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关于UPS蓄电池容量计算与蓄电池配置介绍

时间:2020-04-13 点击次数:169

蓄电池在UPS系统的重要性:蓄电池是UPS系统中的一个重要组成部分,它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度。但很少关注蓄电池配置问题,正确的选择UPS后备电池容量,对UPS系统的正常运行也是至关重要的。蓄电池容量选择过大造成投资的浪费,容量选择偏小不仅不能满足UPS后备时间,造成安全事故,还因电池放电倍率太大,严重影响电池使用性能,寿命,鑫玲电子在本文对UPS蓄电池容量计算及配置做专业介绍。
 
UPS蓄电池容量计算方法很多,各行各业都有相应的计算方法选择的侧重点,下面收集UPS行业中常用的几种计算方法,注意到现有部份行业中UPS系统的负荷当电力出现问题时,负荷会分时段变化,此类系统中蓄电池容量的计算与选择也是众说纷纭,在此提供计算方式供大家讨论。
 

关于UPS蓄电池容量计算方法介绍
首先需要明确一下蓄电池容量的概念,根据YD/T799-2002标准定义,蓄电池容量(AH)是指在标准环境温度下(25℃),电池在给定时间指点终止电压时(1.80V),可提供的恒定电流(0.1C10)A与持续放电时间(10h)H的乘积(I×T)。

确定了UPS和蓄电池的品牌和UPS系统的后备时间,大家可以根据蓄电池的放电性能参数,通过功率法,估算法以及电源法等计算方法来计算确定蓄电池的型号和容量。

在UPS系统中,市电正常时,市电为能量源,UPS为能量转换设备,蓄电池为能量储存,后接负荷为能量消耗源,市电出现问题时,蓄电池作为能量源,UPS为能量转换设备,后接负荷仍为消耗源。

电力常用计算公式为W=U×I×t,P=U×I。在电池作为能量源时同样适用,也是所有UPS后续蓄电池容量计算的依据所在。 
山特UPS电源
 
1、恒功率法(查表法)计算UPS蓄电池容量

该方法是能量守恒定律的体现,蓄电池提供的功等于后者稍大于负荷消耗功。W负荷≤W电池;P负荷≤P电池(P电池等于电池实际试验的恒功率数据)。
P负荷=[P(VA)×Pf]/η
公式中P负荷为电池组提供的总功率;P(VA)为UPS标称容量(VA);Pf为UPS功率因子;η为逆变器转换效率;Pnc为每cell需要提供的功率;n为机器配置的电池数量;N为单体电池cell数;Vmin为电池单体终止电压。

具体计算步骤如下:
①P负荷=[P(VA)×Pf]/η
②Pnc=P负荷/(N×n)
在厂家提供的Vmin下的恒功率放电参数表中,找出P电池等于或者稍大于Pnc的功率值所对应的型号蓄电池。如果表中所列的功率值P电池均小于Pnc。可以通过多组电池并联的方式达到要求。

恒功率法(查表法)是UPS蓄电池容量计算的常用方法,蓄电池容量及型号的确定是根据对应型号蓄电池实际试验数据得来的,电池放电功率数据有限,不能满足所有放电时间下的电池容量计算。不同电压等级电池和同电压等级不同容量电池因提供的恒功率与电池容量值没有线性关系,故不同电压等级和容量不可简单的数字换算来配置,需要严格按照提供的恒功率来配置。不同品牌蓄电池的产品性能存在差异,放电参数相差较大,故同容量不同品牌电池也不可以互换。蓄电池恒功率数据都来自与新电池试验数据,恒功率法(查表法)并没有考虑蓄电池的折旧以及温度的变化,故该方法适用于UPS蓄电池运行环境稳定,且UPS负荷长时间在额定容量80%以下运行时选用。

2、估算法计算UPS蓄电池容量
该方法是和电力公式和蓄电池容量概念的体现。根据已经确定的UPS品牌及型号,大家可知蓄电池组低电压Umin。
I电池=W电池/(U电池×T)=P电池/U电池
C10=I电池/KCh
公式中C10为蓄电池10小时率容量;KCh为容量换算系数(1/h)-蓄电池不同放电时率不同放电终止电压下,电池的容量换算表(25℃)

