數據中心基礎設施的運行必須具備高可靠性。互聯網服務器群和通信交換中心為了保證近乎100%的“無故障運行時間”或系統可用性,大多都依賴一種非常成熟的設備——鉛酸蓄電池,而數據存儲中心設備采用的大多是高新技術。通常,這些關鍵節點和許多其他重要部門均配備后備電源,后備電源的轉換設備是逆變器,逆變器對閥控鉛酸(VRLA)蓄電池或性能類似的密封式膠體電池組裝的電池組提供電源轉換。

1 蓄電池參數的監測

這項傳統技術之所以被廣泛應用有很多因素,尤其是鉛酸蓄電池經濟實惠,并具備杰出的可靠性,不過雖然杰出卻并不完美。VRLA蓄電池使用壽命有限(設計壽命一般為12年),通常關鍵負載使用VRLA蓄電池作為備用電源,并定期更換,但電池故障時有發生。在一個典型的備用電源系統中,電池組始終保持完全充滿電的狀態以防市電失效,而充滿電狀態則通過連續的小電流浮充電維持。如果浮充電流低于某設定限值,則電池內部電解產生的氣體就會再化合。在這種情況下,浮充電壓即使略高于單個電池標準值2.27V,也有可能損壞電池。少量過電壓就會導致電解液析出更多氣體,這些未被處理的氣體會通過安全閥溢出。如果蓄電池溫度過高,即使充電電壓適當,也會導致電解液損耗。

蓄電池其他失效模式包括早期硫酸化、極柱和板柵連接不良、極板和板柵連接不良、電解液層化及板柵加速腐蝕。另外,還有一種雖然發生機率較小卻是災難性的失效模式——熱失控,這是VRLA蓄電池和膠體蓄電池所特有的一種失效模式,會引起爆炸起火。防范熱失控的唯一方法是對電池內部溫度進行監測。

監測電池電壓對檢測鉛酸電池容量下降所起的作用非常有限,這一點已經得到業內人士公認。當電池性能正在下降時,通常呈現的是標稱電壓,直到釋放大電流時方能顯現出來,而這時其容量已經嚴重降低,端電壓過早跌落。通過測量電解液比重來確定電池狀態,這種方法對密封VRLA蓄電池或膠體電池并不適用;常規情況,檢驗電池容量采用的唯一辦法是將整個電池組放電至受控狀態以下,不過這種方法需要將電池停止使用。此外,深度放電還會降低鉛酸電池的壽命;在定期對其備用電池進行放電測試及其市電可靠性較高的系統中,大多采用這種測試方案確定電池使用壽命。

可以進行連續監測的非介入式電子法可檢測單個電池的臨近失效狀態,這種方法既能節約成本,又能維持整個系統的可用性。此類系統的前身通常測量單體電池或電池電壓、充/放電流和周圍溫度。一些系統試圖測量或推測電池內阻,其成效各有不同。

LEM公司的Sentinel系統是基于依賴簡單的基本參數模擬測量進行轉變的領先產品,現在已經發展到第3代即Sentinel III。它在單片定制設計的SoC(系統芯片)集成電路上整合了模擬和數字技術。該裝置配置在一個測量端電壓、電池內部溫度以及內部阻抗的模塊內,對于可以提供精確測量結果而成本又能承受的系統而言,它是設計的一個關鍵要素。

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