數據機房用高功率鉛酸蓄電池漏液危害及預防措施

近幾年隨著信息及計算機網絡的飛速發(fā)展,我國對數據中心的建設規(guī)模日益增大。數據中心的平穩(wěn)運行,離不開UPS系統(tǒng)的保障。UPS系統(tǒng)又叫“不間斷電源”,作用是保護計算機數據中心網絡設備供電不間斷,為計算機及其網絡系統(tǒng)提供持續(xù)電力保障。

目前我國在數據中心建設中,UPS系統(tǒng)大多采用閥控密封鉛酸蓄電池作為后備應急電源。閥控密封鉛酸蓄電池具有技術成熟、性價比高、使用維護方便、生產工藝成熟而且有環(huán)境友好、可再生等特點,其中高功率鉛酸蓄電池更兼具有大電流輸出性能好、比能量高的優(yōu)點而被廣泛采用。高功率鉛酸蓄電池作為UPS系統(tǒng)的關鍵組成部分,其優(yōu)劣直接影響到UPS系統(tǒng)的可靠程度。在影響UPS穩(wěn)定性和可靠性的諸多因素中,蓄電池漏液是最不可忽視的致命隱患。一旦蓄電池出現漏液,引起蓄電池組發(fā)生電氣短路,必然導致UPS直流電源系統(tǒng)輸出電壓瞬間跌落,引起負載設備掉電,導致網絡中斷故障,影響信息通信傳輸,如果不能及時發(fā)現和切斷電源,則會引起機房火災事故。

1 高功率鉛酸蓄電池漏液原因分析

松下蓄電池在數據機房內長時間使用過程中,不管是什么型號電池,或多或少都會有一些安全隱患問題,諸如因為制造、搬運、運輸、維護不當、使用時間過長、安裝不好等問題引起電池變形、漏液,而電池漏液是常見的安全隱患問題。通過多年來的研究分析,主要是以下幾個原因導致漏液。

①電解液

高功率鉛酸蓄電池為免維護電池，電池后期維護不需要添加電解液。在生產過程中一般采用貧液技術，正極產生的O2通過超細玻璃纖維隔板通道到達負極進行復合吸收，如果電池內部電解液量過多，壓力增加，導致復合通道受阻，則會增加蓄電池內部氣體壓力，使電池在密封不良的地方產生漏液。

②安全閥

安全閥是松下蓄電池調節(jié)氣體壓力的“節(jié)拍器”,在一定壓力下對電池起到密封的作用，可以防止電解液向外界溢出。當蓄電池超過規(guī)定壓力后，安全閥自動打開放氣，造成安全閥漏液的原因一般有兩個:

    一是電池加酸量過多,電池處于富液狀態(tài),致使O2再化的氣體通道受阻,電池生成的氣體無法復合,內部壓力增大后導致安全閥頻繁開啟,氣體溢出安全閥后在電池外部遇冷,在安全閥周圍冷凝成酸液;

二是安全閥周圍橡膠墊老化,電池密封性能變化,造成開閥壓力下降,安全閥長時間開啟,酸霧冷凝成液體后造成漏液現象。

③極柱端子

極柱漏液的現象在數據中心比較普遍,電池在運行1年后,個別極柱端子就會產生漏液,往往運行5年后,極柱端子漏液問題就非常嚴重了。電池漏液的關鍵原因就是極柱金屬與電池蓋密封膠配合不好,極柱端子在酸性環(huán)境中被氧氣腐蝕,電解液在內部氣壓作用下,沿著腐蝕的路徑,流到端子表面產生漏液,這就是俗稱的爬酸現象。

④電池槽蓋

目前電池槽蓋密封有環(huán)氧樹脂密封和熱封兩種方式。

環(huán)氧樹脂膠封漏液,主要是膠封控制條件較為嚴格,要求環(huán)氧膠配方和固化條件控制要好,否則會造成密封膠與殼體粘結處結合不好,形成漏液通道,造成電池漏液;

電池熱封則是將電池槽蓋塑料在特定的溫度和時間內,加熱熔化,如果加熱溫度和加熱時間控制好,且密封處干凈無污染,密封是非?？煽康?。通過解剖分析,一般發(fā)生漏液現象的電池,電池槽蓋熱熔層存在蜂窩狀沙眼,在內部氣體壓力下,酸霧隨著O2通過沙眼,產生漏液。

