數據中心是用于集中存放服務器、磁盤陣列、交換機、防火墻等設備的基礎設施。在5G及移動互聯網時代，伴隨著“新基建"的浪潮以及信息化和智能化技術的高速發展，數據中心建設規模越來越大，數量也越來越多。蓄電池作為保障機房設備可靠運行的裝備，其重要性和安全性也越來越受到人們的關注。

       本文所研究的數據中心機房蓄電池在線監測系統利用單體蓄電池監測模塊、蓄電池組總電壓監測模塊和直流電流監測模塊，可以實時采集各單體電池的電壓、溫度和內阻，以及蓄電池組的電壓和充放電電流，并通過以上數據分析各單體電池和電池組的健康狀況，對出現放電時間異常的電池及時進行維護或更換。

2.1系統架構設計

       數據中心蓄電池在線監測系統由監測中心設備和現場監測設備組成。系統組網結構如圖1所示。

圖1蓄電池監測系統組網圖

       現場監測設備主要由單體蓄電池監測模塊、蓄電池組總電壓監測模塊、電流變送器和數據處理單元組成。

2.2系統安全設計

       蓄電池組總電壓監測模塊采用隔離設計，從而保證進入數據采集處理單元的信號均為弱電安全電壓，保證數據中心機房蓄電池監測系統的安全性和可靠性。單體蓄電池監測模塊與采集處理單元之間采用一級電氣隔離電路設計，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計，高耐壓2500Vac。采集處理單元與上位機監測中心之間采用一級電氣隔離電路，高耐壓1000Vdc。

       單體蓄電池監測模塊電源輸入端采用自恢復電子保險，防止個別監測模塊發生故障影響其它模塊的正常工作。

3.1蓄電池內阻特性

       對單體蓄電池的監測指標主要包括電壓、溫度和內阻。蓄電池容量降低后，其單體電壓值并無明顯變化，而單體內阻值會明顯升高，因此內阻是反映蓄電池容量變化及蓄電池健康度的重要指標。

傳統的蓄電池監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。蓄電池內阻變化規律是維護單位更換蓄電池的主要依據，因此有必要對蓄電池內阻進行監測。

3.2蓄電池內阻測量原理

       蓄電池內阻的測量方法較多，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，同一批次的每節蓄電池之間內阻值也存在差異，有時這種差異會達到50%以上。采用交流法監測內阻時，由于電池內部電容的旁路作用，交流法測量出的內阻會比直流法小，不同交流法或直流法測出的內阻值之間也存在差別，但同一節蓄電池內阻的變化規律一致。因此，僅通過蓄電池內阻絕對值來判斷蓄電池性能并不可行。

       目前國內尚無針對蓄電池在線監測的標準或行業規范，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，當單體蓄電池內阻值變大至該電池基準內阻值的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，本文所研究的數據中心機房蓄電池在線監測系統在蓄電池投運初期記錄初始內阻值，并作為該節蓄電池的基準內阻值。系統將定期測量的內阻值與基準值進行比較，根據蓄電池內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測系統是在線電池監測產品，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。

??該系統具有監測電池的電壓、內阻與內部溫度功能，安裝、維護與接入非常方便。系統主要由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據、設置參數等，可選配監測平臺實現網絡化集中管理。

4.2系統組網

4.3軟件介紹

       本文所設計的數據中心機房蓄電池在線監測系統已在國鐵集團多個調度樓信息機房及全國大量高鐵站信息主機房投入使用，系統實現了對機房蓄電池組的實時監測，當蓄電池內阻變大并超出安全范圍時，系統會自動發出報警提示，維護人員據此及時作出響應，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，避免停電后造成后備電源系統癱瘓，從而提高數據中心機房的安全性和可靠性。

圖2烏魯木齊鐵路局調度樓信息機房應用效果圖

 

【參考文獻】 

【1】袁振江,周家梁,數據中心機房蓄電池在線監測系統研究.電子與通信技術.2020,(7).139-140

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

【3】魏治華，奚少華，許飛.UPS蓄電池監測系統原理及應用

【4】安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版

 

作者簡介：趙娜，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司