恩科蓄電池的智能監控和保護

根據日益增長的電池保護需求,簡單闡釋了蓄電池的智能監控和保護的完成方式。

人們通常將蓄電池比喻為UPS供電體系的心臟,而UPS毛病有多達50%是由蓄電池毛病引發的,蓄電池毛病是UPS事端發作率居高不下的一個重要原因。由此可見,提高蓄電池運轉安全可靠的必要性和火急性。各職業用戶應從確保運轉質量、出產安全和財產安全的角度來重視蓄電池的保護作業,因而置辦蓄電池保護外表不是消費性的開支,而是一種對安全的長期投資。現在UPS業界遍及運用的都是閥控式鉛酸蓄電池,對蓄電池的監控和保護是本文討論的中心。

1 鉛酸蓄電池介紹

閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為Valve Regulated Lead Battery(簡稱VRLA電池),其基本特點是運用期間不用加酸加水保護,電池為密封結構,不會漏酸,也不會排酸霧,電池蓋子上設有單向排氣閥(也叫安全閥),閥的作用是當電池內部氣體量超過必定值(通常用氣壓值表明),即當電池內部氣壓升高到必定值時,排氣閥會主動翻開,排出

氣體,然后主動關閥,避免空氣進入電池內部。鉛酸電池誕生于20世紀70年代,到1975年時,在一些發達國家已經形成了適當的出產規模,很快就形成了產業化并很多投放市場。由于其具有成本低,浮充性能好,免保護,易于收回等多種優點,而倍受用戶歡迎。

2 UPS蓄電池的安全隱患

UPS如今使用職業和場景越來越復雜多樣,實踐使用場景沒有一個統一的辦理規范,大部分保護人員也沒有形成科學的保護理念或者具有有效地保護設施和手法。致使常常UPS裝置完后,蓄電池組就長期處于無人值守的狀況,以致于這類UPS的蓄電池組都或許存在很大的安全隱患。在UPS的使用場景中,數據中心(中心機房)往往裝備很多的蓄電池組,本文以這類UPS使用的典型代表為例,列舉三點蓄電池組或許存在的安全隱患。

(1)導致網絡中止事端

數據中心的供電保證體系是確保網絡設備供電不中止的核心體系,后備蓄電池組是網絡的應急供電能源之所在。蓄電池組能夠在市電停電或溝通側發作電氣短路中止時,經過逆變給后端設備供給足夠的后備電能,以便數據的保存和通訊的延展,不會直接導致通訊網絡的供電中止。在UPS體系中,只需逆變器及后續電路正常作業,就能夠給后端負載供電。在規劃之初，UPS的后備時刻就在機房建設考慮中。然而，若蓄電池組不良，極有或許在后備供電過程中發作機器宕機，形成負載設備掉電，導致網絡中止毛病，形成通訊毛病，帶來直接巨大的經濟損失。據不完全統計，金融職業的數據中心每宕機1min，即或許形成約150萬美元的損失。

(2)短路危害大

一般情況下,發現電氣短路起火時,首先要堵截電源。關于溝通電源而言,由于電能自上而下地來源于市電電網或柴油發電機組,當發作電氣短路毛病時,總會有一級保護器材發作動作,及時堵截短路的電氣電路。而當蓄電池組坐落電源供電體系的結尾,電能是自下而上供給的,只需越過了蓄電池組的保護斷路器,則不會再有其它的保護。發作短路毛病時,往往無法有效地堵截短路的電氣電路。加上直流電流不像溝通正弦波,它沒有過零點時的瞬間電動勢為零的過程,一旦發作電氣短路不能快速切除電弧,極易形成毛病的蔓延,對負載和機房的其他設備,乃至值守人員帶來危害。

(3)引發機房火災

蓄電池充電過程中會有氫氣的發作,氫氣是易燃易爆的甲類物質,當室內氫氣濃度到達爆炸極限(4%～75%)時,一遇火源就會發作氣爆。別的電池由于材質、裝置工藝、熱失控等多種原因,發作蓄電池組電氣短路后,若不能及時發現和堵截回路,則必然引起火災。蓄電池組的電量越足,危害性也越大,且火災中會發作很多煙,敏捷蔓延整個機房,即便機房配有獨自的電池室,但因通道連通的聯系,機房也有或許敏捷被煙掩蓋。形成更大的人員財產損失。

