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一、UPS蓄电池维护的重要性

UPS电源是企业数据中心的动力保证，确保了供电的连续性和安全性，时刻发挥着重要的安全保障作用。蓄电池是UPS重要组成部分，作为动力提供的最后保障，无疑是UPS电源的最后一道保险。据调查，由UPS电源无法正常供电而引发的数据中心事故中有50%以上是由蓄电池故障引发的，蓄电池是UPS电源事故发生率居高不下的一个环节，由此可见提高蓄电池运行安全可靠的必要性和迫切性。

UPS蓄电池普遍缺乏正确的日常维护和准确的检测手段，这为以后UPS正常供电埋下了重大安全隐患，有部分用户通常是等到事故发生，才知道是UPS电池出现故障无法正常供电了。如何提高UPS电源中蓄电池监测管理手段和水平，降低或杜绝蓄电池事故发生率，无疑对于用户具有很高的经济价值。提高UPS蓄电池运行的安全可靠性，是目前困扰用户普遍存在的难题。

二、UPS蓄电池维护现状及安全隐患

1、蓄电池寿命无法达到设计要求，在实际应用中，蓄电池往往在使用1年后就开始出现劣化，使用超过3年的蓄电池劣化程度非常严重，几乎很少能够达到标称容量。这其中存在两个方面的问题，其一，蓄电池厂家对于蓄电池的使用寿命年限是在较为理想的状态下预测的；其二，在使用中对于蓄电池的管理以及维护，没有有效的进行，造成蓄电池在劣化早期，没有及时发现落后电池，致使劣化积累、加剧，容量累积亏损导致蓄电池过早报废。

2、对于蓄电池的充放电缺乏记录及监控，蓄电池运行情况不明。

3、由于没有良好的手段以及管理，蓄电池的使用者对于蓄电池运行情况缺乏足够的了解，特别是对于蓄电池历史数据的整理以及分析。而这些数据的整理与分析需要较强的专业知识。

4、对于蓄电池性能状况不明，特别是UPS蓄电池是否具备瞬间大电流供电能力不了解？

5、对于蓄电池性能状况，如蓄电池的电压均衡性、当前容量，无法清楚实时了解。

6、缺乏温度补偿及环境温度的监测。

7、UPS蓄电池缺乏检测手段和维护仪表，重视程度不足。

8、目前有相当多蓄电池的维护人员，受到误导，认为“免维护”就是不需维护。认为采用三年到期就更换电池的措施能一劳永逸解决并代替维护检测。

三、UPS蓄电池的日常检测

防范胜于救灾，尽早发存蓄电池存在隐患，将断电灾害消除在未发生时，要比制定应急方案更为有效。INNET BCSU-240C系列是一款功能全面、操作简易的蓄电池监测管理系统。其主要功能有：实时显示电池的总电压、总电流、每节电池的电压、温度、最高4节单体电压、最低4节单体电池、电池的工作状态等信息；多种异常报警功能：总电压异常、电流异常、温度异常、单体电压异常、内阻异常、模块通讯异常、浮充电压异常等报警；自动识别电池组的工作状态，显示电池处于：浮充、放电、均充等状态；充放电过程数据存储记录功能：能自动记录8次10小时以上的电池充放电数据；内阻测试及数据记录：只要电池处于放电状态，立即测试每节电池的内阻数据；记录并存储蓄电池在运行过程中发生的异常事件上，能查询30次历史报警和实时报警功能；实时监测，发现落后电池，提前预报蓄电池失效趋势等。

四、系统安全特性

INNET BCSU-240C系列蓄电池在线监测管理系统在设计上充分考虑了各类使用场合及各类意外事故对系统本身及同系统配套使用的各类设备冲击，采用了多种抗冲击、高容错的手段，完全采用高性能的元器件，使得系统具有很高的安全特性。具有很好的独立运行能力，不受用户系统的工作状况影响，也不影响用户系统的工作状态。

1、系统容错性

仪表对充电系统和工作回路也无任何干扰，模块同蓄电池的连接部分均有防过流保险（1A），避免连接导线自身短路或模块的故障对蓄电池的造成伤害。各检测通道均采用高阻抗输入方式，检测回路的电流小于微安级，对蓄电池无任何不良影响。模块同蓄电池的连接采用单线连接方式，连接端都安装过电流保险（0.5A），避免连接导线自身短路或模块的故障对蓄电池的造成伤害。采用小功率元器件设计，系统工作功耗低，对用户供电系统要求不高，不影响用户供电线路。完全独立于用户设备工作。

2、具有防过压过流高频磁场干扰特性

BCSU-240C系列蓄电池在线监测管理系统采用先进的电源变换技术，工作电压范围宽，防过流过压能力强，系统设计有防浪涌电路，可在高频强磁场工作环境下正常运行。

3、电磁兼容性

BCSU-240C系列蓄电池在线监测管理系统在电路设计及结构设计上充分考虑电磁兼容的特性，电磁辐射量小于国家标准。采用金属外壳，具有很好的屏蔽效果。系统本身对外界无任何电磁干扰。

