| 蓄电池单体监测系统 |
电池组是数据中心领域中的一个故障点。胀大，短路，漏液，严重时会引起火灾，造成惊人的损失。中外许多IDC机房都有电池起火的惨痛教训。
怎样预防呢？电池监控系统采用UPS主机或直流电源自带方式，难以完成这项工作。这类监控系统通常只能监控电压，电流以及整个电池的环境温度。由于每个单元的温度、电压、电流以及电池内阻的关键值都无法做到在线监测，因此无法做到提前预警。当观光车蓄电池长时间浮充时，测得的观光车蓄电池端电压为浮值，故障观光车蓄电池与正常观光车蓄电池的端电压无明显差别，在浮充过程中，只监测观光车蓄电池电压和电流，不能在线检测到。仅当电池放电时，故障电池的端电压就会急剧下降。同类型、同批次的电池，在使用初期，各参数往往相近，当电池老化或出现故障(断路、短路、电池端子虚接)时，其内阻值有明显变化。检测电池内阻的相对变化，可以实现对电池故障的早期预警。因此，电池内阻、温度的在线监测才是电池在线监测的重点。相关标准对此都有明确的要求：GB50174《电子信息机房设计规范》要求A类机房应监测每节观光车蓄电池的电压、阻抗和故障。美国电信业联合会TIA942要求Tier4机房配置在线自动检测系统，对每节电池的电压、温度和内阻进行监测。
智能型电池单体监控系统发展了三代人。一代单体电池监控系统仅对电池的电压、电流进行监控，通过对电池端电压的监控可以发现电池的故障；二代集中式监控系统除具有一代系统的功能外，还能对电池的内阻进行监控。二代采用集中式采集结构，基本可以判断单个电池故障。集中式接线通常采用不插接端，出现故障时更换不易，接线繁琐易出错，接线密集会造成接线混乱，并累积到危险电压；第三代采用分散型模块结构，可对单个电池的电压、内阻、温度等进行监控。具有完善的报警、报警提示功能；模块化设计简化了系统的结构，使得安装维护更方便快捷。
单电池内阻的测定方法。
通常采用两种方法对智能单体监测系统的电池内阻进行检测。
（1）直流法。
电池组放电检测模块，测量电池组放电电压稳定后的瞬间恢复电压差，ΔU=U2-U1；
测定放电电流值I；
算出电池内的Ri=ΔU/I。
用户对直流法的疑虑是直流法在电池放电过程中是否对电池有损害?新型的智能检测系统采用脉宽调制放电模式,尽量减少放电时对电池的损害。艾特网能单体监测系统采用先进的四线内阻检测法可以极大的降低线路阻抗对电池内阻检测的影响,数据准确合理。图3为四线内阻检测法的原理图。
(2)交流法
交流检测法的检测曲线如图4所示。电池实际上等效于一个有源电阻。给电池施加一定频率和一定电流(目前一般使用100Hz～1kHz频率、50mA小电流);然后检测出相应电池电压的反馈变化,对其反馈电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后,通过计算得到该电池的内阻值。
用户对交流法的疑虑是检测过程中注入的交流信号是否会对系统产生干扰?优化的交流测试系统多采用非注入方式,充分利用电池的充电纹波来进行测量。
两种方法各有利弊。在充电电压纹波较小时,直流法更加准确可靠。在电池充电压纹波较大时,直流法会受到很大干扰,交流法更加精准。艾特网能电池单体监测系统采用了两种测试方法兼容模式,系统可以根据充电纹波自动选取最佳检测方式。
2 温度测量方法
传统型集中式观光车蓄电池内阻在线监测系统的温度检测,仅检测1～4路温度,且检测的是环境温度或者是观光车蓄电池组的表面温度,不能真实的反映单个观光车蓄电池的内部温度。艾特网能电池采集模块的温度探头,直接集成在测量线束上。可直接采集每节观光车蓄电池的极柱温度(见图5)。一方面可有效地避免单节电池热失控现象的发生,另一方面也可检测电池大电流放电时极柱温升情况,避免电池电缆过热。同时具有环境温度检测功能,可实现电池温升报警、温度报警等功能。智能监测系统可以在电池极柱温度异常升高时,自动脱扣电池开关,切断电池充放电回路,有效避免火灾的发生。检测每节电池的极柱温度对观光车蓄电池火灾早期预警意义重大。
3 电池的自动均衡
艾特网能智能电池管理系统能实现电池在线自动均衡功能。可消除电池间的差异,保证组内电池的一致,提高电池的使用率。电池在浮充状态时,系统通过电压检测,一旦发现某节电池电压超过平均值或基准值的一定比例,系统进入均衡处理过程。电池均衡电路采用MOS开关对电池进行旁路脉冲式放电,防止电池过充,实现电压均衡。
4 电池活化功能
在均衡电路基础上,可进一步提供活化功能。系统通过内核的算法,确定脉宽调制的占空比,并发出活化均衡控制信号来控制MOS管变频高速通断,达到对该节电池进行小电流瞬时的可控充放电(断开时恢复充电),从而实现对该节电池的激励作用,持续高频冲击和破碎电池内部硫酸盐层,活化电池。
5 系统的安装和维护
模块化的设计使工程安装极其方便。
(1)电池采集线缆
采用双叉线鼻和插拔线缆组合方式,方便施工安装和线缆更换。在电池安装时,将垫片同时预装,可大大节省电池监控系统安装工时。
(2)电池采集模块体积小巧,直接粘在观光车蓄电池表面
采用配套专用测量线缆,测量线缆可以随时从电池采集模块上拆卸。通讯线采用网线串接在各个电池采集模块之间(无线模式不需要通讯线),模块安装采用魔术贴安装方式,方便模块的检测、拆装和再利用。
(3)采用主控显示和分散模块测量电池数据
各单元间采用总线方式数据连接,从电池柜中仅需引出1～N根通讯线(根据电池组数而定,无线方式不需要)即可,大大减少传统电池监测系统的工程施工量。监控单元采用19寸机架结构,可以直接安装在标准机柜内,或直接挂墙和挂电池柜上,方便安装。
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