電池容量的計算

1 概述

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

UPS后備蓄電池容量計算方法很多，各行各業都有相應的計算方法選擇其側重點，下面收集行業中常用的幾種計算方法，供大家參考。同時我們注意到現有部份行業中UPS系統的負荷，當電力出現問題時，負荷會分時段變化，此類系統中蓄電池容量的計算與選擇也是眾說紛紜，在此提供我們的計算方式供大家討論。

2 UPS后備蓄電池容量計算方法介紹

首先我們需要明確一下蓄電池容量的概念，根據YD/T799-2002標準定義，蓄電池容量(AH)是指在標準環境溫度下(25℃)，電池在給定時間指點終止電壓時(1.80V)，可提供的恒定電流(0.1C10)A與持續放電時間(10h)H的乘積(I*T)。

確定了UPS和蓄電池的品牌和UPS系統的后備時間，我們可以根據蓄電池的放電性能參數，通過功率法，估算法以及電源法等計算方法來計算確定蓄電池的型號和容量。

在UPS系統中，市電正常時，市電為能量源，UPS為能量轉換設備，蓄電池為能量儲存，后接負荷為能量消耗源，市電出現問題時，蓄電池作為能量源，UPS為能量轉換設備，后接負荷仍為消耗源。

圖1

電力常用計算公式為W=UIt，P=UI。在電池作為能量源時同樣適用，也是所有UPS后續蓄電池容量計算的依據所在。

2.1 恒功率法(查表法)

該方法是能量守恒定律的體現，蓄電池提供的功等于后者稍大于負荷消耗功。

W負荷≤W電池，P負荷≤P電池

P負荷={P(VA)*Pf}/η

P電池=電池實際試驗的恒功率數據

P負荷：電池組提供的總功率

P(VA)：UPS標稱容量(VA)

Pf：UPS功率因子

η：逆變器轉換效率

Pnc：每cell需要提供的功率

n：機器配置的電池數量

N：單體電池cell數
V
min：電池單體終止電壓

具體計算步驟如下：

P負荷={P(VA)*Pf}/η

Pnc=P負荷/(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表中，找出P電池等于或者稍大于Pnc的功率值所對應的型號蓄電池。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的方式達到要求。

表1

恒功率法(查表法)是UPS蓄電池容量計算的最常用方法，蓄電池容量及型號的確定是根據對應型號蓄電池實際試驗數據得來的，電池放電功率數據有限，不能滿足所有放電時間下的電池容量計算。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系，故不同電壓等級和容量不可簡單的數字換算來配置，需要嚴格按照提供的恒功率來配置。不同品牌蓄電池的產品性能存在差異，放電參數相差較大，顧同容量不同品牌電池也不可以互換。

蓄電池恒功率數據都來至與新電池試驗數據，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蓄電池運行環境穩定，且UPS負荷長時間在額定容量80%以下運行時選用。

2.2 估算法

該方法是電力公式和蓄電池容量概念的體現。

根據已經確定的UPS品牌及型號，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小時率容量

KCh：容量換算系數(1/h)

中達電通DCF126系列蓄電池不同放電時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系統中，多數情況負荷容量是保持不變的，而電池組隨著放電時間逐漸降低的，根據P=UI可知電池組放電電流逐漸增大。為了計算方便，我們選擇蓄電池組的最大工作電流為我們的計算數據。

具體計算如下：

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)，所以會導致要求的蓄電池組的安時容量偏大的局面。這是因為當蓄電池在剛放電時所需的放電電流明顯小于Imax的緣故，按目前的使用經驗，可以再計算出C10值的基礎上再乘以0.75校正系數。