摘 要：蓄電池是資料中心機房裝置在斷電情況下正常工作的重要保障裝備。確定蓄電池在緊急情況下的正常工作是資料中心運維管理的重要工作之一。本文研究采用蓄電池線上監測系統，實作7×24小時實時線上監測，并根據蓄電池内阻變化趨勢對蓄電池性能進行評價，對出現隐患的蓄電池進行預防性維修或更換，進而保障資料中心機房裝置安全運作。
關鍵詞：蓄電池電壓；蓄電池溫度；蓄電池内阻；直流放電法；交流注入法
1引言
資料中心是用于集中存放伺服器、磁盤陣列、交換機、防火牆等裝置的基礎設施。在5G及移動網際網路時代，伴随着“新基建”的浪潮以及資訊化和智能化技術的高速發展，資料中心建設規模越來越大，數量也越來越多。蓄電池作為保障機房裝置可靠運作的裝備，其重要性和安全性也越來越受到人們的關注。
資料中心蓄電池一般串聯為蓄電池組使用，同一組蓄電池在正常使用一段時間後，單體電池之間的電壓差異會逐漸變大，蓄電池組的電壓一緻性會逐漸變差，如果不采取有效措施，這種差異會越來越大，導緻整組蓄電池容量降低甚至報廢。
此外，蓄電池還存在自放電現象，同一組蓄電池各個單體電池之間的自放電電流值大小不等，由此也會導緻個别單體蓄電池發生過充電或者過放電的現象，進而影響整組蓄電池的健康度。
本文所研究的資料中心機房蓄電池線上監測系統利用單體蓄電池監測子產品、蓄電池組總電壓監測子產品和直流電流監測子產品，可以實時采集各單體電池的電壓、溫度和内阻，以及蓄電池組的電壓和充放電電流，并通過以上資料分析各單體電池和電池組的健康狀況，對出現放電時間異常的電池及時進行維護或更換。
2系統設計
2.1系統架構設計
資料中心蓄電池線上監測系統由監測中心裝置和現場監測裝置組成。系統組網結構如圖1所示。
圖1蓄電池監測系統組網圖
監測中心裝置主要由資料庫伺服器、應用伺服器、Web伺服器、交換機和網管終端組成，實作對資料中心機房内所有被監測蓄電池實時資料的接收、處理、存儲和展示，并提供重要參數及告警的統計分析功能、使用者管理功能、日志管理功能和安全管理功能等。
現場監測裝置主要由單體蓄電池監測子產品、蓄電池組總電壓監測子產品、電流變送器和資料處理單元組成。
2.2系統安全設計
蓄電池組總電壓監測子產品采用隔離設計，進而保證進入資料采集處理單元的信号均為弱電安全電壓，保證資料中心機房蓄電池監測系統的安全性和可靠性。單體蓄電池監測子產品與采集處理單元之間采用一級電氣隔離電路設計，高耐壓2500Vac。采集處理單元與供電電源之間采用一級電氣隔離電路設計，高耐壓2500Vac。采集處理單元與上位機監測中心之間采用一級電氣隔離電路，高耐壓1000Vdc。
單體蓄電池監測子產品電源輸入端采用自恢複電子保險，防止個别監測子產品發生故障影響其它子產品的正常工作。
3蓄電池内阻監測
3.1蓄電池内阻特性
對單體蓄電池的監測名額主要包括電壓、溫度和内阻。蓄電池容量降低後，其單體電壓值并無明顯變化，而單體内阻值會明顯升高，是以内阻是反映蓄電池容量變化及蓄電池健康度的重要名額。
傳統的蓄電池監測子產品僅采集單體電壓名額，無法準确反映蓄電池健康狀況。蓄電池内阻變化規律是維護機關更換蓄電池的主要依據，是以有必要對蓄電池内阻進行監測。
3.2蓄電池内阻測量原理
