一、引言
　　
　　“养兵千日,用兵一时”。蓄电池作为数据中心应急电力储能装置,是不间断电源系统(Uninterruptible Power System,UPS)的核心组成部分。在输入市电波动甚至中断的极端情况下,蓄电池将储存的化学能转化为电能,以保障数据中心负载连续运行。当前,通信、金融、互联网、政府等行业数据中心蓄电池规模庞大,且处于高速增长期,行业发展方兴未艾。因管理不善导致的蓄电池性能下降、功能故障以及热失控火灾等情况时有发生。因此,如何正确开展蓄电池全生命周期使用和管理,具有重要研究意义和现实价值。笔者运维的数据中心已安全稳定运行15年,经历了两轮蓄电池全生命周期迭代。本文以数据中心建设运维实际工作为背景,从选型采购、安装测试、日常管理、更换报废四个环节浅析数据中心蓄电池全生命周期管理。
　　
　　二、选型与采购
　　
　　1.选型
　　
　　铅酸电池电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液;锂离子电池正极主要使用金属复合氧化物,负极通常使用石墨,以液体或无机胶体作为电解液。铅酸电池因其技术成熟、性能稳定、价格低廉,成为当前业内数据中心不间断电源系统的储能模块首选。但近年来,随着锂离子电池技术突飞猛进,一些新兴数据中心也逐步尝试采用锂离子电池作为储能模块。由此,铅酸电池与锂离子电池之争正式拉开序幕。铅酸电池和锂离子电池在技术、成本、维护、安全等诸多方面各有优劣(如表1所示),因此在实际选型过程中心需要结合实际综合考虑。本单位数据中心作为重要基础设施,更加注重电池安全性、可维护性和一次性投入成本,故在数据中心设施配套建设和更新改造工作中优先选择了更为成熟稳定的铅酸蓄电池。
　　
　　2.采购
　　
　　采购是数据中心蓄电池生命周期管理中非常重要的一环,这一环节决定了选购蓄电池的规模数量、性能质量和一次性成本投入大小。总体上分为市场调研、需求确认和公开招采三个环节。
　　
　　(1)市场调研:采购单位应结合本单位过往类似的数据中心蓄电池项目的建设、维护、使用情况或本行业内其他单位类似的数据中心蓄电池建设情况,充分开展市场调研工作。选择至少三家以上主流的蓄电池生产厂家或销售代理商,对其不同品牌、不同型号的蓄电池性能参数、价格、寿命、环境要求、售后服务等进行收集比较,形成调研报告,以充分掌握市场情况。
　　
　　(2)需求确认:采购单位首先应根据自身数据中心实际情况,明确自身采购需求,确认所需要采购的蓄电池组产品和服务的规格(包括电压、容量、尺寸、重量、质保等)、规模(组数、每组数量)、性能质量(包括内阻标准、内阻偏差、抗震性能、电气性能、阻燃性能等)、交付周期等细节。进而合理评估出本次采购项目预算金额。
　　
　　(3)公开招采:公开招采包括编制采购文件、委托采购代理机构、发布采购公告、组织专家评标、确定成交供应商等过程。是否执行公开招采应根据本单位采购管理制度具体确定。为确保采购过程公平公正公开、供应商充分参与，并最大限度获得质优价适的产品，建议有条件的单位应优先使用公开招采方式。政府机关、国有企事业单位,在招采过程中应充分发挥采购工作组和纪检部门的作用,全环节参与、全过程介入、全流程监督,最大程度上保证蓄电池采购合法、合理、合格。这一过程也是蓄电池全生命周期管理的重要起点。
　　
　　三、安装与测试
　　
　　蓄电池选型与采购工作完成后,即转入安装与测试阶段。该阶段应重点关注蓄电池拼组安装和联调测试,确保发挥应急电源作用。
　　
　　1.安装
　　
　　(1)场地选择:选择合适蓄电池安装场地,具备条件的单位的应配置单独的电池室。电池安装场地应具备满足要求的承重能力,具备良好的通风条件,环境温度和湿度应适宜(根据厂家建议应配备空调设备),无腐蚀性气体。
