透過BMS掌握SOC 大幅推升機房電池管理效能

海灣能源科技總經理林一明。

不可諱言，伴隨企業營運與IT關聯性日益深化，備援電池對於資訊機房的重要性，自然與日俱增，按理說各企業本應為此嚴陣以待，但迄今電池管理機制仍有欠成熟且不到位；究其主因，乃是由於電池猶如「啞巴」，以致讓人很難做到有效管理。

海灣能源科技總經理林一明表示，正因為電池不講話，所以企業機房的管理者，永遠不知道電池組的荷電狀態(Status of Charge；SOC)，意即無法預先探知電池的壽命，既然如此，只好另闢蹊徑，藉由量測電池兩端電壓作為參考數據，再佐以學習曲線回推，藉以作為判斷基準，然而這般方法失之精準，實有改善必要；因此他主張藉助電池管理系統(BMS)，針對電池組善設智慧化管理機制，讓原本開不了口的電池懂得說話，懂得回饋SOC資訊。

僅靠兩端電壓加經驗法則  不足以解決難題

然而，要想有效解決電池管理問題，林一明建議，首先得從界定電池的選用類型開始做起。他指出，有關商品化電池的選用之道，必須留意幾個重要原則，包括需要瞭解單節電池的使用壽命與材料壽命之比較資訊，需要洞悉電池在集體使用時，容易受限於單體的一致性因素，接著也有必要探知環境溫度對電池的影響，以及各種電池的成本比較。

事實上，不管技術如何演進，商品化電池大抵仍鉛酸、鋰離子等兩大系列，且不論哪一系列，都不會因技術演進而致汰舊換新，如同看似老邁的鉛酸電池，由於掌握了價格低、易商品化、適合做大容量電池等種種利基，迄今用量仍大，且每年都還維持5~7%的正成長，至於鋰系列電池，則非常適合做小容量電池，恰好與鉛酸電池形成互補，故而相互取代的機會不大。

林一明特別介紹鉛酸電池的進化版，也就是全膠體電池。據悉，35年前有科學家基於環保，遂將電池中的硫酸予以固化，冀望藉此改善電池壽命，並讓使用溫度的範圍更加廣闊，但唯一未能解決的致命傷，即是容量問題，因而使該專利為之延宕，直至1996年波斯灣戰爭，美軍發現戰車電池中的硫酸，會與空氣結合產生侵蝕性，導致戰車失靈，於是由五角大廈重託民間，重新研究全膠體電池，才讓這類電池於2005年走向商品化。

總結全膠體電池的優勢，在於自放電比率偏低、無漏液問題、循環壽命成本單價僅0.05美元，比鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰鐵電池都來得低，而浮充壽命長達7？10年，亦優於上述各類型電池，此外其循環壽命雖僅有鋰離電池的一半，但也較其他種類電池勝出許多。

善用BMS智慧化管理  建構模組化長效電池

至於智慧化管理？BMS的顯著效益，林一明認為關鍵點便在於「平衡」，只因電池內含化學物質，受限於化學特性無法完全確保一致性，故僅能退而求其次營造較佳的相對一致性，此即為智慧化管理的功效所在，唯有仰賴箇中的平衡功能，方能確使電池組壽命極大化，並能有效管理單節電池的電壓、電流、充放電時間與溫度，否則此問題一日不解，便永遠無可避免「老鼠屎壞一鍋舟」的難題，意即任何壞的電池，往往會拖垮整組電池的使用壽命。

以現今資訊機房為例，經常使用2V工業電池，大舉串聯24顆而至48Vdc容量，倘若中間有壞體潛藏，一定猶如傳染病一般，讓其他好的電池隨它一起向下沈淪，此時不管是檢測兩端或個別電池的電壓，都只是參考數據，不足以徹底解決問題，唯今之計，必須設法掌控單節電池，知道它們的SOC，才能求取相對一致性。

林一明進一步解釋，倘若未使用BMS，不僅缺乏諸如「主動平衡管理」、「延長電池使用壽命」、「提升儲備容量」等維護功能，若欲執行管理維護，只能定期安排工作人員赴現場檢測，一旦發現壞品電池亦應隨時更換，此外資料內容也僅限一般電壓檢測數據，且無異常通知機制，也無法節省電力。

反觀若是採用BMS，即可進行模組化運用，透過4顆12V單節電池串聯為48V大電池，如此一來，便有了一致性，讓換修時可同進同出。
在此前提下，若企業果真具備48V大型儲能系統建置需求，即可套用上述模式，但務必另外載入電池管理系統BMS，再選用12V膠態電池，便能發揮相得益彰之妙效。

林一明指出，膠態電池循環壽命平均達450次，優於單節酸電池的250次，且支援下達攝氏負40度的低溫放電優勢；至於BMS，旨在解決方案串並聯後的一致性變異所造成的衰減麻煩，且可顯示個別電池的電壓、電流、溫度與容量等細部資訊；此外尚有另一機制－BMS資料獲取器，其可提供RS232平台，經由無線傳輸實現遠端監控功能。

林一明強調，儘管以4顆電池串為1個Pac模組，但不意謂其擴充能力，就這麼到此為止，企業仍可視眾多模組為大電池，繼續進行並聯或串聯，再搭配上層管理制，即可望把電池容量格局放得更大。必須留意的是，電池皆有「內部高溫逾45度必定崩壞」宿命，但為了擔心崩壞而耗用大量製冷資源，也流於矯枉過正，反倒導致能耗飆高，值此時刻，只要有BMS看管，就能在溫升達45度時才啟動強制散熱，進而在節能減碳、機房安全等兩天平端之間，找到最佳平衡點。