摘 要:根據國際標準和我國行業標準,介紹UPS鉛酸蓄電池容量計算和選擇方法。詳細解讀我國傳統的安時(Ah)容量法和和國際流行的恒功率法(恒電流法)計算公式。闡述重要的設計考慮,並給出設計實例。這些方法和設計考慮也適用於直流供電係統的蓄電池容量的確定。

(2)國產蓄電池的選擇

目前能提供蓄電池恒功率放電數據的國產蓄電池廠家比較少,在網上可以查到的有山東聖陽電源股份有限公司,臥龍電器集團浙江燈塔有限公司等。這些廠家在跟蹤國際先進理念和技術,自主創新方麵走在了前麵。相信不久會有更多的廠家跟上。

現以聖陽閥控鉛酸蓄電池產品SP12-200為例,按恒功率放電特性選擇蓄電池。查SP12-200恒功率放電參數表(見表5)可知,放電20min,終止電壓為1.67V/隻時的功率為444.9W。

根據蓄電池容量計算結果,每隻單體電池功率要求為1268.12W,因為1268.12/444.9=2.850,故可以選擇這個蓄電池3組並聯,每組包含32隻SP12-200(6×32=192隻單體電池),。

因為蓄電池計算總功率為243478.26W,現配置3組蓄電池,配置的蓄電池總功率為444.9×3×192=256262.4W>243478.26W。因此具有一定的功率裕量。

提示:采用恒功率法選擇的聖陽蓄電池與前述采用安時(Ah)法選擇的聖陽蓄電池是相同的(SP12-200)。

3 恒電流法

除了利用恒功率放電特性確定蓄電池容量外,還可以利用恒電流放電數據確定蓄電池容量。如果蓄電池的負載中包括恒功率負載和恒電流負載,將恒功率轉換為恒電流,進行蓄電池容量的計算將更方便。采用恒電流法計算蓄電池容量需要考慮的問題與恒功率法完全相同,如前所述,包括電壓窗設計和單體電池隻數的選擇、溫度校正係數、老化係數。

采用恒電流法確定蓄電池容量,隻需將計算出的所需蓄電池校正恒功率轉換為校正恒電流,即可查閱蓄電池恒電流放電數據,確定蓄電池容量。下麵介紹將UPS逆變器的恒功率轉換為恒電流的方法和恒電流法蓄電池容量計算步驟。

3.1 將逆變器的恒功率轉換為恒電流

(1)計算蓄電池恒功率負載

按式(10)計算老化和溫度校正後蓄電池校正功率為

式中, K 老化 -老化係數;

K 溫度 -溫度校正係數;

S -逆變器輸出視在功率(kVA);

cosφ-逆變器負載功率因數;

μ-逆變器效率。

(2)計算單體電池隻數n

按式(11)計算單體電池隻數為

(3)計算蓄電池平均電壓 U 平均

按式(3)計算平均電壓為

U 平均 =1.96n

注:也可按式(4)或式(5)計算。

(4)將蓄電池恒功率負載轉換為恒電流負載

首先計算蓄電池平均放電電流(逆變器平均輸入電流):

(15)

3.2 根據恒電流數據選擇蓄電池

廠家提供的恒電流放電數據表給出了單體電池在規定放電時間內放電到規定的終止電壓所能輸出的電流數據。

在選擇單體電池時,應根據蓄電池恒定放電電流,查閱廠家提供的蓄電池恒電流放電數據表,選擇能提供此電流或大於此電流的單體電池。如果表中恒電流數據小於需要的單體電池的電流,可以考慮兩組或多組並聯,並聯組數一般不大於4組。

3.3 恒電流法計算實例

仍需考慮恒功率法計算實例的工況(參見2.4),但采用恒電流法確定蓄電池容量。

(1)蓄電池平均放電電流 I 平均

按式(15)計算 I 平均 ,將在恒功率法中計算得出的相關數據帶入式(15)(忽略電纜壓降)得

(2)單體電池的選擇

根據以上計算結果(單體電池的放電電流647A、放電時間20min和放電終止電壓1.67V/隻),按照廠家提供的蓄電池恒電流放電數據表,選擇電池。

現仍以EnerSys公司的蓄電池為例,選擇蓄電池。

查 U P S 專 用 前 置 端 子 V R L A 蓄 電 池(16V)Datasafe HX恒電流放電數據表(見表6)可知,16HX800F-FR放電20min,終止電壓為1.67/隻,電池放電電流為377A/隻。

根據蓄電池容量計算結果,蓄電池恒電流放電電流為647A,因為647/377=1.72。

故可選擇這種蓄電池2組並聯。每組配置24隻16HX800F-FR(包含8×24=192隻單體電池)。

因為要求蓄電池恒電流放電電流為647A,現配置兩組蓄電池,每組377A,總放電電流為377×2=754(A)>647A,所以有一定的裕量。

提示:采用恒電流法確定的EnerSys蓄電池與前述采用恒功率法確定的EnerSys蓄電池是相同的(16HX800F-FR)。

4 結束語

安時(Ah)法是我國傳統的確定蓄電池容量的方法,上世紀50年代開始在原郵電部設計院(現中訊郵電谘詢設計院)內部使用,後納入我國郵電行業標準。現已證明該方法設計考慮完善,蓄電池容量確定準確,而且適應我國和世界蓄電池廠家產品資訊。恒功率法(恒電流法)是當前國際流行的、相關國際標準推薦的方法。使用方便、容量確定準確,但需要蓄電池廠家提供恒功率(恒電流)放電數據,當前我國蓄電池廠家產品資訊不完全適應(許多廠家尚不能提供恒功率放電數據)。應該指出,兩種方法的設計理念是完全一致的,安時(Ah)法的設計考慮包括老化係數、溫度係數、放電容量係數等,而恒功率法(恒電流法)在容量計算中隻考慮老化係數和溫度係數,沒有放電容量係數,但在恒功率(恒電流)放電數據表包含了放電容量係數的因素。所以,對於同一工況,兩種方法確定的蓄電池容量是相同的。因此,可根據蓄電池產品資訊情況適當選用。當前如選用國產蓄電池,安時(Ah)法可能更為方便。

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