　　
　　(2)电池支架:优先选择满足本地抗震要求的电池支架。支架整体受力结构稳定,承重符合要求,绝缘达到标准。
　　
　　(3)安装组件:需使用专业设备和工具，配置小支架、合格螺栓、电池间电缆或铜牌、电池与支架间绝缘材料等，有条件的应配备在线监测模块等。
　　
　　(4)连接电缆:根据蓄电池的安装位置和电气设计,正确连接蓄电池的正负极电缆或铜牌,确保连接牢固、无松动(应使用扭力扳手操作)。在此过程中应特别注意极性连接是否正确。
　　
　　(5)接地检查:严格按照电气安全标准,将蓄电池系统的金属部分接地以确保安全稳定。
　　
　　(6)标签标识:对安装过程和结果进行评估,做好标签标识记录,具体包括电池正负极、电池序号、安全警示标牌等,并制作保存安装记录文档。
　　
　　2.测试
　　
　　蓄电池正式上线工作前的放电测试,是评估蓄电池性能、容量、健康度、安装质量以及充分掌握UPS蓄电池真实放电时间的重要手段,也是初次检验蓄电池组整体各项要求是否达标的重要环节之一。放电测试前应根据蓄电池使用手册和厂家建议进行初次充电(充电时长一般不小于24小时),以保障蓄电池处于满电状态。放电测试一般包括测试前准备、执行测试、测试后分析和优化改进四个步骤。
　　
　　(1)测试前准备:放电测试前要做好充分的检查和准备工作。一方面观察蓄电池的静态状态,如有无漏液、裂纹、膨胀、鼓包、趴酸等情况,并做好电压检测记录工作;另一方面要选择安全合适的放电负载和检测设备。总体原则是确保负载用电安全和人员安全。
　　
　　(2)执行测试:做好检查和准备工作后,可按计划执行放电测试。执行放电测试的步骤分为连接设备、设置参数、开启放电、数据记录、安全监测、结束放电等。应特别注意,一旦监测到放电过程出现异常,如部件过温、放电指标异常、压降过快、达终止电压等,应立即停止放电。
　　
　　(3)测试后分析:放电测试结束后,应组织电池厂家、UPS维护单位等共同开展分析评估。主要目的有三个:一是通过实践检验蓄电池安装建设工作是否满足要求;二是评估蓄电池各项性能指标（特别是容量）是否符合预期;三是观察蓄电池放电后健康状态,为后期维护提供数据支撑。
　　
　　(4)持续改进:对放电测试事前、事中、事后发现的各类问题制定整改方案,持续优化改进蓄电池组性能,为正式移交维护奠定基础。
　　
　　四、日常管理
　　
　　蓄电池的日常使用和运维管理是由建设期转运维期后非常重要的一个环节,它占据了蓄电池生命周期95%以上的时间。做好蓄电池日常管理可以帮助我们及时发现故障、避免安全事故、延长蓄电池使用寿命、节约使用成本。
　　
　　1.日常巡检
　　
　　蓄电池巡检是日常管理中开展频次最高的一项工作，有条件的应每天巡检。蓄电池日常巡检包括:
　　
　　(1)外观检查:有无漏液、裂纹、膨胀、鼓包、趴酸等。
　　
　　(2)连接检查:电缆连接处有无松动、烧痕、锈迹。
　　
　　(3)环境检查:电池室温度、湿度、可燃性气体等指标是否符合要求,电池温度是否正常。
　　
　　(4)充放电参数:浮充、均充及UPS运行过程中放电参数是否正常等。
　　
　　日常巡检的主要目的是及时发现细小隐患,将故障甚至是事故消除在萌芽状态,应予充分重视、落实落细。
　　
　　2.定期保养
　　
　　蓄电池应定期保养。保养是在日常巡检的基础上,对蓄电池开展更深层次的检查和养护。其主要内容包括:
　　
　　(1)静态养护:包括对电池进行清洁和除锈,紧固铜牌连接线等;
　　
　　(2)动态放电:应定期开展电池放电测试。实践中建议每年至少开展一次核对性放电试验,放出额定容量的30%-40%,以活化电池性能、掌握健康状况;
　　
　　(3)趋势分析:定期绘制蓄电池内阻、电压、容量等数据变化曲线,分析发现蓄电池变化趋势,提前做好应对准备。
