智能蓄电池单体监测系统(上)

蓄电池在数据中心领域是一个故障高发点。鼓胀、短路、漏液,严重时导致起火,造成的损失令人触目惊心。国内外多个IDC机房均有电池起火的惨痛教训。

如何防患于未然?UPS主机或直流电源自带的电池监测系统很难完成此项重任。这些监测系统通常只能监控整组电池的电压、电流和环境温度。对于每节电池单体的温度、电压和电流以及关键的电池内阻值无法做到在线监测,所以不能做到提前预警。电池长期处于浮充状态时,测得的电池端电压是一个浮值,故障电池和正常电池的端电压没有明显区别,在电池浮充期间,只监测电池电压和电流,无法在线检测出故障电池。

　　只有在蓄电池放电时,故障电池的端电压将急剧下降。同一型号、同一批次的电池内阻值,在使用初期,参数往往相近,当电池老化或故障(断路、短路、电池端子虚接)时,其内阻值会发生显著变化。通过监测电池内阻值的相对变化,就可以实现电池故障提前预警。由此可知,在线监测单节蓄电池的内阻和温度才是重中之重。有关标准在这点上均有明确要求:GB50174《电子信息机房设计规范》要求A级机房监测每一节蓄电池的电压、阻抗和故障。美国电信联合会TIA942要求Tier4机房必须配置在线自动检测系统,监测每节电池电压、温度和内阻。

智能电池单体监测系统历经三代的发展。第一代电池单体监测系统只检测电池电压和电流,只能在电池放电情况下,通过检测电池端电压发现故障电池;第二代集中式监测系统除了具备第一代系统功能外,还可以监测电池内阻。第二代采用集中式采集结构,基本能判断单个电池故障。集中式通常采用非插拔式端子,故障发生时更换不易,接线繁琐容易出错,端子密集可能导致接线混乱和累积成高危险电压;第三代采用分散模块化结构,可以监测单节电池的电压、内阻、温度等。具备完善的告警和预告警功能。模块化简化了系统结构,使安装和维护更加方便快捷。图1为模块化电池单体系统连接示意图。

1 单体电池内阻测量方法

智能单体监测系统通常采用两种方法来检测电池内阻。

(1)直流法

如图2所示。电池向检测模块放电;测量电池放电电压稳定后的瞬间恢复电压差ΔU=U2-U1;

测量放电电流值I;

计算出电池内值Ri=ΔU/I。