電池容量的計(jì)算

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/T5040-2005)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)/μU
Q≥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1.25
T：電池放電時(shí)間
H：電池放電系數(shù)，見表3
U：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/℃)當(dāng)放電小時(shí)率≥10時(shí)，取0.006，當(dāng)1≤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℃考慮，無采暖設(shè)備時(shí)，按5℃考慮。

表3

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，UPS滿荷使用機(jī)率較大，以及重要使用場(chǎng)合選用此方法計(jì)算配置電池容量。

舉例說明：

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。

臺(tái)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η=0.95。

(1)恒功率法
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)

查中達(dá)電通DCF126-12系列電池恒功率表(表1)可知

DCF126-12/120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

Imax={P(VA)*Pf}/(η*Umin)=(80*1000*0.8)/(0.95*300)
=224.6(A)

查中達(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)可知KCh=0.98。

C10=I/KCh=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*0.75=172(AH)。即：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)*Pf}/(η*U臨界)=(80*1000*0.8)/(0.95*300)
=224.6(A)
Q≥KIT/{Hηk[1+A(t-25)]}
≥1.25*224.6*0.5/{0.4*0.8[1+A(t-25)]}
≥438AH

30min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)，溫度為25℃。

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438*0.75=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=Kt×Kd×Ka，Kk取1.40
Kt：溫度補(bǔ)償系數(shù)，取1.10
Kd：設(shè)計(jì)裕系數(shù)，取1.15
Ka：蓄電池老化系數(shù)，取1.10
I1，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，注意容量換算系數(shù)KC的選定，不同的蓄電池，不同的終止電壓及不同的放電時(shí)間，KC值是不同的。

UPS系統(tǒng)階梯式負(fù)荷的運(yùn)行，如圖2所示。

圖2 階段負(fù)荷功率變化圖

為了計(jì)算方便，各階梯假設(shè)是恒定的，采用極限法確定蓄電池組的放電電流值，U值我們選用的1.80V/cell.顧電池組放電電流(I=P/U)就可以為如圖3所示。

圖3 蓄電池組放電流

4 總結(jié)

UPS后備蓄電池的容量計(jì)算方法很多，我們很難說出那種計(jì)算方法是最準(zhǔn)確的，各種計(jì)算方法各有側(cè)重點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮蓄電池的使用情況，UPS所帶負(fù)載情況以及應(yīng)用的場(chǎng)合來選擇適合的電池容量計(jì)算方法。■