tǒng)計有70%以上的電池失效是由于失水造成的。在充電過程中氧復(fù)合反應(yīng)不完全及板柵腐蝕將引起水的損失，當(dāng)每次充電時，由于產(chǎn)生氣體的速率大于氣體再化合速率，導(dǎo)致一部分氣體逸出，損成水的損失。正極柵的腐蝕也是造成水損失的因素之一。3）負(fù)極板硫酸鹽化：在充電過程中，一旦氧復(fù)合反應(yīng)發(fā)生，幾乎消耗了所有流

8、入負(fù)極的電流，使得負(fù)極不可能被極化到開路電極電位以上，這樣無論電池處于充電或放電狀態(tài)，負(fù)板總有硫酸鉛存在，使負(fù)極長期處于非完全充電狀態(tài)，形成不可逆硫酸鉛，使電池容量逐漸減少，導(dǎo)致電池失效 。4）熱失控：在充電過程中，電池內(nèi)的再化合反應(yīng)將產(chǎn)生大量的熱能，由于蓄電池的密封結(jié)構(gòu)使熱量不易散出，導(dǎo)致電池溫升過高失效。電池生產(chǎn)工藝質(zhì)量的因素：在實際情況中，由于電池生產(chǎn)工藝質(zhì)量的問題，如原材料成份不穩(wěn)定，極板涂膏量不一致，極耳腐蝕斷裂，殼體和殼蓋間滲透漏液，閥蓋開閉不靈等，都造成電池性能離散性大，也是電池早期失效的主要因素。由于電池生產(chǎn)工藝、材料的離散性導(dǎo)致的電池性能離散性，將在電池使用中被反映，如浮充電

9、壓的離散性，不可避免帶來單體電池的過充和欠充。使用環(huán)境因素：1）不合理設(shè)置充電電壓，過高的電壓設(shè)置將導(dǎo)致過充，而過低的設(shè)置也將導(dǎo)致欠充，二者都會影響電池壽命。2） 過高的環(huán)境溫度將加速電池柵板的腐蝕，影響電池壽命。3）存在頻繁停電使電池沒有充足又被放電的狀況，這將導(dǎo)致電池硫酸鹽化而不可恢復(fù)。通過以上的鉛酸閥控蓄電池失效模式的分析，可以看出蓄電池的失效是逐漸的，并且都可以在內(nèi)阻的變化上得到反映，并且目前還沒有發(fā)現(xiàn)一只蓄電池性能喪失，而其內(nèi)阻沒有變化的實例。這就為我們提供了一個監(jiān)測蓄電池性能狀況的便捷途徑：即連續(xù)監(jiān)測蓄電池的運行參數(shù)（單體蓄電池電壓、充放電電流、單體蓄電池溫度）以及單體蓄電池內(nèi)阻的

10、變化，對于蓄電池進(jìn)行全監(jiān)測，通過蓄電池失效早期的特征，及時發(fā)現(xiàn)單體電池的不均衡性、以及失效電池的情況，并進(jìn)行及時有效的處理，就可以防止蓄電池劣化加劇，延長蓄電池的使用壽命。 鉛酸蓄電池的端電壓并不能反映電池的容量特性，實際使用中，能夠直接測量的參數(shù)除電流、電壓外，蓄電池內(nèi)阻是可以直接測量的一個參數(shù)，在實際測量電池的內(nèi)阻后，能夠發(fā)現(xiàn)電池的許多問題，尤其是能夠立即判斷嚴(yán)重失效的電池或存在連接問題的電池。電池的內(nèi)阻已被公認(rèn)為是一種迅速而又可靠的診斷電池健康狀況的方法。 4.實時在線監(jiān)測是蓄電池管理的有效手段 如何測量管理蓄電池，這在不同的時期和不同的技術(shù)條件下是不同的： 前些年主要是由人工進(jìn)行檢測的

11、，也就是工作人員使用測量儀表定期對電池的端電壓或內(nèi)阻進(jìn)行實地測量，然后根據(jù)測量值判斷電池的狀態(tài)。這種測量方式由于不能在一個時點同時測量，所以誤差較大，測量周期長，特別是目前數(shù)據(jù)中心中的電池數(shù)量很大，人工測量工作量太大。 現(xiàn)在UPS系統(tǒng)中也配有蓄電池監(jiān)測功能，能夠?qū)π铍姵氐某浞烹娗闆r進(jìn)行監(jiān)測（充電電流、放電容量等），如果電池組出現(xiàn)異常情況將發(fā)出報警。但是UPS系統(tǒng)只能對整個電池組進(jìn)行監(jiān)測，無法監(jiān)測電池單元的狀況，也就無法保證蓄電池組隨時處于完好狀態(tài)。目前較好的辦法，就是對蓄電池單體進(jìn)行實時在線監(jiān)測，隨時了解其狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)有問題的蓄電池單元，通過更換電池單元保證蓄電池隨時可以投入工作。 UPS的