4、在线可维护特性

BCSU-240C系列蓄电池在线监测管理系统采用模块化设计，模块独立性良好，在线维护性强，在线维护不影响用户系统的正常工作。

5、阻燃性

BCSU-240C系列蓄电池在线监测管理系统采用阻燃特性良好的元器件，系统本身的短路过流等原因造成的故障不会引起明火燃烧。

UPS电源的可靠性

从单个UPS的设计来说，可以把整个产品按照模块进行划分，下面图中是一个典型的UPS系统结构图：

从图中可以看到，UPS各个模块之间的依赖关系比较复杂，但是还是可以分出串并联的关系如下：

辅助电源与所有其他模块都是串联的，因此辅助电源的可用性直接限制了系统能够达到的最高可用性等级；

控制模块与除辅助电源之外的其他模块也都是串联的，因此控制模块的可用性也会直接影响到系统总体可用性设计；

对于负载端来说，能够直接相连的只有旁路模块与逆变模块，而这两个模块是并联的；

PFC/整流模块与电池升压模块是并联的，之后再与逆变模块串联； 从能源提供者来讲，这里旁路电源与市电电源是两路独立的电源，而电池能源是由市电经过充电模块提供的。如果充电模块故障的话电池就没有能量存储，实际上也无法实现正常的UPS功能，因此市电-充电模块-电池也是串联的。这样可以画出整个UPS系统的可用性串并联路径图：

从这一路径关系里可以看到，总共存在3条并联的路径，而每一条路径各自又是由数个模块串联起来的。正与前面分析的一样，辅助电源与控制模块的可用性是串联在所有通路上的，因此如果这两者设计有缺陷的话UPS的可用性是无法做的很高的。电池回路串联有最多的模块数量，也是可用性最低的一条路径。

要提升系统的可用性首先要提升关键路径的可用性。从路径图上可以看到就是控制模块与辅助电源。辅助电源是整个UPS的关键点，如果辅助电源不工作整个UPS都将瘫痪。提升辅助电源可用性的方式可以有很多种方案：一种是改进设计，提升MTBF；一种是对辅助电源也适用并联冗余设计，提升可用性；再一种是对UPS的三条可用性路径分别使用不同的辅助电源，相当于把原来完全串联的路径改成并联。在UPS设计中可以混合使用这几种方式，由于上面三条可用性通路是并联的，而旁路通路本身是可用性最高的一条，因此最为推荐的设计就是优先提升旁路的可用性，对旁路单独使用一套辅助电源供电，并且这套电源的尽量采用简单的设计，以拥有高的MTBF。

控制模块同样也是影响到所有路径的关键点，也必须拥有高的可用性。参照辅助电源的处理方法，也可以给相对独立的旁路路径配备单独的控制模块，并且通过与其余控制功能协调工作来达到高可用性的目的。同样，旁路上的控制模块也要尽量简单，以提升可靠性。一种推荐的做法是旁路控制模块不断的检测UPS主控制模块的状态，如果发现主控制模块，则自动切换到旁路方式。此外，对于主控制模块来说也可以通过冗余的方式来提升可用性，比如采用双MCU结构，当一个MCU检测到另外一个MCU发生故障时可以接管另一个MCU的功能，或者采取紧急措施如转旁路来保证负载不断电。

对于UPS来说，电池是保证UPS能够在市电或者旁路断电发生时继续维持供电的关键，但是串联环节最多，也恰恰是可用性最为薄弱的环节。一般电池规格书里面会说明充电电流不要超过0.15CC，这就意味着电池在UPS满载放电放完之后要用数倍的时间才能重新充满，从这个意义上讲其可用性一般都在20%以下。但是由于电池并不是连续工作的，只要在电池放完前市电恢复，在重新充电的过程中也没有再发生断电，那么负载仍然不会受到影响。从这方面来看，电池的可用性在只会发生短时间的断电情况下还是很高的。

再重新来审视电池回路的可靠性，在电池与市电之间还有一个充电器模块环节。如果充电器损坏则电池在一次放完电之后就无法再充回，导致下一次市电停电时负载断电。但是充电器只是在电池需要充电时才会工作，因此如果能够及时对充电器的状态进行监控，在发现充电器异常时及时报警，就能够避免充电器故障带来的问题，从而提升整个UPS的可用性。对于电池也有一样的手段。电池在使用多次之后也会面临容量下降和失效的问题，但是如果能够通过电池状态监控发现电池失效并及时更换，也能够有效提升UPS的可用性。

UPS系统的可靠性

使用UPS电源系统时，不仅要定期对各主要元件进行检查，还要对UPS电池组的各个电池单元端电压与内阻进行检测。若发现其电池组的某个电池单元的端电压差值>0.4 V或者内阻>0.08Ω的时候，就应该断开工作异常的电池单元与电池组的连接导线，使用外置的独立充电器对工作异常的电池单元进行单独充电，将其充电电压（对12V蓄电池而言）保持在13.5~13.8 V之间，充电时间控制在10~12h.需要注意的是，UPS电源在使用过程中，电池组内的各个电池单元的充电会不一致，可能产生电池单元端电压以及电池内阻的不平衡。这些是无法依靠UPS电源系统内部充电回路对其充电而得到消除和校正的，若不及时对不平衡电池单元进行脱机均衡充电的话，可能导致上述问题更加严重。

为了解决这一瓶颈，可以在UPS系统中加入一个特性和电池互补的备用电源：在市电断电时的不需要很快反应，但是在长时间停电条件下能够持续提供电力，燃油发电机组就是最为合适的一个选择。因此在UPS系统配置上可以加入一个自动切换装置，在市电停电后切换到发电机组。这样一来能够极大的提升长时间断电条件下UPS系统的可用性。如此则UPS系统的可用性路径就成为

虽然在可用性路径里面多串联了一个市电与发电机切换用的ATS，增加了单调路径发生故障的概率，但是相对长时间断电带来的可用性问题来说还是值得的。