在高可靠的电源系统(直流电源或UPS)中,蓄电池有非常重要的地位,是提高系统可靠性与实现系统功能的保证。为了提高蓄电池本身可靠性且让蓄电池处于最佳工作状态,电源和UPS都有蓄电池管理功能,如浮充、均充、温度补偿、在线测试和欠压保护等。除此之外,还可外加蓄电池专用监控系统,可测蓄电池组电压、电流、温度,各单体电压,有的还可测量内阻等,可以说是一个非常完美的系统,但在实际使用时,仍然会存在一些问题:各种数据采集上来了,但如果没有应用好,还是不能发现并解决问题。
　　
　　举一个真实的案例:2017年?月处理一起蓄电池热失控事故,这个事故以及其他几起事故一样,源于蓄电池热失控,而且都有预兆,如果能及时处理还是能避免事故(该事故后,客户安排一次全网蓄电池排查,按指导发现并处理几起处于萌芽状态的蓄电池),因此总结出来以达抛砖引玉之功效,供业内同行交流完善,期待更优的蓄电池监控方案让厂家和客户受益。
　　
　　本报告为不让读者产生联想,所以不配原始照片,原始监控信息截图也重新排版,最大限度客观公正地交流本次案例,原蓄电池改名为:某公司，用户名改为:某通讯商。
　　
　　1 设备信息
　　
　　①设备型号:维谛技术有限公司Netsure801 CA6;
　　
　　②负载电流:788A;
　　
　　③系统配置:配套三组48V3000Ah 某公司品牌的蓄电池;
　　
　　④故障时间:2017-?-25;
　　
　　⑤系统最大电流:788+6000×0.1=1388A,按要求可配16只,所以配置有富余。
　　
　　2 事件经过(以后台监控时间分析)
　　
　　2017-?-24凌晨1:11起发生定时均充;2017-?-2413:11:08强制转为浮充状态;维护人员发现两组电池有鼓胀变形且表面温度高。
　　
　　3 故障原因分析
　　
　　(1)知识点:关于部分充电参数设置
　　
　　维谛电源关于蓄电池管理部分参数很强大,可依据蓄电池的参数进行精确管理:
　　
　　①均充功能可开启或关闭,均充参数可设置;
　　
　　②可按需开启定时均充,周期与每次均充持续时长均可设置;
　　
　　③定时均充主要功能是均衡蓄电池单体间的电压差异,每次持续时间是固定且可设置的。
　　
　　④有几种蓄电池测试功能,适合各种需求;
　　
　　⑤有蓄电池温度补偿功能,可保证在全温度区间蓄电池处于最佳工作状态。
　　
　　因蓄电池需要均充功能,所以系统开启了均充功能,某通讯商机房电源设定均充保护时间为12h,小于蓄电池推荐均充时间16h(电池壳体上印刷),确认所有参数设置正确。
　　
　　(2)数据分析
　　
　　①经导出监控M810G的历史控制数据(已忽略模块控制及告警信息),可以确认?月24日1:11分的均充是由定时均充触发;均充12h后显示因Time out转浮充,是由均充保护时间到触发!
　　
　　一般由定时均充触发的均充是属于定期均衡性充电,不是因为蓄电池容量不足,主要是为均衡各单体电压,因监控设置了定时均充,所以系统有定时均充动作是符合逻辑的!
　　
　　正常条件下的定时均充,均非电量不足引起,因此一般都不会触发均充保护,本例由均充保护时间触发,说明在第一个均充周期内,有异常!
