王璐月
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘 要:蓄電池是數(shù)據(jù)中心機房設(shè)備在斷電情況下正常工作的重要保障裝備。確保蓄電池在緊急情況下的正常工作是數(shù)據(jù)中心運維管理的重要工作之一。本文研究采用蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)7×24小時實時在線監(jiān)測,并根據(jù)蓄電池內(nèi)阻變化趨勢對蓄電池性能進(jìn)行評價,對出現(xiàn)隱患的蓄電池進(jìn)行預(yù)防性維修或更換,從而保障數(shù)據(jù)中心機房設(shè)備安全運行。
關(guān)鍵詞:蓄電池電壓;蓄電池溫度;蓄電池內(nèi)阻;直流放電法;交流注入法
1引言
數(shù)據(jù)中心是用于集中存放服務(wù)器、磁盤陣列、交換機、防火墻等設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施。在5G及移動互聯(lián)網(wǎng)時代,伴隨著“新基建"的浪潮以及信息化和智能化技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模越來越大,數(shù)量也越來越多。蓄電池作為保障機房設(shè)備可靠運行的裝備,其重要性和安全性也越來越受到人們的關(guān)注。
數(shù)據(jù)中心蓄電池一般串聯(lián)為蓄電池組使用,同一組蓄電池在正常使用一段時間后,單體電池之間的電壓差異會逐漸變大,蓄電池組的電壓一致性會逐漸變差,如果不采取有效措施,這種差異會越來越大,導(dǎo)致整組蓄電池容量降低甚至報廢。
此外,蓄電池還存在自放電現(xiàn)象,同一組蓄電池各個單體電池之間的自放電電流值大小不等,由此也會導(dǎo)致個別單體蓄電池發(fā)生過充電或者過放電的現(xiàn)象,從而影響整組蓄電池的健康度。
本文所研究的數(shù)據(jù)中心機房蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)利用單體蓄電池監(jiān)測模塊、蓄電池組總電壓監(jiān)測模塊和直流電流監(jiān)測模塊,可以實時采集各單體電池的電壓、溫度和內(nèi)阻,以及蓄電池組的電壓和充放電電流,并通過以上數(shù)據(jù)分析各單體電池和電池組的健康狀況,對出現(xiàn)放電時間異常的電池及時進(jìn)行維護(hù)或更換。
2系統(tǒng)設(shè)計
2.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
數(shù)據(jù)中心蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測中心設(shè)備和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備組成。系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)圖
監(jiān)測中心設(shè)備主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器、交換機和網(wǎng)管終端組成,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)所有被監(jiān)測蓄電池實時數(shù)據(jù)的接收、處理、存儲和展示,并提供重要參數(shù)及告警的統(tǒng)計分析功能、用戶管理功能、日志管理功能和安全管理功能等。
現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備主要由單體蓄電池監(jiān)測模塊、蓄電池組總電壓監(jiān)測模塊、電流變送器和數(shù)據(jù)處理單元組成。
2.2系統(tǒng)安全設(shè)計
蓄電池組總電壓監(jiān)測模塊采用隔離設(shè)計,從而保證進(jìn)入數(shù)據(jù)采集處理單元的信號均為弱電安全電壓,保證數(shù)據(jù)中心機房蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)的安全性和可靠性。單體蓄電池監(jiān)測模塊與采集處理單元之間采用一級電氣隔離電路設(shè)計,高耐壓2500Vac。采集處理單元與供電電源之間采用一級電氣隔離電路設(shè)計,高耐壓2500Vac。采集處理單元與上位機監(jiān)測中心之間采用一級電氣隔離電路,高耐壓1000Vdc。
單體蓄電池監(jiān)測模塊電源輸入端采用自恢復(fù)電子保險,防止個別監(jiān)測模塊發(fā)生故障影響其它模塊的正常工作。
3蓄電池內(nèi)阻監(jiān)測
3.1蓄電池內(nèi)阻特性
對單體蓄電池的監(jiān)測指標(biāo)主要包括電壓、溫度和內(nèi)阻。蓄電池容量降低后,其單體電壓值并無明顯變化,而單體內(nèi)阻值會明顯升高,因此內(nèi)阻是反映蓄電池容量變化及蓄電池健康度的重要指標(biāo)。
傳統(tǒng)的蓄電池監(jiān)測模塊僅采集單體電壓指標(biāo),無法準(zhǔn)確反映蓄電池健康狀況。蓄電池內(nèi)阻變化規(guī)律是維護(hù)單位更換蓄電池的主要依據(jù),因此有必要對蓄電池內(nèi)阻進(jìn)行監(jiān)測。
3.2蓄電池內(nèi)阻測量原理
