数据中心蓄电池标准化维护策略探究

李银碧

（浙江邮电职业技术学院，浙江 绍兴 312366）

0 引 言

数据中心电源系统是通信的心脏，严重故障会导致通信网络大面积退服。可靠稳定的供电系统是数据中心稳定运行的基础。而蓄电池是供电系统的重要组成部分，其状态直接影响通信企业能否正常运行，是通信电源供电系统的最后一道保障防线。当市电中断时，蓄电池通过逆变器将直流电转变为交流电，对负载供电[1]。实际使用过程中，通信电源系统由于蓄电池缺乏维护而引起的问题占据较大比例。正确维护蓄电池，对提高蓄电池的使用寿命和降低故障率具有极大帮助，是电源系统稳定、可靠运行的保证，是供电系统的中流砥柱。随着IDC数据中心机房设施规模的增大，对运维人员的技能水平、操作维护的标准规范和维护手段的智能管控提出了更高要求。

1 蓄电池维护现状

据维护规程要求，全浮充供电方式的阀控式密封（VRLA）蓄电池，使用寿命为5～8年。而实际应用过程中，有的蓄电池在使用了2～3年后就出现劣化，成为落后电池，寿命无法达到设计要求。落后电池会对整组电池造成影响，过放电还会导致电池反极，产生“木桶效应”。失效电池严重时会因高内阻造成过热，引发火灾。近几年，机房动力专业发生的一些典型故障凸显了蓄电池在基础网络承载能力方面的短板[2]。

造成此问题的原因除了蓄电池厂家较为理想化预测蓄电池使用年限外，使用过程中没有及时、有效维护管理蓄电池。（1）没有实时了解蓄电池端的电压均衡性、大电流放电能力和当前容量等；（2）缺乏监控、记录和分析蓄电池充放电、环境温度及温度补偿等，没有充分了解蓄电池的运行情况；（3）不重视蓄电池的检测手段和维护仪表。这些问题都会损失电池容量。

实际运行中，由于维护人员经验不足，没有维护保养蓄电池，导致不少电池性能提前失效，使用周期缩短，用电系统中断，从而造成重大损失。蓄电池是“免维护”电池，不需维护，这种想法明显错误。蓄电池需要实施标准化维护和检测，及时发现落后电池，保证保障关键设备的不间断供电[3]。为确保通信网络的供电安全，必须科学有效维护电池，掌握机房蓄电池组的实际续航能力，确保通信设备直流供电的安全稳定。

2 蓄电池的定期（日常）检测项目

蓄电池需要精益维护，从建设到维护，严格把关每个细节，保证蓄电池的稳定工作。日常巡检中，人们需要细心，尽早发现、消除蓄电池存在的隐患，做到防患于未然，比发生故障再启动应急方案更有效。数据机房全生命周期包括规划设计、施工安装、检测验收和运维管理。运维管理是机房生命周期中最后一个，也是历时最长的一个阶段，可谓三分建设，七分运维。为了避免停电造成巨大经济损失，确保数据中心稳定运行，必须定期管理和维护数据中心的蓄电池组，及时了解其运行情况，避免变成危险的“定时炸弹”。维护项目主要包括外观、连接、环境和性能检查等。VRLA蓄电池定期测量项目如表1所示。

3 蓄电池标准化维护的具体实施

电源供电系统安全运行，归根结底是设备运行参数必须符合指标要求，保证测试过程安全、规范，检测参数的准确性。此过程中，人们要关注几个问题，即如何做、采用什么仪器仪表、如何分析数据、如何判断指标是否合格、维护过程中是否存在安全操作隐患、维护人员作业效率以及维护结果。数据中心蓄电池的标准化维护要求做到维护项目标准化、维护方式标准化、维护工具标准化、维护流程标准化、输出结果标准化和判断依据标准化[4]。标准化维护可以降低维护难度和风险，提升维护质量和效率。

表1 VRLA蓄电池定期测量项目

3.1 电池外观的检查

蓄电池的壳体、安全阀、极柱、槽盖以及安装架等部件是外观安全评估的要素，也是最直接的表现。

第一，壳体检查。主要检查壳体有无变形、开裂、漏液。外壳是蓄电池的载体，重点观察蓄电池安全阀口、极柱、槽盖密封处和槽体底部4个角有无漏液爬酸现象。渗漏会减少电池容量或腐蚀电池架，与电池架构成短路，导致蓄电池组起火。通过肉眼观察或pH试纸可检测电池是否漏液。阀控铅酸电池为紧密装配，轻微鼓胀（≤3 mm）属于正常现象，判定方法可以肉眼观察或角尺测量。如果蓄电池外壳变形、严重外凸，会影响蓄电池的正常使用[5]。长期过量充电、电池间安装紧密无散热空间、环境温度过高和安全阀不能正常开启等因素都会引起电池鼓胀。

第二，安全阀检查。主要检查安全阀有无脱落、开裂、漏液。安全阀具有单向性，是密封阀控蓄电池自动开启和关闭的排气阀，平时处于密闭状态，防止电解液挥发。当电池内压超过开阀压力时，释放盈余气体后自动关闭，保持内部压力在正常范围。

第三，连接条检查。连接条应接触良好，紧密无松动，确保系统达到满负荷状态下放电时的压降要求。由于连接条变形和腐蚀会增加连接阻抗，因此需检查电池单体之间极性有无反接。

月度维护中，全面清洁蓄电池，并检查连接处、极柱、安全阀有无酸雾酸液溢出和腐蚀现象，电池壳体有无渗漏和变形。（1）用半干毛巾、毛刷清洁电池壳体表面、电池扣板和连接条；（2）目测每根电池连接条及安全阀周围有无酸雾溢出和腐蚀现象，目测电池壳体有无渗漏和变形。维护标准：（1）表面清洁，无明显浮灰；（2）极柱、安全阀周围无酸雾溢出，连接条无腐蚀现象，电池壳体无渗漏、变形。