　　
　　②先了解蓄电池正常充电曲线
　　
　　从图1所示的正常曲线可看出,电池均充后主要有两个阶段,恒流充电阶段与恒压充电阶段,转均充初期是恒流充电阶段,电流最大,随着充电电压上升到均充电压后,电流会慢慢变小,充电后期电流几乎为0;
　　
　　③再继续分析某通讯商机房的蓄电池(分析损坏的第一组蓄电池数据):
　　
　　均充从1:11起,1:12达初期均充电压56.3V,进入恒压充电状态;
　　
　　蓄电池电流在1:12达到初期最大值135A,然后慢慢下降到118A、104A、93A,可看出蓄电池一直未达限流点(300A),说明蓄电池电量比较足,所以从1:12起充电电流已处于下降阶段,到1:16已下降至最低值93A,整体趋势(不考虑数值大小)符合充电曲线;
　　
　　④到10:31时达电流突然增大到185A,再增加到196A,最大达到206A,这一段明显不符合蓄电池充电特性曲线,说明电池在此前已经积累了热失控的条件,最终热失控才会导致电流异常增大!详见表1。
　　
　　⑤从表1也可看出,整个周期内,蓄电池电流均未超过300A(即0.1C10),说明电源限流功能是正常;
　　
　　⑥依据YDT799-2010阀控电池标准的7.20.3部分定义(定义为浮充恒压状态),在恒压状态下,蓄电池电流变化大于50%就可能发生热失控,在第一个恒压同期内从最小92A变到216A,变化超2倍,所以很大概率判断蓄电池发生热失控,表现之一就是变形鼓胀;
　　
　　⑦从后台监控的电池电流数据也能发现蓄电池在均充之前已有异常(见表2):从5月15日(最早的数据)起电流为7.4A,第一组蓄电池浮充电流一直在慢慢增大,至5月23日该电流已增大到10.9A,而这个值在浮充条件下应接近于0(电池组二、三均为0),如果依据这样的趋势,即使不发生均充,蓄电池也会发生故障!
　　
　　⑧关于浮充电流大小的标准
　　
　　关于浮充状态下蓄电池电流应该多大?查询国内没有相关标准,我们在IEEE1188-2005中找到对应的参数及标准;
　　
　　该标准说明了在浮充状态下达到稳态的蓄电池,可能会有微弱的充电电流,该电流与蓄电池容量有一定的比例关系,每100Ah大约会有不超过50mA的电流,折合成3000Ah的蓄电池最大应该为4.5A,超过的基本可判断为异常;依据我们经验,正常浮充达到稳态了,是基本测不到电流的(很小);
　　
　　标准也给了一个极限数据,如果这个电流超过三倍了,肯定就是故障了,可能的问题是:电池单体失水、负极自放电或内部短路;而依据监控数据,在均充前该组蓄电池电流达到10.9A,远超过标准,所以,我们可确认,在均充前蓄电池已损坏!
　　
　　⑨关于浮充电流的业内专家佐证
　　
　　向一位在国内知名蓄电池厂家朋友了解到，他们内部有一个标准，正常状态下浮充电流超过0.5%充电电流。按充电电流为0.1C10倍率算，每安时电流浮充电流应不超0.05%A，换算成100AH的蓄电池则电流为0.05A(即50mA)，结果与IEEE1188-2005的参考浮充电流定义完全一致。
　　
　　4 小结
　　
　　①从电源的控制逻辑分析,电源逻辑是正确的;
　　
　　②从电源的限流特性分析,电源准限定了充电电流,整个周期没有超过0.1C10,满足电池的要求;
　　
　　③电池异常发生在均充周期前,只是因蓄电池的定期均充加速了由量变到质变的过程;
　　
　　5 结束语̶̶ 建议
　　
　　①机房未配置空调,环境温度较高,建议配置空调,降低热失控风险并提高电池寿命;
　　
　　②为维护人员配置红外成像仪,用于快速发现温度异常的单体与连接点;
　　
　　③依据多次蓄电池问题处理经验,浮充状态下的充电电流很有参考价值,如果监控上来,可以发现早期热失控状态的蓄电池:本次事件后,某通讯商依据我方建议,组织三家公司的维护人员做了一次巡检,发现几组处理热失控早期的蓄电池,经过蓄电池提供方售后工程师的处理(补水、调整蓄电池间隔),后面运行正常;
　　
　　④蓄电池浮充电流是蓄电池一个非常重要的参数,需要重点关注,本案例如能提前对蓄电池进行处理,不仅可挽救两组3000Ah蓄电池,更可降低机房安全风险;
　　
　　⑤如果机房没有配空调,建议启用温度补偿功能,温度高了可适当降低充电电压,降低热失控风险。
　　
　　作者简介
　　
　　宗林,维谛技术(VERTIV,原艾默生网络能源有限公司)系统专家,主要从事通信电源与高压直流电源技术支持。
　　
　　编辑：Harris
　　
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