蓄電池內(nèi)阻的測量方法較多,相互之間的差異也比較大,一般常用的測量技術(shù)為交流注入法和直流放電法兩種。交流注入法測量時會在蓄電池正負(fù)極之間施加一個高頻交流信號,并測量由該高頻交流信號所帶來的蓄電池正負(fù)極之間的電壓變化,根據(jù)歐姆定律可以計算出蓄電池的內(nèi)阻值。采用交流注入法測量蓄電池內(nèi)阻存在易受UPS充電器紋波電流和其它工頻噪聲源干擾的問題,有些設(shè)備無法在線對蓄電池進(jìn)行測試。
直流放電法測量內(nèi)阻的原理是對蓄電池進(jìn)行瞬間放電并測量蓄電池正負(fù)極之間的電壓變化值。當(dāng)斷開和接通負(fù)載設(shè)備時,依據(jù)瞬時的壓升和壓降,根據(jù)歐姆定律計算出蓄電池等效內(nèi)阻。早期受A/D采樣芯片精度的限制,內(nèi)阻測量時瞬時放電的電流一般要達(dá)到30安培以上,對蓄電池性能有一定損害,同時也存在一定的安全隱患。隨著A/D采集芯片及抗干擾技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)在可以準(zhǔn)確地測量出電池上小至0.5mV的電壓變化,與之前的技術(shù)相比,電壓分辨率提高了80%以上,在同等內(nèi)阻測量精度下,內(nèi)阻放電電流可以減小80%,所以采用小電流測內(nèi)阻時電流一般可設(shè)定在5A左右。
3.3蓄電池性能評價
不同于普通電阻,蓄電池的內(nèi)阻包括金屬部分和化學(xué)部分,受到制造工藝和材料差異的影響,即使采用相同的測量儀表,同一批次的每節(jié)蓄電池之間內(nèi)阻值也存在差異,有時這種差異會達(dá)到50%以上。采用交流法監(jiān)測內(nèi)阻時,由于電池內(nèi)部電容的旁路作用,交流法測量出的內(nèi)阻會比直流法小,不同交流法或直流法測出的內(nèi)阻值之間也存在差別,但同一節(jié)蓄電池內(nèi)阻的變化規(guī)律一致。因此,僅通過蓄電池內(nèi)阻絕對值來判斷蓄電池性能并不可行。
目前國內(nèi)尚無針對蓄電池在線監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)規(guī)范,IEEEStd1188-2005《站用閥控鉛酸(VRLA)蓄電池的維護(hù)、測試和更換方法》(RecommendedPracticeforMaintenance,Testing,andReplacementofValveRegulatedLead-Acid(VRLA)BatteriesforStationaryApplications)中提到,當(dāng)單體蓄電池內(nèi)阻值變大至該電池基準(zhǔn)內(nèi)阻值的1.3至1.5倍時,其容量將降低至額定值的80%,即使電池仍具有滿足直流系統(tǒng)負(fù)載的電流能力,其性能退化速度也在加劇,建議更換蓄電池。
綜上,本文所研究的數(shù)據(jù)中心機房蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)在蓄電池投運初期記錄初始內(nèi)阻值,并作為該節(jié)蓄電池的基準(zhǔn)內(nèi)阻值。系統(tǒng)將定期測量的內(nèi)阻值與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較,根據(jù)蓄電池內(nèi)阻值變化幅度來評價蓄電池的性能。
4安科瑞蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)介紹設(shè)備選型
4.1概述
安科瑞公司ABAT系列鉛酸蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)是在線電池監(jiān)測產(chǎn)品,可以提前對失效的鉛酸蓄電池進(jìn)行預(yù)警及電池均衡,符合ANSI/TIA-942標(biāo)準(zhǔn)要求。
??該系統(tǒng)具有監(jiān)測電池的電壓、內(nèi)阻與內(nèi)部溫度功能,安裝、維護(hù)與接入非常方便。系統(tǒng)主要由ABAT-S模塊、ABAT-C模塊及ABAT-M采集器組成,可通過采集器查詢告警與實時數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)等,可選配監(jiān)測平臺實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化集中管理。
4.2系統(tǒng)組網(wǎng)
4.3軟件介紹
5總結(jié)
本文所設(shè)計的數(shù)據(jù)中心機房蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)已在國鐵集團(tuán)多個調(diào)度樓信息機房及全國大量高鐵站信息主機房投入使用,系統(tǒng)實現(xiàn)了對機房蓄電池組的實時監(jiān)測,當(dāng)蓄電池內(nèi)阻變大并超出安全范圍時,系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提示,維護(hù)人員據(jù)此及時作出響應(yīng),對容量下降的蓄電池進(jìn)行隔離和更換,保證蓄電池組工作在良好狀態(tài),避免停電后造成后備電源系統(tǒng)癱瘓,從而提高數(shù)據(jù)中心機房的安全性和可靠性。
圖2烏魯木齊鐵路局調(diào)度樓信息機房應(yīng)用效果圖
更新時間：2024-02-21 
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