電池容量的計(jì)算

1 概述

在很多的技術(shù)文章中經(jīng)常這樣描述蓄電池在UPS系統(tǒng)的重要性：蓄電池是UPS系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS系統(tǒng)的可靠程度。但很少關(guān)注蓄電池配置問題，正確的選擇UPS后備電池容量，對UPS系統(tǒng)的正常運(yùn)行也是至關(guān)重要的。電池容量選擇過大造成投資的浪費(fèi)，容量選擇偏小不僅不能滿足UPS后備時(shí)間，造成安全事故，還因電池放電倍率太大，嚴(yán)重影響電池使用性能和壽命。

UPS后備蓄電池容量計(jì)算方法很多，各行各業(yè)都有相應(yīng)的計(jì)算方法選擇其側(cè)重點(diǎn)，下面收集行業(yè)中常用的幾種計(jì)算方法，供大家參考。同時(shí)我們注意到現(xiàn)有部份行業(yè)中UPS系統(tǒng)的負(fù)荷，當(dāng)電力出現(xiàn)問題時(shí)，負(fù)荷會(huì)分時(shí)段變化，此類系統(tǒng)中蓄電池容量的計(jì)算與選擇也是眾說紛紜，在此提供我們的計(jì)算方式供大家討論。

2 UPS后備蓄電池容量計(jì)算方法介紹

首先我們需要明確一下蓄電池容量的概念，根據(jù)YD/T799-2002標(biāo)準(zhǔn)定義，蓄電池容量(AH)是指在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下(25℃)，電池在給定時(shí)間指點(diǎn)終止電壓時(shí)(1.80V)，可提供的恒定電流(0.1C10)A與持續(xù)放電時(shí)間(10h)H的乘積(I*T)。

確定了UPS和蓄電池的品牌和UPS系統(tǒng)的后備時(shí)間，我們可以根據(jù)蓄電池的放電性能參數(shù)，通過功率法，估算法以及電源法等計(jì)算方法來計(jì)算確定蓄電池的型號(hào)和容量。

在UPS系統(tǒng)中，市電正常時(shí)，市電為能量源，UPS為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，蓄電池為能量儲(chǔ)存，后接負(fù)荷為能量消耗源，市電出現(xiàn)問題時(shí)，蓄電池作為能量源，UPS為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，后接負(fù)荷仍為消耗源。

圖1

電力常用計(jì)算公式為W=UIt，P=UI。在電池作為能量源時(shí)同樣適用，也是所有UPS后續(xù)蓄電池容量計(jì)算的依據(jù)所在。

2.1 恒功率法(查表法)

該方法是能量守恒定律的體現(xiàn)，蓄電池提供的功等于后者稍大于負(fù)荷消耗功。

W負(fù)荷≤W電池，P負(fù)荷≤P電池

P負(fù)荷={P(VA)*Pf}/η

P電池=電池實(shí)際試驗(yàn)的恒功率數(shù)據(jù)

P負(fù)荷：電池組提供的總功率

P(VA)：UPS標(biāo)稱容量(VA)

Pf：UPS功率因子

η：逆變器轉(zhuǎn)換效率

Pnc：每cell需要提供的功率

n：機(jī)器配置的電池?cái)?shù)量

N：單體電池cell數(shù)
V
min：電池單體終止電壓

具體計(jì)算步驟如下：

P負(fù)荷={P(VA)*Pf}/η

Pnc=P負(fù)荷/(N*n)

我們可以在廠家提供的如表1所示Vmin下的恒功率放電參數(shù)表中，找出P電池等于或者稍大于Pnc的功率值所對應(yīng)的型號(hào)蓄電池。如果表中所列的功率值P電池均小于Pnc，可以通過多組電池并聯(lián)的方式達(dá)到要求。

表1

恒功率法(查表法)是UPS蓄電池容量計(jì)算的最常用方法，蓄電池容量及型號(hào)的確定是根據(jù)對應(yīng)型號(hào)蓄電池實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)得來的，電池放電功率數(shù)據(jù)有限，不能滿足所有放電時(shí)間下的電池容量計(jì)算。不同電壓等級(jí)電池和同電壓等級(jí)不同容量電池因提供的恒功率與電池容量值沒有線性關(guān)系，故不同電壓等級(jí)和容量不可簡單的數(shù)字換算來配置，需要嚴(yán)格按照提供的恒功率來配置。不同品牌蓄電池的產(chǎn)品性能存在差異，放電參數(shù)相差較大，顧同容量不同品牌電池也不可以互換。

蓄電池恒功率數(shù)據(jù)都來至與新電池試驗(yàn)數(shù)據(jù)，恒功率法(查表法)并沒有考慮蓄電池的折舊以及溫度的變化，顧該方法適用于UPS蓄電池運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定，且UPS負(fù)荷長時(shí)間在額定容量80%以下運(yùn)行時(shí)選用。

2.2 估算法

該方法是電力公式和蓄電池容量概念的體現(xiàn)。

根據(jù)已經(jīng)確定的UPS品牌及型號(hào)，我們可知蓄電池組最低電壓Umin。

I電池=W電池/(U電池*T)=P電池/U電池

C10=I電池/KCh

C10：蓄電池10小時(shí)率容量

KCh：容量換算系數(shù)(1/h)

中達(dá)電通DCF126系列蓄電池不同放電時(shí)率不同放電終止電壓下，電池的容量換算表(25℃)(表2)

表2

在UPS系統(tǒng)中，多數(shù)情況負(fù)荷容量是保持不變的，而電池組隨著放電時(shí)間逐漸降低的，根據(jù)P=UI可知電池組放電電流逐漸增大。為了計(jì)算方便，我們選擇蓄電池組的最大工作電流為我們的計(jì)算數(shù)據(jù)。

具體計(jì)算如下：

Imax：電池組提供最大電流

Umin：電池組最底工作電壓值

Imax={P(VA)*Pf}/(η*Umin)

C10=I/KCh

從估算法在計(jì)算的公式中我們可以看出，由于采用了Umin(電池組最低工作電壓值)，所以會(huì)導(dǎo)致要求的蓄電池組的安時(shí)容量偏大的局面。這是因?yàn)楫?dāng)蓄電池在剛放電時(shí)所需的放電電流明顯小于Imax的緣故，按目前的使用經(jīng)驗(yàn)，可以再計(jì)算出C10值的基礎(chǔ)上再乘以0.75校正系數(shù)。