1 铅酸蓄电池介绍
阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Battery(简称VRLA电池),其基本特点是使用期间不用加酸加水维护,电池为密封结构,不会漏酸,也不会排酸雾,电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀),阀的作用是当电池内部气体量过一定值(通常用气压值表示),即当电池内部气压升高到一定值时,排气阀会自动打开,排出
气体,然后自动关阀,防止空气进入电池内部。铅酸电池诞生于20世纪70年代,到1975年时,在一些发达*已经形成了相当的生产规模,很快就形成了产业化并大量投放市场。因为其具有成本低,浮充性能好,免维护,易于回收等多种优点,而倍受用户欢迎。
2 UPS蓄电池的安全隐患
UPS如今应用行业和场景越来越复杂多样,实际应用场景没有一个统一的管理标准,大部分维护人员也没有形成科学的维护理念或者具备有效地维护设施和手段。致使常常UPS安装完后,蓄电池组就长期处于无人值守的状况,以致于这类UPS的蓄电池组都可能存在很大的安全隐患。在UPS的应用场景中,数据中心(中心机房)往往配备大量的蓄电池组,本文以这类UPS应用的典型代表为例,列举三点蓄电池组可能存在的安全隐患。
(1)导致网络中断事故
数据中心的供电保障系统是保证网络设备供电不中断的核心系统,后备蓄电池组是网络的应急供电能源之所在。蓄电池组能够在市电停电或交流侧发生电气短路中断时,通过逆变给后端设备提供足够的后备电能,以便数据的保存和通信的延展,不会直接导致通信网络的供电中断。在UPS系统中,只要逆变器及后续电路正常工作,就可以给后端负载供电。在设计之初，UPS的后备时间就在机房建设考虑中。然而，若蓄电池组不良，极有可能在后备供电过程中发生机器宕机，造成负载设备掉电，导致网络中断故障，造成通讯故障，带来直接巨大的经济损失。据不*统计，金融行业的数据中心每宕机1min，即可能造成约150万美元的损失。
2)短路危害大
一般情况下,发现电气短路起火时,首先要切断电源。对于交流电源而言,由于电能自上而下地来源于市电电网或柴油发电机组,当发生电气短路故障时,会有一级保护器件产生动作,及时切断短路的电气电路。而当蓄电池组位于电源供电系统的末端,电能是自下而上提供的,只要越过了蓄电池组的保护断路器,则不会再有其它的保护。发生短路故障时,往往无法有效地切断短路的电气电路。加上直流电流不像交流正弦波,它没有过零点时的瞬间电动势为零的过程,一旦发生电气短路不能快速切除电弧,极易造成故障的蔓延,对负载和机房的其他设备,甚至值守人员带来危害。
(3)引发机房火灾
蓄电池充电过程中会有氢气的产生,氢气是易燃易爆的甲类物质,当室内氢气浓度达到爆炸极限(4%～75%)时,一遇火源就会发生气爆。另外电池因为材质、安装工艺、热失控等多种原因,发生蓄电池组电气短路后,若不能及时发现和切断回路,则必然引起火灾。蓄电池组的电量越足,危害性也越大,且火灾中会产生大量烟,迅速蔓延整个机房,即使机房配有单独的电池室,但因通道连通的关系,机房也有可能迅速被烟覆盖。造成更大的人员财产损失。
3 电池监控系统的必要性
铅酸电池的使用寿命号称有5～8年,不过在实际应用过程中,往往3～5年就面临需要更换的境地,尽管电池寿命的减短跟实际使用的很多因素有关,但在铅酸电池技术未有重大突破的前,电池寿命的延长主要还是依靠电池的日常维护和保养,而UPS的蓄电池普遍缺乏正确的日常维护和科学的运维管理。部分客户通常是等到事故发生的时候,才知道电池出现故障了,不仅没法保证充足的后备时间,可能造成负载掉电。而且电池故障的解决方法只能通过换电池来处理。这不经济也不环保,无疑会降低数据中心的MTBF。而且近还发生了几起机房电池火灾爆炸事故,譬如:北邮网络机房起火事故,导致了北京地区多所高校网络中断。所以,导入一款能够实现实时监控,均衡充电,提前报警的电池监控设备,从而达到延长蓄电池的使用寿命,提高UPS蓄电池的安全可靠性是目前困扰客户亟待解决的问题。
(1)在线监测
电池状态有几个参数可以作为重要参考。以便我们对蓄电池好坏有一个比较准确的判断。所以智能监控仪采集的数据,其主要内容一般都要包含电压、内阻、温度。
①电池电压的监测及硬件思路
电压是蓄电池当前状态的直接的表征,也是容易检测到能反馈电池当前状态的参数,而且电池过充或者过放都会造成电池永9性损坏。确保充电电压在一个合理范围内,能延长蓄电池的使用寿命。为监测单个电池电压,电压的采样模块可采用分压电路+电压跟随器+A/D采样模块的硬件思路来实现(见图2)。
