在数据中心中,阀控式密封铅酸蓄电池组作为备用电源在系统中的作用非常重要。铅酸蓄电池工作状态的稳定与否、性能好坏都与UPS系统的输出稳定性和可靠性息息相关。蓄电池组容量监测研究的意义在于提高UPS的利用率,实时在线监控蓄电池组的健康状态,提供高效率的电池管理,提高后备电源系统的稳定性和可靠性,同时可保障铅酸蓄电池的使用寿命、避免安全隐患及经济损失,减少人工成本。

定期对阀控式密封铅酸蓄电池(以下简称蓄电池)组进行容量测试,有利于掌握蓄电池组的工况,避免故障隐患的长期存在,保证供电系统运行中的可靠性。

根据联通动力维护规程,蓄电池组使用三年必须进行容量试验,使用六年后每年进行一次容量试验,准确地监测电池组的容量,确保在市电和电源设备出现故障时,蓄电池组能够保障通信设备续航的时间。

1 蓄电池组的容量测试方法

蓄电池组容量的测量,视情况不同可用下列三种方法进行测量。

(1)离线式测量法

在采用离线式测量法进行蓄电池的容量试验时,应按下述步骤进行:

①将充满电后的蓄电池组脱离供电系统静置1～24h,在环境温度为25±5℃的条件下开始放电;

②放电开始前应测量蓄电池的端电压,放电期间应测记蓄电池的放电电流、时间及环境温度,放电电流波动不得超过规定值的1%;

③放电期间应测量蓄电池的端电压及室温,测量时间间隔为:10h率放电30min、3h率放电20min、1h率放电5min。在放电末期要随时测量,以便准确地确定达到放电终止电压的时间;

④放电电流乘以放电时间即为蓄电池组的容量。蓄电池按10h率放电时,如果温度不是25℃时,则应将实际测量的容量按下式换算成25℃时的容量Ce:

(1)式中,t——放电时的环境温度(℃);

K——温度系数;

10h率放电时,K=0.006/℃

3h率放电时,K=0.008/℃

1h率放电时,K=0.01/℃

Cr——试验温度下的电池容量。

⑤放电结束后,要对蓄电池组充电,充入电量应是放出电量的1.2倍。

电池组离线放电原理图如图1所示。

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利用离线式测量方法进行电池组容量试验时,应注意以下几个问题:

①电池组离线式容量试验,测试数据准确,电池组实际容量计算方便,便于了解电池组实际容量。但当该供电系统只剩下一组电池后备,系统备用电池供电时间明显缩短,且不清楚在线电池组是否存在质量问题;尤其使用六年以上的电池组,一旦市电中断,该电池组对通信设备放电保障风险系数增大。所以用此种方法对电池组进行容量试验时,要求柴油发电机组必须处于最佳工况状态,以确保发电机组、开关电源等设备正常运行;

②放电结束后的电池组充满电后再并入供电系统,此时与在线电池组间存在电压差,若操作不当将引起开关电源对并入的电池组进行大电流充放电,产生火花,易发生安全事故。为了解决打火花问题,必须调整开关电源输出电压,然后与充满电的电池组电压相等后进行并联浮充;

③利用离线式测量方法时,放电方式操作难度偏大,既要脱离电池组的正极电源线,又要脱离电池组的负极保险,尤其是脱离电池组负极保险时,需要特别小心并做好绝缘处理。操作不当引起负极短路,将造成系统供电中断和人身安全事故的发生。同时放电电池组通过假负载以热量形式消耗,浪费电能,增大了机房空调的制冷时间,影响机房设备运行环境,需要维护人员时刻守护,以免假负载高温引发通信供电设备故障;

④关电源直流输出电压为46.4V,使电池组直接对实际负荷进行放电至开关电源直流输出电压保护设置值。由于电池组放电电流大,应按电源维护规程考虑48V供电范围40～57V的最低供电低压门限,电池组至设备供电回路全程压降3.2V及电池单体放电最低1.8V的要求考虑。为了保证供电系统安全,所以带实际负载的放电电流和放电时间掌控较困难,对电池组容量评估不够准确,对电池性能测试存在不确定因素,尤其对使用3年以上电池组性能检测难以达到试验的预期效果。

(2)在线式测量法

在利用在线式测量法进行蓄电池组容量试验时,应按如下步骤进行:

①在供电系统中,关掉整流器或降低整流器输出电压后,由蓄电池组放电供给通信设备,在蓄电池组放电中找出蓄电池组中电压最低、容量最差的一只电池来作为容量试验的对象;

②恢复整流器至正常工作状态,对蓄电池组进行充电,等蓄电池组充满电后稳定1h以上;

③对①中放电时找出最差的那只电池进行10h率放电试验。放电前后要测记该只电池的端电压、温度、放电时间和室温。以后每隔30min测记一次,放电快到终止电压时,应随时测记,以便准确记录放电时间;

④放电时间乘以放电电流即为该只电池的容量。当室温不是25℃时,应按式(1)换算成25℃时的容量;

⑤放电试验结束后,用充电机对该只电池进行充电,恢复其容量;

⑥根据测记的数据绘制放电曲线。

在利用在线式测量法进行蓄电池组容量试验时,应注意以下几个问题:

①若两组电池的单体电池都有失容、落后等质量问题,其放电至输出保护值的时间,不易被维护人员及时发现,此时可能后备电池组容量所剩无几,因此该放电方式比离线放电方式不安全系数更大。同时由于放电深度有限,对电池组的测试的目的无法达到,关键是在全容量放电的实践中会经常发现有些单体电池在放电前期电压正常,但到中后期,有些落后电池才开始逐步暴露出来;

②这一部分落后单体电池,由于放电深度不够而没有被及时发现,此放电方式只能大致评估电池组容量,而无法准确检测具体放电多长时间。同时两组电池组间放电电流不完全均衡,各电池组将根据自身情况自然分摊系统的负载电流。落后电池组内阻大、放电电流小,而正常电池组内阻小、放电电流大。这就造成某些落后电池因放电电流不够大而无法暴露出来,达不到进行电池组放电性能质量检测目的。

(3)单组全在线式节能容量试验很明显,离线式测量法和在线式测量法,在实际运用时,存在重大缺陷:

?工作量太大,耗时耗力,一年内无法保证对所有的蓄电池组进行一轮放电试验,亦即蓄电池组得不到及时有效的维护;

?这两种测量方法追求的是结果而不是过程,所以当发现该组蓄电池有质量问题时,可能问题在很早以前就存在了。也就是说,即使非常严格地按照维护规程进行着维护,仍然无法确保在用蓄电池的性能良好、保证通信网络的顺畅运行;

?离线全容量放电测试存在严重的安全隐患问题,操作不当会对系统供电安全造成严重的影响,同时严重浪费能源,而且放电结束后被测蓄电池组和系统存在巨大的压差,回接系统相当困难且危险。而一些单位采用定期的在线式放电测试,虽然这种在线式放电测试相比离线放电测试,操作较简单,也没有电能的浪费和电池组回接困难的问题。但是在线式放电测试是将系统电压降低,系统上所有的电池组同时对实际负载放电,如果市电停了,系统上就没有满容量的电池组,同样存在巨大的安全隐患问题。而在线式放电测试的放电深度不够,且放电不恒流,不能准确的测试出蓄电池的剩余容量,达不到检测蓄电池性能的目的,给系统维护留下安全隐患。