近些年來(lái),隨著數(shù)據(jù)中心行業(yè)的蓬勃發(fā)展,數(shù)據(jù)中心的安全問(wèn)題也越來(lái)越受人重視,蓄電池也慢慢的成為了大家關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。解決電池使用中的問(wèn)題,需要從系統(tǒng)的角度去看它,才會(huì)對(duì)電池的使用、對(duì)供電的安全保障有更大的幫助。

　　圖1是一個(gè)機(jī)房的系統(tǒng)模型。發(fā)生停電故障時(shí),蓄電池起到應(yīng)急供電的作用。數(shù)據(jù)機(jī)房中可能90%以上的電池都很少在生命周期內(nèi)碰到一次故障停電,但是電池必須時(shí)刻處于正常狀況,否則停電時(shí)電池?zé)o法放電,后果將會(huì)非常嚴(yán)重。所以電池保持在一個(gè)健康可用的狀態(tài),才能保證數(shù)據(jù)中心的供電安全。

　　調(diào)查顯示65%的受訪者認(rèn)為UPS電池故障是導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心宕機(jī)的首要原因;2016年設(shè)備故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心宕機(jī)的原因中,UPS系統(tǒng)故障占比最大,占到了25%;而在UPS故障原因中,鉛酸蓄電池是導(dǎo)致故障主要原因,概率高達(dá)50%。

　　蓄電池的故障原因其實(shí)可以分為三種:第一是質(zhì)量問(wèn)題,比如漏液及微短路。一般來(lái)說(shuō),UPS的接地系統(tǒng)應(yīng)符合IEC60346標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于低壓接地系統(tǒng)的規(guī)定。這就意味著對(duì)于大部分UPS來(lái)說(shuō),電池組的中心線和電池架都是接地的。所以當(dāng)電池組中有電池出現(xiàn)漏液,并且漏出的電解液流到電池架時(shí),電池組間就會(huì)形成短路從而引發(fā)事故。而如果電池組中如果出現(xiàn)微短路電池,當(dāng)電池放電時(shí),微短路電池的電壓會(huì)迅速下降,從而導(dǎo)致備電時(shí)間不足。

　　第二個(gè)問(wèn)題使用維護(hù)的問(wèn)題,表1為國(guó)際電池測(cè)試維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　雖然維護(hù)規(guī)范里的項(xiàng)目不多,但是由于數(shù)據(jù)機(jī)房里的蓄電池的數(shù)量龐大,少的也有上百節(jié),多的甚至可以達(dá)到上千節(jié)。所以這些項(xiàng)目光靠人去執(zhí)行,總是不可能保證100%可靠的。另外還有電池的充電,不同的電池廠家對(duì)電池的充電電壓要求可能不盡相同,如果按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置,就會(huì)導(dǎo)致電池欠充電或者過(guò)充電,長(zhǎng)時(shí)間的欠充電和過(guò)充電都會(huì)導(dǎo)致電池壽命提前終止。

　　最后一個(gè)問(wèn)題是電池的老化問(wèn)題,表2為蓄電池的充放電原理。

　　從表2可以看出,在電池的整個(gè)生命周期都存在著副反應(yīng),這些副反應(yīng)是導(dǎo)致電池老化的根本原因。

　　綜上所述,僅依靠傳統(tǒng)的維護(hù)手段,很難保持電池的高可用性。有沒(méi)有更好的維護(hù)手段?其實(shí)電池管理系統(tǒng)(BMS)是一個(gè)很好的解決方案。但要想通過(guò)BMS提高電池的可用性,不僅要第一時(shí)間了解蓄電池的實(shí)際性能數(shù)據(jù),還要求能夠?qū)π铍姵氐倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并發(fā)出告警,指引維護(hù)人員正確的應(yīng)對(duì)處理,避免不必要的事故發(fā)生;同時(shí)能夠準(zhǔn)確的對(duì)蓄電池的健康狀況(SOH=剩余容量/額定容量)進(jìn)行評(píng)估,獲得蓄電池更換和梯次利用的有效依據(jù)。既降低使用電池的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn),又避免不必要的資源浪費(fèi)。

　　通過(guò)BMS提高電池的可用性,其關(guān)鍵在于:

