周博龙
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
1引言
1、数据中心是用于集中寄存服务器、磁盘阵列、交换机、防火墙等设备的根本设施。在5G及移动互联网时代，陪伴着“新基建”的浪潮以及信息化和智能化技术的高速发展，数据中心扶植范围越来越大，数量也越来越多。蓄电池作为保障机房设备可靠运行的装备，其重要性和平安性也越来越受到人们的关注。
数据中心蓄电池一般串联为蓄电池组使用，同一组蓄电池在正常使用一段时间后，单体电池之间的电压差别会逐渐变大，蓄电池组的电压一致性会逐渐变差，假如不采纳有效办法，这种差别会越来越大，致使整组蓄电池容量下降甚至报废。
2、此外，蓄电池还存在自放电现象，同一组蓄电池各个单体电池之间的自放电电流值巨细不等，由此也会致使个体单体蓄电池发生过充电或者过放电的现象，从而影响整组蓄电池的健康度。
本文所研究的数据中心机房蓄电池在线监测系统操纵单体蓄电池监测模块、蓄电池组总电压监测模块和直流电流监测模块，可以实时收集各单体电池的电压、温度和内阻，以及蓄电池组的电压和充放电电流，并通过以上数据分析各单体电池和电池组的健康状况，对出现放电时间异常的电池及时进行维护或更换。
2系统设计
2.1系统架构设计
数据中心蓄电池在线监测系统由监测中心设备和现场监测设备组成。系统组网结构如图1所示。
图1蓄电池监测系统组网图
监测中心设备主要由数据库服务器、应用服务器、Web服务器、交换机和网管终端组成，实现对数据中心机房内所有被监测蓄电池实时数据的接收、处置、存储和展示，并提供重要参数及告警的统计分析功能、用户治理功能、日志治理功能和平安治理功能等。
现场监测设备主要由单体蓄电池监测模块、蓄电池组总电压监测模块、电流变送器和数据处置单元组成。
2.2系统平安设计
蓄电池组总电压监测模块采用隔离设计，从而保证进入数据收集处置单元的信号均为弱电平安电压，保证数据中心机房蓄电池监测系统的平安性和可靠性。单体蓄电池监测模块与收集处置单元之间采用一级电气隔离电路设计，高耐压2500Vac。收集处置单元与供电电源之间采用一级电气隔离电路设计，高耐压2500Vac。收集处置单元与上位机监测中心之间采用一级电气隔离电路，高耐压1000Vdc。
单体蓄电池监测模块电源输入端采用自恢复电子保险，避免个体监测模块发生故障影响其它模块的正常工作。
3蓄电池内阻监测
3.1蓄电池内阻特性
对单体蓄电池的监测指标主要包括电压、温度和内阻。蓄电池容量下降后，其单体电压值并无明显变化，而单体内阻值会明显升高，因此内阻是反应蓄电池容量变化及蓄电池健康度的重要指标。
传统的蓄电池监测模块仅收集单体电压指标，无法正确反应蓄电池健康状况。蓄电池内阻变化纪律是维护单元更换蓄电池的主要依据，因此有需要对蓄电池内阻进行监测。
3.2蓄电池内阻丈量原理
蓄电池内阻的丈量方式较多，相互之间的差别也比力大，一般常用的丈量技术为交换注入法和直放逐电法两种。交换注入法丈量时会在蓄电池正负极之间施加一个高频交换信号，并丈量由该高频交换信号所带来的蓄电池正负极之间的电压变化，按照欧姆定律可以计较出蓄电池的内阻值。采用交换注入法丈量蓄电池内阻存在易受UPS充电器纹波电流和其它工频噪声源干扰的问题，有些设备无法在线对蓄电池进行测试。
直放逐电法丈量内阻的原理是对蓄电池进行瞬间放电并丈量蓄电池正负极之间的电压变化值。当断开和接通负载设备时，依据瞬时的压升和压降，按照欧姆定律计较出蓄电池等效内阻。早期受A/D采样芯片精度的限制，内阻丈量时瞬时放电的电流一般要到达30安培以上，对蓄电池性能有一定损害，同时也存在一定的平安隐患。随着A/D收集芯片及抗干扰技术的不竭发展，现在可以正确地丈量出电池上小至0.5mV的电压变化，与之前的技术相比，电压分辨率进步了80%以上，在同等内阻丈量精度下，内阻放电电流可以减小80%，所以采用小电流测内阻时电流一般可设定在5A左右。
3.3蓄电池性能评价
分歧于普通电阻,蓄电池的内阻包括金属部分和化学部分，受到制造工艺和材料差别的影响，即使采用相同的丈量仪表，同一批次的每节蓄电池之间内阻值也存在差别，有时这种差别会到达50%以上。采用交换法监测内阻时，由于电池内部电容的旁路作用，交换法丈量出的内阻会比直流法小，分歧交换法或直流法测出的内阻值之间也存在不同，但同一节蓄电池内阻的变化纪律一致。因此，仅通过蓄电池内阻绝对值来判定蓄电池性能并不成行。
今朝国内尚无针对蓄电池在线监测的标准或行业规范，IEEEStd1188-2005《站用阀控铅酸（VRLA）蓄电池的维护、测试和更换方式》（RecommendedPracticeforMaintenance,Testing,andReplacementofValveRegulatedLead-Acid(VRLA)BatteriesforStationaryApplications）中提到，当单体蓄电池内阻值变大至该电池基准内阻值的1.3至1.5倍时，其容量将下降至额定值的80%，即使电池仍具有满足直流系统负载的电流能力，其性能退化速度也在加重，建议更换蓄电池。
综上，本文所研究的数据中心机房蓄电池在线监测系统在蓄电池投运早期记录初始内阻值，并作为该节蓄电池的基准内阻值。系统将定期丈量的内阻值与基准值进行比力，按照蓄电池内阻值变化幅度来评价蓄电池的性能。
4安科瑞蓄电池监测系统先容设备选型
4.1概述
安科瑞公司ABAT系列铅酸蓄电池在线监测系统是在线电池监测产物，可以提前对失效的铅酸蓄电池进行预警及电池平衡，合适ANSI/TIA-942标准要求。
该系统具有监测电池的电压、内阻与内部温度功能，安装、维护与接入很是方便。系统主要由ABAT-S模块、ABAT-C模块及ABAT-M收集器组成，可通过收集器查询告警与实时数据、设置参数等，可选配监测平台实现网络化集中治理。
4.2系统组网
4.3软件先容
5总结
本文所设计的数据中心机房蓄电池在线监测系统已在国铁团体多个调剂楼信息机房及全国大量高铁站信息主机房投入使用，系统实现了对机房蓄电池组的实时监测，当蓄电池内阻变大并超越平安范围时，系统会自动发出报警提示，维护职员据此及时作出响应，对容量下降的蓄电池进行隔离和更换，保证蓄电池组工作在杰出状态，避免停电后造成后备电源系统瘫痪，从而进步数据中心机房的平安性和可靠性。
图2乌鲁木齐铁路局调剂楼信息机房应用效果图
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