1、UPS后備蓄電池容量計(jì)算摘要：正確的選擇 UPS 后備電池容量，對(duì) UPS 的正常運(yùn)行至關(guān)重要。電池容量選擇偏小不僅不能滿足 UPS 后備時(shí)間，還會(huì)因電池放電倍率太大，嚴(yán)重影響電池的性能及使用壽命，同時(shí)給系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的隱患。1 概述在很多的技術(shù)文章中經(jīng)常這樣描述蓄電池在 UPS 系統(tǒng)的重要性：蓄電是 UPS 系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè) UPS 系統(tǒng)的可靠程度。但很少關(guān)注蓄電池配置問題，正確的選擇 UPS 后備電池容量，對(duì) UPS 系統(tǒng)的正常運(yùn)行也是至關(guān)重要的。電池容量選擇過大造成投資的浪費(fèi)，容量選擇偏小不僅不能滿足 UPS 后備時(shí)間，造成安全事故，還因電池放電倍

2、率太大，嚴(yán)重影響電池使用性能和壽命。UPS 后備蓄電池容量計(jì)算方法很多，各行各業(yè)都有相應(yīng)的計(jì)算方法選擇其側(cè)重點(diǎn)，下面收集行業(yè)中常用的幾種計(jì)算方法，供大家參考。同時(shí)我們注意到現(xiàn)有部份行業(yè)中 UPS 系統(tǒng)的負(fù)荷，當(dāng)電力出現(xiàn)問題時(shí)，負(fù)荷會(huì)分時(shí)段變化，此類系統(tǒng)中蓄電池容量的計(jì)算與選擇也是眾說紛紜，在此提供我們的計(jì)算方式供大家討論。2UPS 后備蓄電池容量計(jì)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(jù) YD/T799-2002 標(biāo)準(zhǔn)定義，蓄電池容量(AH)是指在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下(25C),電池在給定時(shí)間指點(diǎn)終止電壓時(shí)(1.80V),可提供的恒定電流(0.1C10)A與持續(xù)放電時(shí)間(10h)H 的乘

3、積(I 燈)。確定了 UPS 和蓄電池的品牌和 UPS 系統(tǒng)的后備時(shí)間，我們可以根據(jù)蓄電池的放電性能參數(shù)，通過功率法，估算法以及電源法等計(jì)算方法來計(jì)算確定蓄電池的型號(hào)和容量。在 UPS 系統(tǒng)中，市電正常時(shí)，市電為能量源，UPS 為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，蓄電池為能量儲(chǔ)存，后接負(fù)荷為能量消耗源，市電出現(xiàn)問題時(shí)，蓄電池作為能量源，UPS 為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，后接負(fù)荷仍為消耗源。電力常用計(jì)算公式為 W=UIt,P=UI。在電池作為能量源時(shí)同樣適用，也是所有續(xù)蓄電池容量計(jì)算的依據(jù)所在。2.1恒功率法(查表法)該方法是能量守恒定律的體現(xiàn)，蓄電池提供的功等于后者稍大于負(fù)荷消耗功。W 負(fù)荷 ww 電池,P 負(fù)荷 wp 電

4、池P 負(fù)荷=P(VA)XPf/刀P 電池=電池實(shí)際試驗(yàn)的恒功率數(shù)據(jù)P 負(fù)荷：電池組提供的總功率P(VA):UPS 標(biāo)稱容量(VA)Pf:UPS 功率因子UPS 后不逆變器轉(zhuǎn)換效率Pnc：每 cell 需要提供的功率n：機(jī)器配置的電池?cái)?shù)量N：單體電池 cell 數(shù)Vmin：電池單體終止電壓具體計(jì)算步驟如下：P 負(fù)荷=P（VA）XPf/刀Pnc=P 負(fù)荷/（N 刈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(shù)表中，找出 P 電池等于或者稍大于 Pnc的功率值所對(duì)應(yīng)的型號(hào)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(lián)的方式達(dá)到要求。DCF126-12

5、系列蓄電池恒功率放電特性數(shù)據(jù)（瓦特/cell,250C）型號(hào)g止， 壓放電時(shí)間放電時(shí)間（小）51015304512358101220DCF126-12/1001.60709.5534.6382.2298.1189.1154.1117.110.851.034.5822.5720.3417.128.851.65686.3528.0373.8292.2187.0152.5115.869.750.134.2222.1419.9517.098.821.70665.6499.4359.1285.9184.7149.3114.369.349.834.0222.0119.8217.058.851.75639.

6、6469.6345.9284.9181.3145.1112.268.449.133.5921.7419.7616.998.861.80580.5432.9324.2277.9176.9143.0109.466.948.032.8121.2319.3016.608.781.85540.9394.8297.7272.1174.1142.3106.564.246.631.4920.8118.9216.278.601.60351.4641.5458.6357.8226.9184.9140.585.060.241.4927.0924.4120.5510.611.65323.5633.6448.6350.

