從1800年世界上第一節(jié)電池發(fā)明至今，電池行業(yè)已經(jīng)走過(guò)了兩百多年歷史。隨著技術(shù)與材料的發(fā)展，市場(chǎng)上各類(lèi)電池多種多樣，已經(jīng)無(wú)所不在地融入了我們的工作和生活當(dāng)中。閥控式免維護(hù)鉛酸蓄電池（簡(jiǎn)稱(chēng)VRLA，圖1）因技術(shù)成熟、原材料廣泛、相對(duì)穩(wěn)定等因素，目前仍然是眾多數(shù)據(jù)中心的首選。

圖1，閥控式免維護(hù)鉛酸蓄電池

通常一個(gè)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心需要的蓄電池?cái)?shù)以萬(wàn)計(jì)，其建設(shè)及維護(hù)成本非常高昂。為了滿足大功率放電需求，各數(shù)據(jù)中心在設(shè)備選型時(shí)大多采用了理論設(shè)計(jì)壽命達(dá)到10年的高放電功率產(chǎn)品（環(huán)境溫度25℃）。但理論不等于實(shí)際，根據(jù)多年的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)達(dá)10年的蓄電池，往往也可能會(huì)過(guò)早地開(kāi)始出現(xiàn)失效故障，根本原因就在于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境及使用方式無(wú)法同設(shè)計(jì)壽命所參考的因素一模一樣，當(dāng)多個(gè)因素偏離項(xiàng)出現(xiàn)時(shí)，將對(duì)蓄電池壽命產(chǎn)生難以估量的影響。

圖2是表示產(chǎn)品可靠性的浴盆曲線，在經(jīng)過(guò)了早期失效期（受原材料質(zhì)量、生產(chǎn)工藝等因素影響）后，如果能通過(guò)良好的應(yīng)用環(huán)境、以及合理的維護(hù)方式延長(zhǎng)偶發(fā)失效周期，則會(huì)極大地提高蓄電池的實(shí)際使用壽命，從而延緩設(shè)備更新采購(gòu)的時(shí)間，降低折舊成本。

圖2，產(chǎn)品可靠性浴盆曲線

作為運(yùn)營(yíng)管理者，當(dāng)我們?cè)诿鎸?duì)機(jī)房?jī)?nèi)數(shù)量眾多的蓄電池，思考提高其使用壽命的維護(hù)方案時(shí)，又不免會(huì)出現(xiàn)以下困惑：

本文將結(jié)合騰訊數(shù)據(jù)中心多年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，圍繞以上問(wèn)題探討提升機(jī)房蓄電池運(yùn)維管理水平的一些思路。

通風(fēng)是蓄電池應(yīng)用環(huán)境的基本要求，這是因?yàn)殂U酸蓄電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生少量氫氣（圖3），在內(nèi)部壓力釋放時(shí)通過(guò)單向排氣閥排出。從防腐蝕及防爆安全的角度考慮，不管是電池柜、電池架，還是電池室，都應(yīng)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的通風(fēng)裝置，避免在完全密封環(huán)境下使用蓄電池。同時(shí)有條件的機(jī)房還可安裝氫氣檢測(cè)裝置。

圖3，電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣

除了通風(fēng)，溫度則是與蓄電池使用壽命強(qiáng)相關(guān)的環(huán)境因素，圖4是某品牌蓄電池的技術(shù)參數(shù)，從中可以看到蓄電池壽命是隨溫度而變化的。目前類(lèi)似于蓄電池、電容等產(chǎn)品的可靠性推算可以參考一個(gè)較為通用的近似方式，即10℃法則。該法則實(shí)際是由瑞典化學(xué)家阿倫尼烏斯創(chuàng)立的經(jīng)驗(yàn)公式Arrhenius equation，即化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)隨溫度變化關(guān)系公式推導(dǎo)而來(lái)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是當(dāng)溫度每上升10℃，產(chǎn)品壽命約減半。

但是對(duì)于蓄電池而言，過(guò)低的溫度卻又會(huì)導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部活性的下降，從而造成放電容量的降低（圖5），因此各品牌蓄電池在設(shè)計(jì)壽命時(shí)的環(huán)境溫度同多數(shù)電器電子產(chǎn)品一致，都以25℃作為了基準(zhǔn)。這個(gè)溫度值在±2℃的浮動(dòng)范圍內(nèi)剛好同大部分機(jī)房的環(huán)境溫度要求保持了一致，比如IT設(shè)備冷通道。