　　
　　3.异常管理
　　
　　异常管理是指对蓄电池使用过程中出现的不正常现象开展针对性处置工作，也是蓄电池生命周期管理中的重点和难点。随着时间的推移，蓄电池难以避免会出现各种各样的异常情况，我们一方面要对发现的异常及时采取临时隔离措施，防止故障蔓延和扩大；另一方面要寻求专业处置意见，正确开展维修工作，必要时启动蓄电池更换流程。同时，要就异常发生的时间、现象、影响、解决方案、处置效果等建立细致的台账，以便积累经验，并为将来开展维护、报废等工作提供依据。
　　
　　4.在线监测
　　
　　随着数据中心蓄电池规模不断增大,行业内涌现出诸多信息化监测手段,蓄电池在线监测系统就是其中最常见的一种。该系统主要包括监测模块、收敛模块、可视化展现平台、远程告警模块等,可实现对数据中心蓄电池单节电压、组电压、电流、内阻、温度等参数的准实时、自动化监测和预警。虽然在线监测系统为蓄电池维护工作带来了极大的方便,但是不能完全替代日常人工巡检和定期保养,应将其应视为蓄电池日常管理中的辅助和补充手段。
　　
　　五、更换与报废
　　
　　1.异常蓄电池更换
　　
　　在蓄电池管理过程中,有时会出现少量蓄电池因各种原因无法继续使用。此时建议尽快采取更换措施,以免影响整组蓄电池正常功能,避免发生灾难性事故。异常蓄电池更换流程主要包括:准备工具、断开连接、拆除电池、安装电池、正确连接、标识粘贴、测量确认、充电测试、做好记录和后续监测。在异常蓄电池更换工作中,尤其要注意以下三点:
　　
　　(1)新更换的蓄电池建议与现有蓄电池保持同品牌、同型号、同规格。
　　
　　(2)若拟更换多节蓄电池且分布在不同蓄电池组中,可优先使用正常的旧电池拼组复用,再将新电池集中安装在同一组中,这样可以确保其余蓄电池组内的电池同批次。
　　
　　(3)更换工作应确保安全,建议请专业人士操作。
　　
　　2.蓄电池报废
　　
　　如果说蓄电池“选型和采购”是蓄电池整个生命周期的“诞生”,那么“报废”就是“消亡”。报废虽然是蓄电池全生命周期管理中的最后一个环节,但是该过程依然不容小觑,要遵循“科学、安全、经济、环保”的原则。
　　
　　(1)科学原则:蓄电池报废应遵循科学的判断标准,一般包括:蓄电池达到设计使用年限、有较大比例电池超过安全阈值、电池组整体性能满足不了需求、其他应当报废的情况。当经过科学论证(一般应结合厂家意见,邀请第三方独立机构出具论证评估报告),确实达到科学的报废条件时,建议及时报废,以免引发事故。
　　
　　(2)安全原则:蓄电池报废是一项技术性强、安全性要求较高的工作。在报废过程中应遵循安全原则,提前编制报废工作方案和应急处置预案,确保人生身安全、设备安全。同时应注意做好新老电池组衔接,确保数据中心负载用电安全。
　　
　　(3)经济原则:蓄电池相对于数据中心大多数基础设施而言,生命周期较短、投入成本较大。因此,应本着节约数据中心运营成本的原则,充分评估报废蓄电池的残余价值,变废为宝,做到经济效益最大化。
　　
　　(4)环保原则:不管是铅酸蓄电池还是锂离子电池,其本身含有的化学物质对环境都有一定影响。特别是铅酸蓄电池,其危害主要有“有毒性”、“腐蚀性”(国家危险废物名录代码为900-052-31),应交由具备相关废弃物处理资质的专业机构妥善处置。
　　
　　六、结束语
　　
　　本文以长期工作实践为基础,总结数据中心蓄电池全生命周期管理经验,从选型与采购、安装与测试、日常管理、更换与报废四个生命周期阶段开展论述。本文提出的管理理论对相关行业从业人员具备一定的指导价值。由于精力有限,本次论述未能具体深入到蓄电池具体参数分析层面,后续可根据生命周期各阶段的特点,结合科学的指标,做更进一步的研究。
　　
　　编辑：Harris