3 電池監控體系的必要性

鉛酸電池的運用壽數號稱有5～8年,不過在實踐使用過程中,往往3～5年就面對需求替換的地步,盡管電池壽數的減短跟實踐運用的很多因素有關,但在鉛酸電池技能未有重大突破的前,電池壽數的延長主要還是依靠電池的日常保護和保養,而UPS的蓄電池遍及缺乏正確的日常保護和科學的運維辦理。部分客戶通常是比及事端發作的時分,才知道電池呈現毛病了,不僅沒法確保充足的后備時刻,或許形成負載掉電。而且電池毛病的解決方法只能經過換電池來處理。這不經濟也不環保,無疑會降低數據中心的MTBF。而且最近還發作了幾起機房電池火災爆炸事端,譬如:北郵網絡機房起火事端,導致了北京地區多所高校網絡中止。所以,導入一款能夠完成實時監控,均衡充電,提早報警的電池監控設備,然后到達延長蓄電池的運用壽數,提高UPS蓄電池的安全可靠性是現在困擾客戶亟待解決的問題。

4 智能電池監控儀的整體結構

智能電池監控儀一般由一個主機模塊和若干個檢測及主動均衡模塊構成,具有在線監測,反常告警,主動保護,長途操控4大功能。遍及都是用智能模塊收集數據,當然各個廠商的數據丈量方法多樣,收集完數據后都會傳輸給主機,主機內部有接納數據的模塊,經過處理和剖析,來判別電池的好壞,來決定是否進行反常報警,處理后的數據經過LCD顯現,并在主機內數據模塊存儲,體系的整體結構框圖如圖1所示。

(1)在線監測

電池狀況有幾個參數能夠作為重要參閱。以便我們對蓄電池好壞有一個比較精確的判別。所以智能監控儀收集的數據,其主要內容一般都要包括電壓、內阻、溫度。

①電池電壓的監測及硬件思路

電壓是蓄電池當時狀況的最直接的表征,也是最簡單檢測到能反饋電池當時狀況的參數,而且電池過充或者過放都會形成電池永久性損壞。確保充電電壓在一個合理范圍內,能延長蓄電池的運用壽數。為監測單個電池電壓,電壓的采樣模塊可選用分壓電路+電壓跟隨器+A/D采樣模塊的硬件思路來完成(見圖2)。

②溫度的檢測及硬件思路

電池充放電過程中一般都會發作熱量,假如電池沒有辦法及時的導走,會在蓄電池內部堆積,皆或許導致蓄電池過熱,然后引發電池熱失控等后果,蓄電池的最佳使用環境溫度在15～25℃。據試驗測定,環境溫度一旦超過25℃,每升高10℃,電池的壽數就要縮短一半,實踐丈量時,由于電池內部溫度無法丈量,丈量模塊一般將電池箱體的周邊溫度作為溫度收集的數據。現在市面上常用硬件規劃思路都是選用美國DALLAS公司推出的單線數字化智能集成溫度傳感器DS18B20來構成溫度采樣電路，該元件具有體積小，硬件開支低，抗干擾能力強，精度高級優點。且能夠直接跟CPU相連，三個引腳別離接地、作業電源和CPU即可完成溫度偵測。且數據最高精度可到達±0.5℃(見圖3)。

③德國陽光蓄電池內阻的檢測及規劃思路

內阻檢測一般都是各廠商的核心技能,多數廠商也以內阻的丈量的結果來作為判別電池的重要手法之一,市面上現有兩種電池常見的內阻檢測方法是直流放電法和溝通注入法。溝通注入法是在電池端子兩頭施加一個低頻溝通恒流信號,然后經過取樣電路獲取溝通信號的溝通電流值,計算公式為r=U/I(1)

而直流放電法則是經過對電池進行瞬間大電流放電,丈量電池上的瞬間電壓降,然后經過歐姆定律來得到電池內阻值,即

(2) 

在線式內阻監測選用溝通注入法會更方便,直流放電法會對電池形成必定的危害。

(2)主動保護

電池組的主動保護,是指在監測時能夠使得電池組內的一切單體電池與相鄰電池的電壓趨近相等。使得整個電池組一切電池的電壓附近或相等。盡或許的讓每節電池都處于最佳活性狀況,當相鄰電池的電差大于操控電壓差時,會發動均衡操控,操控充電過程中一切電池組中的一切電池一起到達充電限制電壓。放電過程,一切電池一起到達放電截止電壓,徹底解決落后電池的“木桶效應”。確保整組電池的電壓一致性,提高電池組的歸納利用率,有效的保護電池,保證電池組的運轉穩定性。

(3)反常報警

電池的相關數據經過收集后,傳輸到主機,主機內部會進行檢測剖析,對蓄電池組的運轉狀況進行評估,假如確實有運轉狀況不良的蓄電池,會給予反常告警,以便及時處理反常電池。

(4)長途監控

長途操控,電池監控儀內置WEB服務器,經過匹配合適的IP地址,即可完成長途通訊。到達監測和操控的功能,通訊框圖如圖4所示。

5 結束語

在UPS職業,隨著BMS的成熟,且電池使用數量的增長,關于蓄電池安全性,穩定性和可靠性的需求也會越來越火急。能夠預見,蓄電池的智能監控和保護設備在UPS電池辦理方面的使用會更普及,這是技能發展,社會進步的必然結果。