圖4，某品牌蓄電池壽命溫度關(guān)系圖

圖5，某品牌蓄電池運(yùn)行溫度與放電容量關(guān)系圖

當(dāng)前，在騰訊數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)，蓄電池的安裝環(huán)境主要有以下兩種類(lèi)型：

圖6，開(kāi)放式電池架

圖7，電池柜

從維護(hù)便利性上來(lái)看，開(kāi)放式電池架是優(yōu)于電池柜的，但是在配套模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的機(jī)房使用時(shí)，只有電池柜才能在與其它設(shè)備拼接后，組成封閉的環(huán)境實(shí)現(xiàn)冷熱通道的隔離。因此為了給電池柜內(nèi)的蓄電池提供良好的環(huán)境溫度，騰訊數(shù)據(jù)中心在電池柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做了一定的考慮（如圖8）。

圖8，電池柜散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

除此以外，為提高同組蓄電池的溫度均衡性，在模塊化機(jī)房?jī)?nèi)使用電池柜時(shí)，還應(yīng)關(guān)注空調(diào)設(shè)備的控制參數(shù)設(shè)置，優(yōu)化從冷通道進(jìn)入柜體內(nèi)的氣流，以確保柜體內(nèi)不同位置蓄電池散熱條件的一致性。以圖9的數(shù)據(jù)為例，該圖顯示的某組安裝于電池柜內(nèi)的蓄電池在放電測(cè)試后恢復(fù)充電時(shí)的數(shù)據(jù)，通過(guò)綠色的溫度柱狀圖可以發(fā)現(xiàn)不同編號(hào)的蓄電池出現(xiàn)了較大的溫度差異，其中最高的接近29℃，而最低的只有24.5℃。

圖9，某電池組充電時(shí)的溫差

經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，該模塊化機(jī)房因負(fù)荷較低，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)啟的列間空調(diào)數(shù)量少，且空調(diào)的風(fēng)速參數(shù)設(shè)置只有0.4Pa，導(dǎo)致冷熱通道的風(fēng)壓差過(guò)小，無(wú)法提供充足冷量流經(jīng)蓄電池表面帶走熱量。在調(diào)整空調(diào)風(fēng)速參數(shù)至3Pa后，各只電池溫度開(kāi)始逐漸變得均衡，極差從4.4℃快速降至0.9℃（見(jiàn)圖10）。在模塊化數(shù)據(jù)中心大規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，作為運(yùn)營(yíng)管理者，不僅要重視IT類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，同樣也不能忽視了蓄電池這類(lèi)傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備在新的應(yīng)用場(chǎng)合下的環(huán)境條件。

圖10：調(diào)整列間空調(diào)參數(shù)后的溫差

既然提到了溫度，這里就再討論一下溫度補(bǔ)償功能。蓄電池在低溫環(huán)境下適當(dāng)提高充電電壓、在高溫環(huán)境下適當(dāng)降低充電電壓，這是所有蓄電池廠家的技術(shù)要求。而現(xiàn)如今的UPS、HVDC都具備了溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，但是從風(fēng)險(xiǎn)和管理角度并不太推薦在數(shù)據(jù)中心室內(nèi)環(huán)境下使用該功能，主要有以下幾點(diǎn)原因：

因此建議，UPS、HVDC等電源設(shè)備配置并接入電池溫度傳感器，但只需要用來(lái)監(jiān)測(cè)電池環(huán)境溫度并用作報(bào)警、或進(jìn)一步通過(guò)報(bào)警禁止均充功能即可（降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)），而不需要將溫度值用做充電電壓的實(shí)時(shí)補(bǔ)償調(diào)節(jié)。

一個(gè)數(shù)據(jù)中心可能會(huì)同時(shí)選用多個(gè)品牌的蓄電池，每個(gè)廠家對(duì)電池充放電管理參數(shù)都有一定的要求且不盡相同，比如充電電壓、均充時(shí)間等，而同樣配套使用的UPS、HVDC也是品牌型號(hào)多樣，電池管理的軟件邏輯就各不相同了。

