UPS后備蓄電池容量計(jì)算共8頁

1、UPS后備蓄電池容量計(jì)算i摘要：正確的選擇UPS后備電池容量，對UPS的正常運(yùn)行至關(guān)重要。 電池容量選擇偏小不僅不能滿足 UPS 后備時(shí)間，還會(huì)因電池放電倍率太大，嚴(yán)重影響電池的性能及使用壽命，同時(shí)給系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大;的隱患。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

2、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/T799-2019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 C）,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 ）o確定了 UP

3、S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。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v用電池)P負(fù)荷w p電池P 負(fù)荷=P(VA) X P

4、f/ rP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功率因子不逆變器轉(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)Vmin :電池單體終止電壓具體計(jì)算步驟如下：P 負(fù)荷=P(VA) X Pf/ 刀Pnc=P負(fù)荷/(N刈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。DCF126-12系列蓄電池恒功率放電特性數(shù)據(jù)(瓦特/cell, 25

5、0C)型號電壓放電時(shí)間放電時(shí)間（小）151015304512358101220DCF126-12/1001.60709.5534.6382.2298.1189.1154.1117.110.851.034.5822.5720.3417.128.851.65686.3528.0373.8292.2187.0152.5115.869.750.134.2222.1419.9517.098.821.70665.6499.4359.1285.9184.7149.3114.369.349.834.0222.0119.8217.058.851.75639.6469.6345.9284.9181.3145.11

6、12.268.449.133.5921.7419.7616.998.861.80580.5432.9324.2277.9176.9143.0109.466.948.032.8121.2319.3016.608.781.85540.9394.8297.7272.1174.1142.3106.564.246.631.4920.8118.9216.278.60DCF126-12/1201.60351.4641.5458.6357.8226.9184.9140.585.060.241.4927.0924.4120.5510.611.65823.5633.6448.6350.6224.4183.0138

7、.983.660.141.0726.5723.9420.5110.591.70798.8599.3430.9343.1221.7179.1137.283.159.740.8226.4123.7920.4610.611.75767.6563.5415.0341.9217.6174.1134.682.159.040.3126.0823.7120.3910.631.80696.6519.5389.0333.5212.2171.6131.380.257.639.3725.4823.1619.9210.531.85649.1473.8357.2326.5208.9170.7127.877.055.937

8、.7924.9722.7019.5210.32恒功率法（查表法）是UPS蓄電池容量計(jì)算的最常用方法，蓄電池容量及型號的確定是根 據(jù)對應(yīng)型號蓄電池實(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。不同電壓等級電池和同電壓等級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

9、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，我們可知蓄電池組最低電壓UminoI電池=W電池/（U電池XT）=P電池/U電池Ci0=I 電池/KChC10：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 C )(如表2所示)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)

10、算數(shù)據(jù)。Imax：電池組提供最大電流Umin：電池組最底工作電壓值Imax=P(VA) X Pf/(叫力 UCi0=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)。2.3 電源法該方法是在所介紹的UPS后備蓄電池容量計(jì)算方法中唯一標(biāo)準(zhǔn)(通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范YD/T5040-2019)支持的方法。此方法是仍舊是電力公式與蓄電池容量概念的結(jié)合 方法來確認(rèn)蓄電池的

11、容量，不過該方法比估算法更全面考慮UPS電池在整個(gè)服役期間的電池狀態(tài)，在電池運(yùn)行環(huán)境溫度變化交大時(shí)，更能準(zhǔn)確計(jì)算出電池的容量。具體計(jì)算方法如下：I=(P(VA) Pf)/ UQ> KIT/H(1+A(t -25)I電池組電流Q電池組容量（AH）K電池保險(xiǎn)系數(shù)，取 1.25T電池放電時(shí)間H電池放電系數(shù)，見表 3U蓄電池放電時(shí)逆變器的輸出電壓（V）（單體電池電壓為1.85V時(shí)）A 電池溫度系數(shù)（1/ C）當(dāng)放電小時(shí)率 10時(shí)，取0.006 ,當(dāng)1 w放電率10時(shí)，取0.008 , 當(dāng)放電率1時(shí)，取0.01。t實(shí)際電池所在地最低環(huán)境溫度值，所在地有采暖設(shè)備時(shí)，按15 c考慮，無采暖設(shè)備時(shí)，按5

12、 c考慮。表3電池放 電小時(shí) 數(shù)（h）0.512346810> 20放電終 止電壓（v）1.651.701.751.701.751.801.801.801.801.801.801.80> 1.85放 電 容 量 系 統(tǒng)防 酸 電 池0.380.350.300.530.500.400.610.750.790.880.941.001.00閥 控 電 池0.480.400.400.580.550.450.610.750.790.880.941.001.00UPS滿荷使用機(jī)率較大，以及重此方法比較全面的考慮環(huán)境因數(shù)以及蓄電池容量衰減, 要使用場合選用此方法計(jì)算配置電池容量。舉例說明：第5頁

