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。

       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行維護或更換。

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

       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。

3.1蓄電池內(nèi)阻特性

       對單體蓄電池的監(jiān)測指標主要包括電壓、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。

傳統(tǒng)的蓄電池監(jiān)測模塊僅采集單體電壓指標，無法準確反映蓄電池健康狀況。蓄電池內(nèi)阻變化規(guī)律是維護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。

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)測的標準或行業(yè)規(guī)范，IEEEStd1188-2005《站用閥控鉛酸（VRLA）蓄電池的維護、測試和更換方法》（RecommendedPracticeforMaintenance,Testing,andReplacementofValveRegulatedLead-Acid(VRLA)BatteriesforStationaryApplications）中提到，當單體蓄電池內(nèi)阻值變大至該電池基準內(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)蓄電池的基準內(nèi)阻值。系統(tǒng)將定期測量的內(nèi)阻值與基準值進行比較，根據(jù)蓄電池內(nèi)阻值變化幅度來評價蓄電池的性能。

4.1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行預警及電池均衡，符合ANSI/TIA-942標準要求。

??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

       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，維護人員據(jù)此及時作出響應，對容量下降的蓄電池進行隔離和更換，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)度樓信息機房應用效果圖

 

【參考文獻】 

【1】袁振江,周家梁,數(shù)據(jù)中心機房蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)研究.電子與通信技術(shù).2020,(7).139-140

【2】鄒育鵬.蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的實踐應用和效果【J】.通信電源技術(shù)，2019,36（12）：89-91

【3】魏治華，奚少華，許飛.UPS蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)原理及應用

【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2022.5版

 

作者簡介：趙娜，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司