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機房蓄電池使用安全實踐
近些年來,隨著數據中心行業的蓬勃發展,數據中心的安全問題也越來越受人重視,蓄電池也慢慢的成為了大家關注的一個焦點。解決電池使用中的問題,需要從系統的角度去看它,才會對電池的使用、對供電的安全保障有更大的幫助。
圖1是一個機房的系統模型。發生停電故障時,蓄電池起到應急供電的作用。數據機房中可能90%以上的電池都很少在生命周期內碰到一次故障停電,但是電池必須時刻處于正常狀況,否則停電時電池無法放電,后果將會非常嚴重。所以電池保持在一個健康可用的狀態,才能保證數據中心的供電安全。
調查顯示65%的受訪者認為UPS電池故障是導致數據中心宕機的首要原因;2016年設備故障導致數據中心宕機的原因中,UPS系統故障占比大,占到了25%;而在UPS故障原因中,鉛酸蓄電池是導致故障主要原因,概率高達50%。
蓄電池的故障原因其實可以分為三種:是質量問題,比如漏液及微短路。一般來說,UPS的接地系統應符合IEC60346標準關于低壓接地系統的規定。這就意味著對于大部分UPS來說,電池組的中心線和電池架都是接地的。所以當電池組中有電池出現漏液,并且漏出的電解液流到電池架時,電池組間就會形成短路從而引發事故。而如果電池組中如果出現微短路電池,當電池放電時,微短路電池的電壓會迅速下降,從而導致備電時間不足。
第二個問題使用維護的問題,表1為電池測試維護標準。
雖然維護規范里的項目不多,但是由于數據機房里的蓄電池的數量龐大,少的也有上百節,多的甚至可以達到上千節。所以這些項目光靠人去執行,總是不可能保證100%可靠的。另外還有電池的充電,不同的電池廠家對電池的充電電壓要求可能不盡相同,如果按照統一的標準進行設置,就會導致電池欠充電或者過充電,長時間的欠充電和過充電都會導致電池壽命提前終止。
后一個問題是電池的老化問題,表2為蓄電池的充放電原理。
從表2可以看出,在電池的整個生命周期都存在著副反應,這些副反應是導致電池老化的根本原因。
綜上所述,僅依靠傳統的維護手段,很難保持電池的高可用性。有沒有更好的維護手段?其實電池管理系統(BMS)是一個很好的解決方案。但要想通過BMS提高電池的可用性,不僅要時間了解蓄電池的實際性能數據,還要求能夠對蓄電池的運行狀態進行實時監控,及時發現故障隱患并發出告警,指引維護人員正確的應對處理,避免不必要的事故發生;同時能夠準確的對蓄電池的健康狀況(SOH=剩余容量/額定容量)進行評估,獲得蓄電池更換和梯次利用的有效依據。既降低使用電池的系統風險,又避免不必要的資源浪費。
通過BMS提高電池的可用性,其關鍵在于:
(1)對每節蓄電池關鍵特征信息的準確采集
①漏液情況監測:嚴密監測電池母線與地之間的絕緣阻抗變化,對電池漏液進行判斷,并生成告警提示用戶解決,避免火災的發生;
②連接條狀態監測:嚴密監測電池接線端子處的溫度和接觸內阻的變化,對兩方面數據進行綜合分析,對連接條松動狀況進行判斷,并生成告警提示用戶解決,預防火災的發生;
③微短路故障監測:嚴密監測電池的開路電壓,判斷電池是否出現了微短路故障,并生成告警提示用戶解決,避免電池出現備電不足。
(2)對電池信息數據的準確分析與判斷
①SOC、SOH的測算:通過對采集數據的分析和歸納,采用了神經網絡算法,從而得到更加準確的SOC、SOH,有效地指導電池的運維工作;
②電源充電管理參數自診斷:通過蓄電池組電壓和環境溫度的自診斷,分析電源的均充、浮充和溫補參數設置是否正確,如果錯誤,產生告警提醒運維人員;
③電源的容量管理:通過放電電流與設置負載電流的比較,可以判斷電源的供電容量是否正常,如果錯誤,產生告警提醒運維人員。
(3)直觀呈現數據結果并提供針對性的維護動作指引
①智能化充電控制:通過對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,從而避免電池過充電,以減少電池板柵腐蝕和失水等副反應,進一步延緩電池自身的老化,從本質上使電池處于蕞優的健康狀態,使其在整個生命周期中充分發揮原有的性能,從而保證系統的安全運行;
②高溫保護:在高溫情況下,系統能夠斷開充電回路,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熱失控;
③放電的無縫保障:智能化充電控制和高溫保護措施所涉及的電池回路控制,于充電回路,而對于放電回路來說,則需要始終保持導通,從而保障電池的無縫放電,能夠以0ms的間隔切換到放電狀態;
④智能運維指引:電池管理系統擁有一個完善的專家庫,針對電池的每一條告警,能夠對相關的參數和狀態進行綜合分析,從而對故障原因進行步判斷,并輸出能夠用于維護的指導和建議,使得運維工作能夠有的放矢的進行。這樣既能提高運維效率,同時也降低了維護工作所需的人力物力;
⑤日常自動巡檢:根據運維管理制度和流程,可以根據用戶設置的規則,對蓄電池設備進行自動巡檢,并生成巡檢報告,提高巡檢效率,降低人工巡檢的錯誤率。
通過電池管理系統可以讓運維人員了解告警發生的原因,通過專家系統,對故障進行分析并鐵工運維指導,從而讓維護變得更簡單。電池管理系統應該做到讓所有不懂電池的人,通過系統平臺成為電池的維護專家。