阀控铅酸(VRLA)蓄电池是目前数据中心zui普遍使用的储能部件,承担了应对公共电网电力供应中断期间的应急供电的任务,是维护数据中心运行连续性的UPS系统中zui核心的部分。
阀控铅酸(VRLA)蓄电池是典型的电化学产品,加上产品结构上的封闭性特征使得无法观察内部部件损耗情况,电池失效机理复杂而且具有随机性。事实上,数据中心目前在线运行的铅酸(VRLA)蓄电池组中性能劣化现象出现的频率很高,部分蓄电池的实际使用寿命远低于设计寿命,由蓄电池故障引发供电中断与蓄电池爆炸、起火等恶性事帮屡见不鲜。蓄电池故障是数据中心供电系统的明显短板,对数据中心的安全稳定运行带来巨大风险和严重后果。
1.1蓄电池系统使用维护的相关技术标准
相关技术标准对蓄电池系统的使用维护的技术手段提出了明确的要求,主要有以下标准:
IEEE 1188-2005
TIA942-2012
ANSI-BICI-002-2011
GB 0174-2008
各标准中要求对蓄电池和电池组中各单体蓄电池参数进行实时/在线的检测 ,检测与监控的内容至少包括蓄电池内阻、电压及电池温度。
1.2 IEEE标准中蓄电池性能的测试原理
IEEE规定的测试蓄电池性能依据原理如右图:
当电池容量下降到标称容量的80%时,这时蓄电池进入寿命的急剧衰退期(△t)。 而电池内阻高于标称内阻的20%时,这时蓄电池对应容量的80%即进入蓄电池寿命的急剧衰退期。衰退期很短,不同品牌的产品衰退期不同!因此,通过测试积累数据,标定不同产品衰退期的长短,对于安全正确维护程序非常重要。
1.3 蓄电池性能测试的方法
IEEE规定的测试蓄电池性能的方法有两种:容量测试和内阻测试。
1.3.1 蓄电池容量测试
电池容量准确测量的方法是进行放电试验(容量试验),用这种方法对包括阀控铅酸蓄电池在内的整个备用电源系统进行全面地检查,可以检查出各单体电池和电池外部电路的任何故障,因此被*为是比较可靠的方法,但是由于下列原因重复进行放电试验并不是理想的:
费时费力;
有一定的危险性;
需要测试设备,费用较高;
放电试验会加速电池老化,减少电池寿命;
在放电试验期间及放电后的再充电期间,电池在紧急情况下不能为负载供电;
放电试验仅能给出试验时的电池容量和性能,不能预示将来的容量和性能。
1.3.2 蓄电池内阻测试
电池内阻预测电池故障是一个可以替代频繁放电试验的非常可靠的方法。
利用交流阻抗法、电导法或直流法测量电池的内阻已被*为是一种迅速而又方便的诊断电池状况的方法。也是被IEEE1188-1996认可的蓄电池检测方法,越来越多的研究认为老化电池的内阻和放电能力之间存在着一定的关系。
值得注意的是,由于电解液电阻的变化。电池内阻随温度下降而迅速增大。因此,在考虑时间对内阻的影响时,温度是一个重要的影响因素。
随着正极板栅的腐蚀和隔板中电解质的耗尽,电池电阻增大而电池容量减少。周期内阻测量可跟踪监测这些变化,并且发现失效电池。在不间断电源中,由于电池检查及放电次数较少,电池容量很可能在两次测试期间就已降到80%额定容量以下。如果采用内阻测试法,可以很容易地发现这些问题并改善系统可靠性。
电池内阻的剧升同电池容量的减少有关,尤其是在电池寿命未到80%的时候更为明显。高放电速率下的使用时间似乎对这些因素更为敏感,一般电池内阻增加20~25%时就到了寿命期限。在低放电速率下,电池内阻一般增加20~35%后寿命才结束。