2 高功率鉛酸蓄電池漏液的預防措施

要解決松下蓄電池組漏液的問題,最核心的是確保鉛酸蓄電池的質量,如保證蓄電池電解液量在一個合理的范圍,確保電池外殼的密封性,以及保證電池槽蓋密封的有效性等。在源頭上控制漏液是最重要的方式,也是電池廠家最基本的責任。

當然,任何產品都很難做到100%的良品率,因此通過一些附加的方法來預防電池漏液造成危害也有了一定的現實意義。通常,數據中心用戶防止蓄電池漏液引起短路危害,主要采取以下一些措施。

①絕緣墊

數據中心安裝絕緣墊是最簡單有效地防止高功率鉛酸蓄電池短路的一種方法,其一般放置在電池和電池架承重梁的中間,通過在電池底部增加絕緣墊的方法,使電池漏液產生的電解液堆積于絕緣墊上,而不是電池架上,防止電池漏液流出的腐蝕性液體與電池底部的金屬架間導通引起電氣短路,安裝示意圖如圖1所示。

該措施實施方便,對于立式安裝的電池具有一定作用,但也有局限性:一是若電池漏液量大,絕緣墊也不能完全承接所有液體,液體流到下層架子或電池上,造成架子腐蝕以及電氣短路;二是電池為臥式安裝時,由于絕緣墊只覆蓋電池部分面積,無法覆蓋到電池蓋與極柱范圍,電池漏液產生的酸液滴漏到下層電池及電池架上,造成架子腐蝕以及電氣短路;三是絕緣墊整張鋪設,不利于上下層電池間散熱。

絕緣墊目前有阻燃橡膠墊和環(huán)氧樹脂板兩種材料。阻燃橡膠墊材質為橡膠,材質中添加阻燃劑達到阻燃的效果,橡膠墊因其具有高彈性,所以其抗震性能特別好;橡膠絕緣墊表面阻力大,安裝困難,散熱性能差,但價格比較便宜。

環(huán)氧樹脂墊采用的材質為環(huán)氧板,又稱玻璃纖維布,是用環(huán)氧樹脂粘合而成加溫高壓制作,在中溫下機械性能高,在高濕下電氣性能穩(wěn)定,用來防止電池漏液引起的電氣短路,效果十分顯著。相對而言,環(huán)氧絕緣板表面光滑,安裝方便,但是價格比橡膠墊貴。

②絕緣護套

在電池抗震鐵架每層鐵架構件(承重梁)與電池殼體接觸部分上襯以塑料絕緣護套,將金屬承重梁全包裹,如圖2所示,其作用就是將電池與金屬電池架之間隔開,防止漏下的腐蝕性液體將電池與架間導通,發(fā)生電氣短路。絕緣護套也可以叫做U型卡槽或承重梁護套,一般設計成U形卡在電池承重梁上。材質選阻燃PVC、ABS或PP等塑料材質,光滑、耐磨、抗壓力好,安裝方便。且不影響電池上下層通風散熱。缺點是不能承接液體,液體量大會流到下層電池上產生腐蝕。絕緣護套需要根據承重梁形狀專門定制開塑料模具。

③防漏液托盤

為避免電池漏出的腐蝕性液體影響其它架或電池,在電池底部設計一托盤,將整個松下電池完全托住,其長寬尺寸比電池長寬稍大些,電池漏出的酸液能隨著電池槽體流入防漏液托盤內;托盤厚度設計要有一定的強度以承受電池重量;托盤內底部設計導流筋條,使電解液向托盤四處擴散,避免一處電解液沉積過多,使電池長期浸泡在電解液中;托盤材料采用阻燃ABS或其它阻燃塑料材料,保證托盤的阻燃性能,可以一定程度上阻止電池因電氣短路引發(fā)的燃燒。缺點是針對每個型號電池要專門定制塑料模具。防漏液托盤安裝示意圖如圖3所示。

3 結束語

近年來,因鉛酸蓄電池漏液引起的數據機房事故并不少見，漏液對整個系統(tǒng)安全運行造成的危害十分嚴重。所以在數據中心機房日常維護中，了解鉛酸蓄電池漏液現象造成的危害、產生的原因及應對措施是非常有必要的。本文詳細分析了鉛酸蓄電池漏液產生的原因，并重點基于蓄電池漏液已形成的情況下，對蓄電池漏液提出了幾種預防的措施，以期對數據中心的安全運行提供一些幫助。