蓄電池内阻的測量方法較多，互相之間的差異也比較大，一般常用的測量技術為交流注入法和直流放電法兩種。交流注入法測量時會在蓄電池正負極之間施加一個高頻交流信号，并測量由該高頻交流信号所帶來的蓄電池正負極之間的電壓變化，根據歐姆定律可以計算出蓄電池的内阻值。采用交流注入法測量蓄電池内阻存在易受UPS充電器紋波電流和其它工頻噪聲源幹擾的問題，有些裝置無法線上對蓄電池進行測試。
直流放電法測量内阻的原理是對蓄電池進行瞬間放電并測量蓄電池正負極之間的電壓變化值。當斷開和接通負載裝置時，依據瞬時的壓升和壓降，根據歐姆定律計算出蓄電池等效内阻。早期受A/D采樣晶片精度的限制，内阻測量時瞬時放電的電流一般要達到30安培以上，對蓄電池性能有一定損害，同時也存在一定的安全隐患。随着A/D采集晶片及抗幹擾技術的不斷發展，現在可以準确地測量出電池上小至0.5mV的電壓變化，與之前的技術相比，電壓分辨率提高了80%以上，在同等内阻測量精度下，内阻放電電流可以減小80%，是以采用小電流測内阻時電流一般可設定在5A左右。
3.3蓄電池性能評價
不同于普通電阻,蓄電池的内阻包括金屬部分和化學部分，受到制造技術和材料差異的影響，即使采用相同的測量儀表，同一批次的每節蓄電池之間内阻值也存在差異，有時這種差異會達到50%以上。采用交流法監測内阻時，由于電池内部電容的旁路作用，交流法測量出的内阻會比直流法小，不同交流法或直流法測出的内阻值之間也存在差别，但同一節蓄電池内阻的變化規律一緻。是以，僅通過蓄電池内阻絕對值來判斷蓄電池性能并不可行。
目前國内尚無針對蓄電池線上監測的标準或行業規範，IEEEStd1188-2005《站用閥控鉛酸（VRLA）蓄電池的維護、測試和更換方法》（RecommendedPracticeforMaintenance,Testing,andReplacementofValveRegulatedLead-Acid(VRLA)BatteriesforStationaryApplications）中提到，當單體蓄電池内阻值變大至該電池基準内阻值的1.3至1.5倍時，其容量将降低至額定值的80%，即使電池仍具有滿足直流系統負載的電流能力，其性能退化速度也在加劇，建議更換蓄電池。
綜上，本文所研究的資料中心機房蓄電池線上監測系統在蓄電池投運初期記錄初始内阻值，并作為該節蓄電池的基準内阻值。系統将定期測量的内阻值與基準值進行比較，根據蓄電池内阻值變化幅度來評價蓄電池的性能。
4安科瑞蓄電池監測系統介紹裝置選型
4.1概述
安科瑞公司ABAT系列鉛酸蓄電池線上監測系統是線上電池監測産品，可以提前對失效的鉛酸蓄電池進行預警及電池均衡，符合ANSI/TIA-942标準要求。
該系統具有監測電池的電壓、内阻與内部溫度功能，安裝、維護與接入非常友善。系統主要由ABAT-S子產品、ABAT-C子產品及ABAT-M采集器組成，可通過采集器查詢告警與實時資料、設定參數等，可選配監測平台實作網絡化集中管理。
4.2系統組網
4.3軟體介紹
5總結
本文所設計的資料中心機房蓄電池線上監測系統已在國鐵集團多個排程樓資訊機房及全國大量高鐵站資訊主機房投入使用，系統實作了對機房蓄電池組的實時監測，當蓄電池内阻變大并超出安全範圍時，系統會自動發出報警提示，維護人員據此及時作出響應，對容量下降的蓄電池進行隔離和更換，保證蓄電池組工作在良好狀态，避免停電後造成後備電源系統癱瘓，進而提高資料中心機房的安全性和可靠性。