UPS电池容量选取的计算方法

UPS电池容量选取的计算方法

刘瑞成,王辉,俞晓乘

青岛特殊钢铁有限公司 266400

摘要：UPS蓄电池容量选取的计算方法很多，各行各业都有相应的计算方法来满足自己的使用，本文根据实际工作中总结的一点经验，收集了行业中常用的三种计算方法，对UPS电池容量选取的计算方式提供给大家讨论学习。

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1 概述

UPS的蓄电池是不间断供电系统中的一个重要组成部分，蓄电池容量的配置问题直接关系到整个UPS系统的供电时长，正确选择UPS蓄电池的容量，对所供电的系统正常运行也是至关重要的。电池容量选择过大会造成投资的浪费，而电池容量选择偏小不仅不能满足UPS的后备时间，还有可能造成安全事故，而且电池放电倍率过大，会严重影响电池使用性能和寿命。

2 UPS电池容量选取计算方法介绍

首先我们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C(Ah)是指在标准环境温度下（25℃），电池在放电率为10h时，达到单体终止电压V（1.80v），可提供的恒定电流A (1.0C10)与持续放电时间H (放电率10h)的乘积（I*T）。[1]

当确定了UPS所带系统需要的后备时间，我们可以根据蓄电池的放电性能参数，通过功率法、估算法以及电源法的计算方法来确定需要的蓄电池容量。

3 UPS电池容量选取计算方法

电力常用计算公式为W=UIt，P=UI，在电池作为能量源时同样适用，也是所有UPS后备电池容量计算的依据所在。

3.1 恒功率法

恒功率法又叫查表法，该方法对蓄电池容量的确定，是根据对应型号规格的蓄电池，通过试验数据得来的。因恒功率与电池容量值没有线性关系，不同电压等级电池和同电压等级不同容量电池，不可简单的换算来配置，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，所以同容量不同品牌电池也不可以互换。恒功率数据都来自于新电池试验数据，恒功率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。

该方法是能量守恒定律的体现，蓄电池提供的功率要大于等于负荷消耗功率， 即W负荷≤W电池，P负荷≤P电池 ，P电池为电池实际试验的恒功率数据。

P负荷={P（VA）*Pf}/η

Pnc=P负荷/（N*n）={P（VA）*Pf}/η/（N*n）

P负荷：电池组提供的总功率

P（VA）：UPS标称容量（VA）

Pf：UPS功率因子

η：逆变器转换效率

Pnc：需要提供的功率

n：机器配置的电池数量

N：单体电池cell数（电池芯数）

计算中，电池放电截止电压取 1.75 V，而非其他值，原因是电池的放电截止( 终止) 电压指电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电截止电压后电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。[2]

举例：UPS后备时间30min，选用东芝三菱G8800C系列电池，计算电池容量。

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。

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)

查东芝三菱G8800C系列电池恒功率表可知 ：[3]

HZY12-80电池终止电压为1.75v时放电30min电池提供功率为140W。电池组数量=387.2/140=2.77。即：选用3组80Ah,计87节80Ah电池。

3.2估算法

估算法是利用电力公式进行计算的一种方法，根据确定的UPS型号，我们可知蓄电池组最低电压Umin。

I电池=W电池/（U电池*T）=P电池/ U电池

C10= I电池/KCh

C10 ：蓄电池10小时放电率容量      

KCh：容量换算系数（1/h），电池容量换算表中的系数（25℃）。多数情况UPS所带的负荷容量是不变的，而电池组电压随着放电时间是逐渐降低的，根据P=UI可知电池组放电电流逐渐增大。为了计算方便，我们选择蓄电池组的最大工作电流为我们的计算数据，具体计算如下：

Imax：电池组提供最大电流

Umin：电池组最低工作电压值

Imax= {P（VA）*Pf}/（η* Umin）

C10= Imax /KCh

估算法中采用了Umin（电池组最低工作电压值），所以会得出的蓄电池组的容量偏大的数值。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，按经验可以在计算出C10值的基础上再乘以0.75校正系数。

举例：UPS后备时间30min，选用中达电通DCF126系列电池，计算电池容量。

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

查中达电通DCF126系列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) 

在计算的基础上再乘0.75校正系数，故需要电池容量为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

电源法是确定蓄电池容量计算方法中唯一标准（通信电源设备安装工程设计规范YD/T5040-2005）支持的方法。此方法比估算法更全面考虑了UPS电池在整个使用期间的状态，在电池运行环境温度变化较大时，更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))

I：电池组电流

Q：电池组容量（ah）

K：电池保险系数，取1.25

T：电池放电时间

H：电池放电系数

U：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：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：电池所在地最低环境温度值，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，以及UPS满负荷使用率的情况下进行的容量计算。

Imax={P（VA）*Pf}/（η*U临界）=(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电池的容量换算系数取0.4(电池的容量换算表中得出，温度为25℃)。因实际放电过程中，放电电流明显小于Imax的缘故，在计算的结果上再乘0.75校正系数。

参考文献：

[1] YD/T799-2002 《通信用阀控式密封铅酸蓄电池》

[2] 修志刚，张慧康，李海林，刘延进著，《UPS电池容量计算方法》，现代建筑电气，2013(11):04

[3] 修志刚，张慧康，李海林，刘延进著，《UPS电池容量计算方法》，现代建筑电气，2013(11):04