以某個(gè)機(jī)房為例，電池品牌涉及A品牌和B品牌兩家（后面以A電池、B電池表示），配套的電源設(shè)備包含C品牌HVDC、C品牌UPS、D品牌HVDC三種，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際配置關(guān)系有以下4種組合：

首先根據(jù)不同蓄電池廠家的技術(shù)要求，我們可以理解A電池和B電池會(huì)有兩套不同的電池管理參數(shù)。但是為什么同樣是A電池，在C品牌和D品牌的電源設(shè)備中參數(shù)設(shè)置會(huì)不同，并且同是C品牌的HVDC和UPS還不同？為了解釋清楚，首先介紹電池管理參數(shù)里的幾個(gè)設(shè)置：

先來(lái)看C品牌HVDC和D品牌HVDC在浮充轉(zhuǎn)均充判據(jù)上的差別，以及現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)性的參數(shù)調(diào)整：

然后再來(lái)看一下同為C品牌的UPS和HVDC，這兩類(lèi)產(chǎn)品雖是同一個(gè)廠家生產(chǎn)，但是屬于不同的設(shè)備類(lèi)型（設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可能不同），實(shí)際在電池管理功能上也會(huì)存在一些差異。比如UPS軟件則沒(méi)有“均充延時(shí)”這個(gè)邏輯，因此在每次放電完成后，只要“均充轉(zhuǎn)浮充電流”達(dá)到判據(jù)條件，則會(huì)立即轉(zhuǎn)浮充。而HVDC在同等判據(jù)下，還會(huì)根據(jù)“均充延時(shí)”維持一段時(shí)間的小電流均充過(guò)程。

所以如果UPS和HVDC設(shè)定為同樣的均充轉(zhuǎn)浮充電流，則會(huì)在同等放電工況下出現(xiàn)HVDC配套蓄電池均充時(shí)間大于UPS蓄電池的情況。在參數(shù)設(shè)置時(shí)，HVDC若啟用了“均充延時(shí)”功能，可考慮將“均充轉(zhuǎn)浮充電流”判據(jù)適當(dāng)調(diào)高一些。

圖11，UPS軟件邏輯中的電池充放電過(guò)程示意圖

那么過(guò)長(zhǎng)的均充狀態(tài)會(huì)有什么危害呢？如果各單體蓄電池電解液飽和度有一定的差異，在均充過(guò)程末期，飽和度較高的蓄電池電壓就會(huì)開(kāi)始上升，導(dǎo)致各單體之間電壓不均衡，進(jìn)而觸發(fā)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)告警。尤其是對(duì)于使用壽命已到中后期的蓄電池來(lái)說(shuō)更要特別注意，因?yàn)榉怯?jì)劃性的均充較多情況出現(xiàn)在電池放電后，該過(guò)程完全由電源設(shè)備自動(dòng)控制，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員若未及時(shí)關(guān)注均充時(shí)的單體電池狀態(tài)，部分老化電池則有可能在長(zhǎng)時(shí)間的均充過(guò)程中出現(xiàn)電壓持續(xù)上升、異常發(fā)熱的情況。

圖12為某組蓄電池放電后，在自動(dòng)均充下的電壓數(shù)據(jù)曲線，可以看到在21:50左右，開(kāi)始有個(gè)別電池電壓出現(xiàn)持續(xù)上升，在人為手動(dòng)關(guān)閉均充前，最高值達(dá)到了15.4V。

圖12，某組蓄電池均充后期的單體電壓數(shù)據(jù)

由上可以看出，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員應(yīng)該仔細(xì)了解不同品牌蓄電池的參數(shù)特性，并熟知各類(lèi)型電源設(shè)備的電池管理功能，同時(shí)對(duì)蓄電池的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便于對(duì)不同搭配組合進(jìn)行差異化參數(shù)設(shè)置，而不是讓系統(tǒng)工作于默認(rèn)參數(shù)下。但由此帶來(lái)的問(wèn)題是設(shè)備組合一旦變多，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)房設(shè)備參數(shù)的復(fù)雜性，增加管理的難度。

因此對(duì)于大體量的數(shù)據(jù)中心建議采取的做法是：對(duì)不同蓄電池廠家的技術(shù)要求進(jìn)行梳理，然后制定統(tǒng)一的電池管理功能需求，通過(guò)軟件邏輯定制化的方式實(shí)現(xiàn)不同品牌類(lèi)型電源設(shè)備的電池管理功能一致性。