在UPS系统中,多数情况负荷容量是保持不变的,而电池组随着放电时间逐渐降低的,根据P=U×I可知电池组放电电流逐渐增大。为了计算方便,选择蓄电池组的大工作电流为举例的计算数据。

具体计算如下:
Imax=[P(VA)×Pf]/(η×Umin)
C10=I/KC
公式中Imax为电池组提供大电流;Umin为电池组底工作


估算法在计算的公式大家可以看出,由于采用了Umin(电池组低工作电压值),所以会导致要求的蓄电池组的安时容量偏大的局面。这是因为当蓄电池在刚放电时所需的放电电流明显小于Imax的缘故。按目前的使用经验,可以再计算出C10值的基础上再乘以0.75校正系数。

3、电源法计算UPS蓄电池容量
该方法是在所介绍的UPS后备蓄电池容量计算方法中标准(通信电源设备安装工程设计规范YD/T5040-2005)支持的方法。此方法是仍旧是电力公式与蓄电池容量概念的结合方法来确认蓄电池的容量,不过该方法比估算法全面考虑UPS电池在整个服役期间的电池状态,在电池运行环境温度变化交大时,能准确计算出电池的容量。具体计算方法如下:
I=[P(VA)×Pf]/µU
Q≥KIT/H(1+A(t-25))
公式中I为电池组电流;Q为电池组容量(ah);K为电池保险系数,取1.25;T为电池放电时间;H为电池放电系数;U为蓄电池放电时逆变器的输出电压(V)(单体电池电压为1.85V时);A为电池温度系数(1/℃)当放电小时率≥10时,取0.006,当1≤放电率<10时,取0.008,当放电率<1时,取0.01;t为实际电池所在地低环境温度值,所在地有采暖设备时,按15℃考虑,无采暖设备时,按5℃考虑。

此方法比较全面的考虑环境因数以及蓄电池容量衰减,UPS满荷使用机率较大,以及重要使用场合选用此方法计算配置电池容量。
UPS蓄电池

举个例子
某品牌
80KVA UPS后备时间30min,如何计算电池容量?
该品牌
80KVA UPS直流终止电压为300V及U临界=300V,直流电压为348V电池组选用29只12V电池,故N=29,n=6,U终压=1.75V,UPS的功率因子Pf=0.8,逆变器转换效率η=0.95。

1、恒功率法计算UPS蓄电池容量实例
P(W)=[P(VA)×Pf]/η=[80×1000×0.8]/0.95=67368.4(W)
Pnc=P(W)/(N*n)=67368.4/(29×6)=387.2(W)
查UPS所配电池恒功率表可知:电池终止电压为1.75V时放电30min电池提供功率为217W。
电池组数量=387.2/217=1.78,即选用2组120ah,计58节120ah电池。

2、估算法计算UPS蓄电池容量实例
Imax=[P(VA)×Pf]/(η×Umin)=(80×1000×0.8)/(0.95×300)=224.6(A)
查蓄电池不同放电时率不同放电终止电压下,电池的容量换算表(25℃)可知KCh=0.98。
C10=I/KCh=224.6A/0.98=229(Ah)
按照使用经验,可在计算的基础上再乘0.75校正系数。故需要电池安时数为229×0.75=172(Ah)。
即可选用1组172h电池可以满足负载的使用,根据中达电通12V系列蓄电池容量的设计规格,选用计1组12V200ah电池或者2组12V100ah电池,计29节200ah电池,或者58节100ah电池。
 

3、电源法计算UPS蓄电池容量实例
Imax=[P(VA)×Pf]/(η×U临界)=(80×1000×0.8)/(0.95×300)=224.6(A)
Q≥KIT/≥1.25×224.6×0.5/≥438ah
30min电池的容量换算系数取0.4,(引用该电池不同放电时率不同放电终止电压下,电池的容量换算表),温度为25℃。
因电池组在实际放电过程中,放电电流明显小于Imax的缘故,按照使用经验,可在计算的基础上再乘0.75校正系数。

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