12、許多用戶認(rèn)為UPS本身已帶蓄電池監(jiān)測功能，無需再安裝另外的蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)。確實，大部分UPS都帶有一定的蓄電池監(jiān)測功能，可以監(jiān)測組壓及記錄放電曲線，但是對于準(zhǔn)確掌握每節(jié)蓄電池的運行狀況這些監(jiān)測是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。UPS一般只能監(jiān)測組壓，不能監(jiān)測每節(jié)電池的電壓，一旦某節(jié)電池失效，組壓往往還是正常的，而對于串接的電池組來說，這是非常危險的。 另外對電池來說極其重要的一個參數(shù)電池內(nèi)阻UPS是無法監(jiān)測的。對于許多失效電池來說，其電壓仍然是正常的，但帶載后電壓就迅速下跌，原因是其內(nèi)阻超出了正常范圍。這同樣導(dǎo)致電池容量的下降，而電壓是不能正確反映這些變化的。由于電池組中電池彼此的差異是存在的，而蓄電池組的充電方

13、式無法避免個別電池的熱失控。 5.實時在線監(jiān)測蓄電池的主要方法 目前優(yōu)化的方式是采用蓄電池在線監(jiān)測方法，在蓄電池的運行過程中，實時監(jiān)測蓄電池的內(nèi)阻及其他運行參數(shù)，如電壓、電流、溫度、運行時間等，來實時監(jiān)測蓄電池的工作狀態(tài)。 在國際上，安裝蓄電池在線檢測系統(tǒng)已是各行各業(yè)普遍現(xiàn)象，IEEE更在能源工程協(xié)會的IEEE1188標(biāo)準(zhǔn)：固定地點使用的免維護(hù)鉛蓄電池VRLA的維護(hù)、測試、替換推薦方法中推薦采用蓄電池在線檢測系統(tǒng)檢測電池內(nèi)阻，以此判斷蓄電池的健康狀況。內(nèi)阻測量方法分為直流放電法和交流測試法。直流放電法在電池兩端接入放電負(fù)載，測量電池在放電過程的電壓變化。萊姆電子采用中小電流放電法，無需把電池從

14、回路中斷開，或關(guān)閉充電機(jī)。萊姆蓄電池監(jiān)控具有如下特點：在線交流內(nèi)阻測試技術(shù)難度大，各廠家的具體實現(xiàn)技術(shù)各有特點，其內(nèi)阻準(zhǔn)確度和抗干擾能力差別也很大。6.蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)功能描述 蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)測試參數(shù)包括：蓄電池組的組電壓、組電流、電池組溫度、單電池電壓值、電池組充電電流、電池組放電電流、設(shè)定電池組深度放電標(biāo)準(zhǔn)、單電池浮充電壓上限、單電池浮充電壓下限、單電池標(biāo)準(zhǔn)浮充電壓、單電池容量、單電池內(nèi)阻、 強(qiáng)大的監(jiān)控軟件功能可以實現(xiàn)詳細(xì)的參數(shù)測試及監(jiān)測管理，實現(xiàn)實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)查詢功能。 實時監(jiān)測部分可以查看電池組的實時數(shù)據(jù)，包括組電壓、組電流、溫度、組狀態(tài)、采集時間、電壓柱狀圖、內(nèi)阻柱狀圖、組電壓曲線、充放電曲線。數(shù)據(jù)查詢部分列出了當(dāng)前用戶所能看到的蓄電池信息，可以按照時間類型查看歷史數(shù)據(jù)，包括單電池的電壓、內(nèi)阻、采集時間、電壓曲線、內(nèi)阻曲線、充放電曲線。 設(shè)置報警記錄，可以查看系統(tǒng)當(dāng)前的報警信息。 報表報表，可以打印運行月報表、核對性放電報表、報警事件記錄報表。 數(shù)據(jù)管理功能，數(shù)據(jù)清理頁面可以對實時數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)以及機(jī)房設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行清理。 系統(tǒng)設(shè)置功能，可以進(jìn)行組織機(jī)構(gòu)設(shè)置、站點設(shè)置、CM設(shè)置、TM組設(shè)置、報警類別設(shè)置、用戶