13、臺(tái)達(dá)NT系列80KVA UPS后備時(shí)間30min ,選用中達(dá)電通 DCF126-12系列電池，計(jì)算電 池容量。達(dá)NT80KVA UPS直流終止電壓為 300V及U臨界=300V ,直流電壓為348V電池組選用 29只12V電池，故N=29 , n=6 , U終壓=1.75V , UPS的功率因子Pf=0.8 ,逆變器轉(zhuǎn)換效 率 Y =0.95。(1)恒功率法P(W)=P(VA) X Pf/ 刀=80 X1000 X0.8/0.95=67368.4(W)Pnc=P(W)/(N 卅=67368.4/(296)=387.2(W)查中達(dá)電通 DCF126-12系列電池恒功率表(表1)可知DCF126-

14、12/120 電池終止電壓為 1.75V時(shí)放電30min電池提供功率為 217W。電池組數(shù)量=387.2/217=1.78即：選用2組120AH，計(jì)58節(jié)120AH電池。(2)估算法I max =P(VA) X Pf/(min) U=(80 M000 X0.8)/(0.95300) =224.6(A)查中達(dá)電通DCF1-26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 C)(表 1)可知 KCh=0.98 。C10=|/K ch=224.6A/0.98=229(Ah)按照使用經(jīng)驗(yàn)，可在計(jì)算的基礎(chǔ)上再乘0.75校正系數(shù)。故需要電池安時(shí)數(shù)為229 X0.75=172(Ah)。即

15、：可選用1組172h電池可以滿足負(fù)載的使用，根據(jù)中達(dá)電通12V第6頁系列蓄電池容量的設(shè)計(jì)規(guī)格，選用計(jì) 1組12V/200AH電池或者2組12V/100AH電池，計(jì) 29節(jié)200AH電池，或者 58節(jié)100AH電池。(3)電源法Imax=P(VA) X Pf/(Ww )=(80 >1000 X0.8)/(0.95 300)=224.6(A)Q> KIT/H r k1+A25)> 1.25 X 224.0.5/0.40潟1+A(t-25)> 438Ah30min電池的容量換算系數(shù)取0.4,(引用中達(dá)電通 DCF126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)，溫

16、度為25 C因電池組在實(shí)際放電過程中，放電電流明顯小于Imax的緣故，按照使用經(jīng)驗(yàn)，可在計(jì)算的基礎(chǔ)上再乘 0.75校正系數(shù)。故需要電池安時(shí)數(shù)為438X0.75=328.5(AH)。即：選用3組120AH，計(jì)87節(jié)120Ah電池。3 UPS階梯負(fù)荷后備蓄電池容量計(jì)算方法介紹現(xiàn)在越來越多行業(yè)應(yīng)用中特別是在鐵路，地鐵，能源行業(yè)中的UPS系統(tǒng)后接負(fù)荷會(huì)按照性質(zhì)或用途進(jìn)行分類，在市電出現(xiàn)問題時(shí)，負(fù)荷會(huì)按照負(fù)荷的性能和重要性先后退出系統(tǒng)， 這就造成了 UPS后接負(fù)荷是變化著，表現(xiàn)為階梯式負(fù)載。負(fù)荷的變化帶動(dòng)了蓄電池的放電 過來中放電功率和速率的變化。從蓄電池容量換算系數(shù)(1/h)表2中可以看出蓄電池能夠提供放電容量(功率)與持續(xù)放電時(shí)間相關(guān)聯(lián)的。故至今沒有一個(gè)方法能夠很準(zhǔn)確的計(jì)算出此類使用方式下的蓄電池實(shí)際需求 容量。階梯負(fù)荷后備蓄電池容量的計(jì)算我們借鑒的是火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī) 定(DL/T5044-95)中D.2階段負(fù)荷計(jì)算法，具體如下：計(jì)算公式:式中:Cc：蓄電池放電率計(jì)算容量（AH）Kk：可靠系數(shù)，KK=Ktx Kdx Ka, Kk 取 1.40Kt：溫度補(bǔ)償系數(shù)，取 1.10Kd：設(shè)計(jì)裕系數(shù)，取1.15Ka：蓄電池老化系數(shù)，取 1.10I1 , I2 , .In :各階段事故負(fù)荷電流（A）Kc1, Kc2，KCn：各階段容量換算系數(shù)（1/h）。在計(jì)算過程中，注