重慶有線智慧機房電池監控系統建設實踐與設想

唐興權，莫 若

（重慶有線電視網絡股份有限公司，重慶 400000）

1 蓄電池維護存在的問題

隨著工業自動化和信息化程度的提高，數據中心已成為通信、公安、金融及銀行系統的核心部門，為確保設備的供電安全，越來越多的大型UPS得到應用。據權威統計，60%以上的UPS故障是由蓄電池組造成的，蓄電池的維護已成為確保UPS正常運行的關鍵和難點。目前，蓄電池維護普遍存在以下5個問題。一是維護力量有限。機房分布地域廣且蓄電池數量越來越多，人員無法同步增加，電池測量的工作繁重，無法經常性的檢測。二是維護難度大。設備維護規程規定每年都要做一次充放電測試，但UPS蓄電池放電測試工作量大且危險，經常因落后電池導致事故發生[1]。UPS電池串較長，電池串越長電池劣化速度越快，且落后電池難以發現。三是維護方式落后。蓄電池國標維護規程自建立以來一直未變，已不能滿足實際需要。四是運行狀態堪憂。由于維護不到位，蓄電池實際使用壽命一般只達到設計值的一半（3年左右）。五是浪費影響巨大。實際使用壽命短會直接造成投資浪費、環境污染以及工作效率低下等問題。同時，蓄電池運行狀態的“信息黑洞”極有可能造成影響社會政治、經濟或生活等方面的惡性事件[2]。

2 系統概述

電池在線監控預警系統平臺部署在重慶有線智慧機房監控系統的服務器內，負責采集各站點上傳數據，并進行后臺分析計算和存儲等。通過該平臺對上傳數據的分析處理可實現站點蓄電池各項參數的實時查看、站點隱患智能分析和維護指導以及電池均勻性變化分析，以指導維護人員更加科學高效地維護蓄電池。系統具體實現了單體內阻在線監測功能、單體電壓在線監測功能以及環境溫度監測功能。電池監控項目實施后可以達到4種效果。一是提前預警即將失效的蓄電池，排除潛在的隱患，確保直流系統安全。二是無需進行定期的電壓手工測量，節約人力物力。三是即時發現充電故障，延長蓄電池組壽命。四是通過對數據的系統分析，積累不同品牌型號蓄電池的實際運行經驗作為選型參考。

3 電池測量過程原理

電池傳感器測量過程采用了獨特的四線制交流放電法和鎖定放大技術，在UPS等強干擾環境下仍能準確測得電池內阻，其原理如圖1所示。

圖1 電池測量原理圖

鉛酸電池監控中，內阻參數是最重要的監控參數。傳感器是否能準確測量電池內阻是衡量傳感器好壞的一個重要指標。描述內阻測量性能的3個指標為內阻測量絕對精度、內阻測量重復度以及內阻測量一致性。

3.1 內阻測量性能指標

3.1.1 內阻測量絕對精度

內阻測量的絕對精度是指傳感器內阻測試值與真實內阻值之間的差異。使用不同的測試方法和測試激勵信號頻率會得到不同的內阻值，如何判斷內阻測量值是否準確是行業公認的難題。而精密電阻測量有效地解決了這個難題，通過測量已知阻值的精密電阻來衡量傳感器的測量準確性。

3.1.2 內阻測量重復度

內阻測量的重復度是指對同一電池單體，在同一條件下用同一電池監控傳感器反復測量內阻值，得到結果的偏差范圍。這個指標真實反映了傳感器是否能準確測量電池內阻，可以作為內阻測量的精度指標。

3.1.3 內阻測量一致性

內阻測量的一致性是指對同一電池單體，在同一條件下，用同一型號的不同電池監控傳感器測量內阻值，得到結果的偏差范圍[3]。如果傳感器一致性不好，那么不同傳感器測量得到的結果就不具備可比性。而實際應用中，大多是對一組電池中的多個電池單體進行監控，差的一致性會導致實際內阻較低的電池單體測量所得結果比實際內阻較高的電池單體的測量結果更高，從而使測量結果失去意義[4]。

3.2 電池內阻測量過程

測量內阻時，傳感器使用一個峰峰值為1 A的70 Hz正弦波，通過一對放電線對電池進行小電流放電，電池兩端會產生一個與內阻對應的微小電壓波動[5]。傳感器通過另一對采樣線對此電壓波動采樣并進行放大，放大后的電壓波動與測量用的同頻同相正弦波相乘，實現相干解調，再通過低通濾波器提取直流成本，此過程稱之為鎖定放大。對鎖定放大的結果進行采樣計算可以得出電池的內阻[6]。

3.3 采用技術

采用鎖定放大技術和相干解調，只檢測與測量信號同頻同相的相關信號，濾除其他頻率的干擾信號，可以極大地提高測量的抗干擾能力，使其在UPS等強干擾環境下仍能準確快速地測量電池內阻[7]。

4 機房電池監控原理

電池監控系統的基本原理是每個蓄電池單體在本地安裝一個監控傳感器，傳感器采集此電池單體的電壓、內阻及溫度參數，然后將數據通過總線上報給現場工作站主機，再由現場主機上報給中心服務器[8]。機房電池監控原理如圖2所示。

5 監控指標專業化建設

從建設中發現，系統采集的設備數據中包含著許多專業化的信息，如何將專業化的信息轉化為監控調度人員與機房運維人員等非專業人員能夠快速做出判斷的信息是系統建設中非常重要的環節[9]。因此，智慧機房的預警不僅在于數據的采集，更重要的是在數據采集后設立相應的標準，建立標準的告警與預警機制與模型。建立標準的告警機制是一個長期不斷優化的過程，需要結合不同的廠商設備和應用場景，將公司所有的電池進行信息統計，與原廠工程師建立長久的聯系，建立屬于重慶網電池監控的專業指標[10]。此外，還需要建立電池健康分析預警模型，結合瞬時內阻的值、電池的年限以及內阻的變化趨勢，做出輔助性的提示預警。

6 結 論

隨著物聯網時代的發展，萬物互聯已逐漸成為現實，傳統的現場監控也轉向遠程的移動互聯。經過深入的學習與探究，研發出基于重慶有線傳輸網動力環境監控系統的電池監控，方案充分結合重慶有線現有機房的電池實際情況，不僅能對設備進行實時數據分析告警，還能長時間存儲數據，繪制每節電池的數據走勢圖。智慧機房建設中，相關人員應深刻認識到只有不斷深化改革和深入研究并匯集當下的先進專業經驗，才能讓電池的運維朝著智慧化預警和巡檢的方向前進。