3.2 蓄电池端电压及偏差检测

月度维护要求测量每个单体的电压。蓄电池端电压是否一致关系到蓄电池组能否可靠运行。单体电压过高或过低，充电或放电不均衡，都会造成单个电池间的容量均匀性差。测量电池端电压的均匀性，有助于判断电池组内各单体电池的质量差异。虽然标准中没有要求测量电池内阻，但有条件最好测量内阻。

检测电池端电压及偏差步骤如下：（1）确认蓄电池组处于浮充状态（蓄电池组浮充24 h后进行测试）；（2）用4位半数字万用表电压直流档测量各单体电池极柱底部的端电压，并记录数据；（3）找出电池单体端电压的最大值与最小值，计算电池之间的最大差值，最大压差=Umax-Umin；（4）与指标要求进行比较，各单体电池电压之差应不大于90 mV（2 V电池）、240 mV（6 V电池）、480 mV（12 V电池）。

新电池内氧复合通道的差异、不正确充电的电压或方法、环境条件造成单体温度相差大于3 ℃（如图1所示）以及产品质量问题，都会引起蓄电池单体电压不平衡。对应解决办法分别是：新电池需运行3～6个月；电池组内单体电压相差90 mV时进行均衡充电；若低电压的电池经均衡充电无效，应单独处理和更换有质量问题的电池。

维护过程中，如果蓄电池组端电压均匀性没有达到指标要求，一般通过均充等手段减少不平衡。这未必是最理想及唯一的解决办法，也可根据实际情况进行如下操作。蓄电池组各单体电压偏差如图2所示。

图1 温度相差大于3 ℃，电压不平衡

图2 蓄电池组各单体电压偏差

（1）对出现低电压的个别单体进行充放电循环；（2）先行隔离出现低电压的单体，其余电池继续进行放电；（3）待整组电池的单体电压接近后，将整组电池串接进行均衡充电；（4）处理后仍不能恢复则更换电池。

3.3 电池极柱压降的测量

如果电池间的连接条螺丝不拧紧，极柱发生渗漏、氧化、腐蚀等情况，就会出现连接不良。当蓄电池大电流充放电时，压降过大导致受电端电压下降，影响通信，发热严重时甚至使连接条发红，电池壳体熔化，引起火灾[6]。严格按照厂家要求的方式进行连接，按规定扭力适当紧固电池连接处。当蓄电池进行容量放电测试时，用钳形表测出放电电流，用数字万用表测量每2个电池极柱底部间的连接压降，并选出压降最大的一组进行换算，且电池极柱连接条压降应不大于10 mV。

列举一起故障案例。一蓄电池组，动环监控中显示有电池单体电压高，产生原因可能是动环监控问题、该蓄电池单体严重损坏、电池连接条连接松动。用万用表测量两组电池总电压约为54 V，1#电池组单体电压均为2.25 V左右，2#电池组单体电压均为2.17 V左右，明显偏低。2#电池组中，15#单体电压为5.0 V左右，仔细查看此电池单体，发现其连接条的1个螺钉没有拧紧。解决措施：（1）将螺钉拧紧；（2）再次测量此组电池的单体电压，均为2.25 V左右，动环监控业务台电池电压恢复正常。总而言之，应严格把关工程质量关，以免螺丝松动引起蓄电池后备时过短，定期紧固蓄电池连接条，定期测量电池极柱压降。

3.4 蓄电池容量测试

蓄电池维护中最重要的工作是容量测试，要求2 V电池每年做一次核对性容量测试，全容量则是6年内每3年一次，6年后则每年测试。核对性容量测试以实际负荷对电池进行放电，放出额定容量的30%～40%后恢复正常的浮充电压，并开启均充功能，对蓄电池进行充电。若测试过程中发现有落后电池嫌疑，则需对该组电池进行容量测试。若该年按计划需做全容量测试，则不需做核对性试验。

以福光FBI-3048CT在线容量测试仪为例，对蓄电池组进行标准化容量测试。

第一，放电操作前准备。按照规范检查和清洁测试电池，工具做好绝缘处理，紧固电池极柱；维护人员禁止佩戴手表、项链等金属饰品，穿戴绝缘鞋、手套。第二，无线模块连接。查看编号是否正确接线，连接过程中及时与系统核对。第三，放电电缆连接。确认主机关机状态，接线状态与主机面板上的接线示意图相同；测试电缆正确连接，先连接测试主机，再连接电池端，且电池端先连正极后连负极，做好绝缘防护措施。第四，参数设置。仪表开机，进入主界面，正确设置放电参数。第五，充放电测试。启动放电前，调整开关电源均充状态为手动均充或禁止；放电启动后查看放电电流值和开关电源输出值，实时监控各参数信息；放电过程中，正确测量蓄电池组极柱压降和温升；放电停止后转为充电恢复状态，当充电恢复到压差0.5 V以内且电流较小时，完成测试，主机退出充电状态。第六，数据拷贝。点击“数据管理”，选择相应测试数据，点击U盘转存，关闭主机开关。第七，拆卸电缆。电缆的拆线顺序与起始接线顺序相反，拆线过程无不安全操作。第八，数据分析。生成报表并分析，正确判断蓄电池容量和状况。

4 结 论

机房设施的安全可靠运行，离不开合理应用与维护，蓄电池亦是如此。随着大容量、长寿命电池技术的进步，蓄电池越来越深刻影响数据中心行业未来的发展。通过科学管理蓄电池，及时发现故障隐患，客观上延长蓄电池的使用寿命，达到节能增效的目的。