7、6224.4183.0138.983.660.141.0726.5723.9420.5110.591.70798.8599.3430.9343.1221.7179.1137.283.159.740.8226.4123.7920.4610.61DCF126-12/1201.75767.6563.5415.0341.9217.6174.1134.682.159.040.3126.0823.7120.3910.631.80696.6519.5389.0333.5212.2171.6131.380.257.639.3725.4823.1619.9210.531.85649.1473.8357.2326

8、.5208.9170.7127.877.055.937.7924.9722.7019.5210.32恒功率法（查表法）是 UPS 蓄電池容量計(jì)算的最常用方法，蓄電池容量及型號(hào)的確定是根據(jù)對(duì)應(yīng)型號(hào)蓄電池實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)得來的，電池放電功率數(shù)據(jù)有限，不能滿足所有放電時(shí)間下的電池容量計(jì)算。不同電壓等級(jí)電池和同電壓等級(jí)不同容量電池因提供的恒功率與電池容量值沒有線性關(guān)系，故不同電壓等級(jí)和容量不可簡單的數(shù)字換算來配置，需要嚴(yán)格按照提供的恒功率來配置。不同品牌蓄電池的產(chǎn)品性能存在差異，放電參數(shù)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(shù)據(jù)都來至與新電池試驗(yàn)數(shù)據(jù)，恒功率法（查表法）并沒有考慮蓄電池的

9、折舊以及溫度的變化，顧該方法適用于 UPS 蓄電池運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定，且 UPS 負(fù)荷長時(shí)間在額定容量 80%以下運(yùn)行時(shí)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(xiàn)。根據(jù)已經(jīng)確定的 UPS 品牌及型號(hào)，我們可知蓄電池組最低電壓 UminoI 電池=W 電池/（U 電池 XT）=P 電池/U 電池Ci0=I 電池/KChC10：蓄電池 10 小時(shí)率容量Kch：容量換算系數(shù)（1/h）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（25C）（如表 2 所示）的電時(shí)闔8tFn)鎏止電壓5阜1 130306D如120120150150中網(wǎng)。300泗心口4加175

10、1751.51.51.51.5口站060330330 0 字4斃0.230.230.190.19 0170170 013,13, 0.130.1318181.41.41414090/530/53037037032032c550220221 1：110 0M MO3O30.130.13385385】3 312312307707705405403030KISIISIQ16Q16014014Q Q1?1?0.110.1191J1J0C60C6049049C C323202$02$0M0J0J0170171151151131130 011IA1在 UPS 系統(tǒng)中，多數(shù)情況負(fù)荷容量是保持不變的，而電池組

11、隨著放電時(shí)間逐漸降低的，根據(jù) P=UI 可知電池組放電電流逐漸增大。為了計(jì)算方便，我們選擇蓄電池組的最大工作電流為我們的計(jì)算數(shù)據(jù)。Imax：電池組提供最大電流Umin：電池組最底工作電壓值Imax=P(VA)XPf/(m%UCi0=I/KCh從估算法在計(jì)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(huì)導(dǎo)致要求的蓄電池組的安時(shí)容量偏大的局面。這是因?yàn)楫?dāng)蓄電池在剛放電時(shí)所需的放電電流明顯小于 Imax 的緣故，按目前的使用經(jīng)驗(yàn)，可以再計(jì)算出 C10 值的基礎(chǔ)上再乘以 0.75 校正系數(shù)。2.3電源法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)

12、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)/UQKIT/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 1.25T 電池放電時(shí)間H 電池放電系數(shù)，見表 3U 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/C)當(dāng)放電小時(shí)率10 時(shí)，取 0.006,當(dāng) 1w 放電率10 時(shí)，取

13、 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 15c 考慮，無采暖設(shè)備時(shí)，按 5c 考慮。表 3電池放電小時(shí)數(shù)(h)0.51234681020放電終止電壓(v)1.651.701.751.701.751.801.801.801.801.801.801.801.85放 電容 量系統(tǒng)防 酸電池0.380.350.300.530.500.400.610.750.790.880.941.001.00閥 控電池0.480.400.400.580.550.450.610.750.790.880.941.001.00此方法比較全面的考慮環(huán)境因數(shù)以及蓄電池

14、容量衰減,要使用場合選用此方法計(jì)算配置電池容量。舉例說明:UPS 滿荷使用機(jī)率較大，以及重臺(tái)達(dá) NT 系列 80KVAUPS 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。達(dá) NT80KVAUPS 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 Y=0.95。(1)恒功率法P(W)=P(VA)XPf/刀=80X1000X0.8/0.95=67368.4(W)Pnc=P(W)/(N 卅=67368.4/(296)=3

15、87.2(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)XPf/(min)U=(80M000X0.8)/(0.95300)=224.6(A)查中達(dá)電通 DCF1-26 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(25C)(表 1)可知 KCh=0.98。C10=I/Kch=224.6A/0.98=229(Ah)按照使用經(jīng)驗(yàn)，可

16、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229X0.75=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)XPf/(WMB)=(801000X0.8)/(0.95300)=224.6(A)QKIT/Hrk1+A25)1.25X224.6X0.5/0.4X0|哪。438Ah30min 電池的容量換算系數(shù)取 0.4,(引用中達(dá)電通 DCF1

17、26 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 25C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 438X0.75=328.5(AH)。即：選用 3組 120AH，計(jì) 87 節(jié) 120Ah 電池。3UPS 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

18、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=KtXKdXKa,Kk 取 1.40Kt：溫度補(bǔ)償系數(shù)，取 1.10Kd：設(shè)計(jì)裕系數(shù)，取 1.15Ka：蓄電池老化系數(shù)，取 1.10I1,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