UPS系统中蓄电池组后备时间的计算

UPS系统中蓄电池组后备时间的计算

王景辉

（华信咨询设计研究院有限公司河北石家庄310000）

摘要：UPS系统中，蓄电池是其后备电力的来源.所以蓄电池组后备时间的计算在整个UPS系统的设计规划中就显得尤其的重要。后备时间是指从交流电源中断至供电时起，在额定输出负载条件下，不间断电源向信息技术设备连续供电的时间。

关键词：蓄电池组；恒流法；恒功率法

一、概述

1）一般配置原则

1、单台UPS主机蓄电池组配置一般不超过4组

2、单体电压12V蓄电池较2V蓄电池价格低廉且占地面积较小，一般宜选12V蓄电池组。

3、若UPS主机配置蓄电池组只数可调节，不建议按最少数量配置。

2）主要影响因素

1、负载总功率P总（W），考虑到UPS的功率因数，在计算时亦可直接以P总的伏安（VA）为单位计算；

2、V低是蓄电池放电后的终止电压（V），2V电池V低=1.7V；12V电池V低=10.2V；

3、I为电池工作电流（A），T为连续放电时间（H），V为UPS外接电池的直流供电电压（V）；

4、放电容量系数。

二、计算方法

一般计算蓄电池组后备时间的常规方法有：

1、根据《YD／T5040-2016通信电源设备安装工程设计规范》恒流法计算；

2、根据蓄电池厂商提供的蓄电池恒功率放电数据表查表计算。

已知400kVA高频UPS，支持电池只数180~240个2V单体（30~40只12V单体）输出功率因数0.9，逆变器效率0.95，后备时间15min，分别以恒流法和恒功率法计算配置蓄电池组。

1）恒流法

根据YD/T5040-2005《通信电源设备安装工程设计规范》第4.3.4条，UPS电池的总容量，应按UPS容量，采用下式（1）计算出蓄电池的计算放电电流I，再根据下式（2）算出蓄电池的容量。

式（1）：I=S×COSφ/µU，

式中，S——UPS额定容量（kVA）；

I——蓄电池的计算放电电流（A）；

µ——逆变器的效率；

COSφ—功率因数

U——蓄电池放电时逆变器的输入电压（V）。（单体电池电压1.85V）

式（2）：蓄电池的容量：

式中，Q——蓄电池的额定容量；

K——安全系数，取1.25；

I——负荷电流（A）；

T——通信设备放电小时数（h）；

α——电池温度系数，本设计取0.01；

t——放电时实际电解液的最低温度，通常取蓄电池安装地的最低环境温度；

——蓄电池额定容量的电解液温度；通常取25℃；

η——放电容量系数，详见下表铅酸蓄电池放电容量系数（η）表。

基于以上计算方法：

蓄电池的计算放电电流I=400kVA*0.9/0.95*（240只*1.85V）=853A；

再根据公式（2），计算出：满足UPS系统后备时间15min的蓄电池容量，蓄电池的容量Q=1.25*853A*0.25h/0.45[1+0.01（5-25）]=741Ah。

铅酸蓄电池放电容量系数（η）表

2）恒功率法

不同厂家蓄电池的恒功率放电数据会稍有所差别，参考厂家提供的恒功率放电数据表，单体电池放电终止电压1.7V时功率为：

W＝η×S×cosφ/n

式中，η——放电安全系数；取1.25；

S——UPS系统额定容量；

cosφ——UPS主机输入功率因数；取0.9；

n——蓄电池只数。取240只。

基于以上计算方法，

即：W＝1.25*400kVA*0.9/240只=1875W。查恒功率放电数据表得出：满足UPS系统后备时间15min，单需配置1组800Ah蓄电池。

表1某厂商蓄电池恒功率放电表

三、恒流法与恒功率法区别

1）蓄电池整个放电过程是恒功率的，而不是恒电流的，而实际上不是线性变化的，平均电压12V也只是个粗略值，随着电池日益老化，偏差会更大。12V铅酸蓄电池，浮充电压一般是13.5V，均充电压是14.1V，放电终止电压是10.5V左右（2V电池浮充2.23-2.25V，均充2.35V，放电终止电压1.63-1.80V）。恒电流法的以电池电压是线性变化为前提，12V（或2V）是电池的平均电压，而实际上不是线性变化的，尤其是在11V以下，因此恒流法比恒功率法误差略大。

2）蓄电池恒功率数据源于新电池试验数据，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蓄电池运行环境交稳定，且UPS负荷长时间在额定容量80%以下运行时选用。

四、结论

UPS系统后备蓄电池的容量计算方法有很多，很难评判出哪种计算方法是最为准确的。各种计算方法有各自的侧重点，在实际应用中需要综合考虑蓄电池的使用情况，UPS系统所带负载情况以及应用的场合来选择适合的电池容量计算方法。

参考文献：

[1]漆逢吉等，通信电源系统。-北京：人民邮电出版社，2008.11

[2]刘涛，魏巍，张世杰等通信用UPS及逆变器。-北京：人民邮电出版社，2008.5