　　(1)對(duì)每節(jié)蓄電池關(guān)鍵特征信息的準(zhǔn)確采集

　　①漏液情況監(jiān)測(cè):嚴(yán)密監(jiān)測(cè)電池母線與地之間的絕緣阻抗變化,對(duì)電池漏液進(jìn)行判斷,并生成告警提示用戶解決,避免火災(zāi)的發(fā)生;

　　②連接條狀態(tài)監(jiān)測(cè):嚴(yán)密監(jiān)測(cè)電池接線端子處的溫度和接觸內(nèi)阻的變化,對(duì)兩方面數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,對(duì)連接條松動(dòng)狀況進(jìn)行判斷,并生成告警提示用戶解決,預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生;

　　③微短路故障監(jiān)測(cè):嚴(yán)密監(jiān)測(cè)電池的開路電壓,判斷電池是否出現(xiàn)了微短路故障,并生成告警提示用戶解決,避免電池出現(xiàn)備電不足。

　　(2)對(duì)電池信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析與判斷

　　①SOC、SOH的精確測(cè)算:通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析和歸納,采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,從而得到更加準(zhǔn)確的SOC、SOH,有效地指導(dǎo)電池的運(yùn)維工作;

　　②電源充電管理參數(shù)自診斷:通過(guò)蓄電池組電壓和環(huán)境溫度的自診斷,分析電源的均充、浮充和溫補(bǔ)參數(shù)設(shè)置是否正確,如果錯(cuò)誤,產(chǎn)生告警提醒運(yùn)維人員;

　　③電源的容量管理:通過(guò)放電電流與設(shè)置負(fù)載電流的比較,可以判斷電源的供電容量是否正常,如果錯(cuò)誤,產(chǎn)生告警提醒運(yùn)維人員。

　　(3)直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果并提供針對(duì)性的維護(hù)動(dòng)作指引

　　①智能化充電控制:通過(guò)對(duì)電池充電的智能化控制,在滿容量情況下,能夠斷開充電回路,從而避免電池過(guò)充電,以減少電池板柵腐蝕和失水等副反應(yīng),進(jìn)一步延緩電池自身的老化,從本質(zhì)上使電池處于最優(yōu)的健康狀態(tài),使其在整個(gè)生命周期中充分發(fā)揮原有的性能,從而保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行;

　　②高溫保護(hù):在高溫情況下,系統(tǒng)能夠斷開充電回路,一方面大幅降低電池在高溫下的老化速率,提高電池耐高溫性能,另一方面防止電池出現(xiàn)熱失控;

　　③放電的無(wú)縫保障:智能化充電控制和高溫保護(hù)措施所涉及的電池回路控制,僅限于充電回路,而對(duì)于放電回路來(lái)說(shuō),則需要始終保持導(dǎo)通,從而保障電池的無(wú)縫放電,能夠以0ms的間隔切換到放電狀態(tài);

　　④智能運(yùn)維指引:電池管理系統(tǒng)擁有一個(gè)完善的專家?guī)?針對(duì)電池的每一條告警,能夠?qū)ο嚓P(guān)的參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行綜合分析,從而對(duì)故障原因進(jìn)行步判斷,并輸出能夠用于維護(hù)的指導(dǎo)和建議,使得運(yùn)維工作能夠有的放矢的進(jìn)行。這樣既能提高運(yùn)維效率,同時(shí)也降低了維護(hù)工作所需的人力物力;

　　⑤日常自動(dòng)巡檢:根據(jù)運(yùn)維管理制度和流程,可以根據(jù)用戶設(shè)置的規(guī)則,對(duì)蓄電池設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)巡檢,并生成巡檢報(bào)告,提高巡檢效率,降低人工巡檢的錯(cuò)誤率。

　　通過(guò)電池管理系統(tǒng)可以讓運(yùn)維人員了解告警發(fā)生的原因,通過(guò)專家系統(tǒng),對(duì)故障進(jìn)行分析并鐵工運(yùn)維指導(dǎo),從而讓維護(hù)變得更簡(jiǎn)單。電池管理系統(tǒng)應(yīng)該做到讓所有不懂電池的人,通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)成為電池的維護(hù)專家。

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