摘 要:根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),介紹UPS鉛酸蓄電池容量計(jì)算和選擇方法。詳細(xì)解讀我國(guó)傳統(tǒng)的安時(shí)(Ah)容量法和和國(guó)際流行的恒功率法(恒電流法)計(jì)算公式。闡述重要的設(shè)計(jì)考慮,并給出設(shè)計(jì)實(shí)例。這些方法和設(shè)計(jì)考慮也適用于直流供電系統(tǒng)的蓄電池容量的確定。

(2)國(guó)產(chǎn)蓄電池的選擇

目前能提供蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)的國(guó)產(chǎn)蓄電池廠家比較少,在網(wǎng)上可以查到的有山東圣陽(yáng)電源股份有限公司,臥龍電器集團(tuán)浙江燈塔有限公司等。這些廠家在跟蹤國(guó)際先進(jìn)理念和技術(shù),自主創(chuàng)新方面走在了前面。相信不久會(huì)有更多的廠家跟上。

現(xiàn)以圣陽(yáng)閥控鉛酸蓄電池產(chǎn)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(shù)表(見(jiàn)表5)可知,放電20min,終止電壓為1.67V/只時(shí)的功率為444.9W。

根據(jù)蓄電池容量計(jì)算結(jié)果,每只單體電池功率要求為1268.12W,因?yàn)?268.12/444.9=2.850,故可以選擇這個(gè)蓄電池3組并聯(lián),每組包含32只SP12-200(6×32=192只單體電池),。

因?yàn)樾铍姵赜?jì)算總功率為243478.26W,現(xiàn)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圣陽(yáng)蓄電池與前述采用安時(shí)(Ah)法選擇的圣陽(yáng)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(shù)據(jù)確定蓄電池容量。如果蓄電池的負(fù)載中包括恒功率負(fù)載和恒電流負(fù)載,將恒功率轉(zhuǎn)換為恒電流,進(jìn)行蓄電池容量的計(jì)算將更方便。采用恒電流法計(jì)算蓄電池容量需要考慮的問(wèn)題與恒功率法完全相同,如前所述,包括電壓窗設(shè)計(jì)和單體電池只數(shù)的選擇、溫度校正系數(shù)、老化系數(shù)。

采用恒電流法確定蓄電池容量,只需將計(jì)算出的所需蓄電池校正恒功率轉(zhuǎn)換為校正恒電流,即可查閱蓄電池恒電流放電數(shù)據(jù),確定蓄電池容量。下面介紹將UPS逆變器的恒功率轉(zhuǎn)換為恒電流的方法和恒電流法蓄電池容量計(jì)算步驟。

3.1 將逆變器的恒功率轉(zhuǎn)換為恒電流

(1)計(jì)算蓄電池恒功率負(fù)載

按式(10)計(jì)算老化和溫度校正后蓄電池校正功率為

式中, K 老化 -老化系數(shù);

K 溫度 -溫度校正系數(shù);

S -逆變器輸出視在功率(kVA);

cosφ-逆變器負(fù)載功率因數(shù);

μ-逆變器效率。

(2)計(jì)算單體電池只數(shù)n

按式(11)計(jì)算單體電池只數(shù)為

(3)計(jì)算蓄電池平均電壓 U 平均

按式(3)計(jì)算平均電壓為

U 平均 =1.96n

注:也可按式(4)或式(5)計(jì)算。

(4)將蓄電池恒功率負(fù)載轉(zhuǎn)換為恒電流負(fù)載

首先計(jì)算蓄電池平均放電電流(逆變器平均輸入電流):

(15)

3.2 根據(jù)恒電流數(shù)據(jù)選擇蓄電池

廠家提供的恒電流放電數(shù)據(jù)表給出了單體電池在規(guī)定放電時(shí)間內(nèi)放電到規(guī)定的終止電壓所能輸出的電流數(shù)據(jù)。

在選擇單體電池時(shí),應(yīng)根據(jù)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(shù)據(jù)表,選擇能提供此電流或大于此電流的單體電池。如果表中恒電流數(shù)據(jù)小于需要的單體電池的電流,可以考慮兩組或多組并聯(lián),并聯(lián)組數(shù)一般不大于4組。

3.3 恒電流法計(jì)算實(shí)例

仍需考慮恒功率法計(jì)算實(shí)例的工況(參見(jiàn)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(jì)算 I 平均 ,將在恒功率法中計(jì)算得出的相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式(15)(忽略電纜壓降)得

(2)單體電池的選擇

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果(單體電池的放電電流647A、放電時(shí)間20min和放電終止電壓1.67V/只),按照廠家提供的蓄電池恒電流放電數(shù)據(jù)表,選擇電池。

現(xiàn)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(shù)據(jù)表(見(jiàn)表6)可知,16HX800F-FR放電20min,終止電壓為1.67/只,電池放電電流為377A/只。

根據(jù)蓄電池容量計(jì)算結(jié)果,蓄電池恒電流放電電流為647A,因?yàn)?47/377=1.72。

故可選擇這種蓄電池2組并聯(lián)。每組配置24只16HX800F-FR(包含8×24=192只單體電池)。

因?yàn)橐笮铍姵睾汶娏鞣烹婋娏鳛?47A,現(xiàn)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(jié)束語(yǔ)

安時(shí)(Ah)法是我國(guó)傳統(tǒng)的確定蓄電池容量的方法,上世紀(jì)50年代開(kāi)始在原郵電部設(shè)計(jì)院(現(xiàn)中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院)內(nèi)部使用,后納入我國(guó)郵電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)已證明該方法設(shè)計(jì)考慮完善,蓄電池容量確定準(zhǔn)確,而且適應(yīng)我國(guó)和世界蓄電池廠家產(chǎn)品資訊。恒功率法(恒電流法)是當(dāng)前國(guó)際流行的、相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法。使用方便、容量確定準(zhǔn)確,但需要蓄電池廠家提供恒功率(恒電流)放電數(shù)據(jù),當(dāng)前我國(guó)蓄電池廠家產(chǎn)品資訊不完全適應(yīng)(許多廠家尚不能提供恒功率放電數(shù)據(jù))。應(yīng)該指出,兩種方法的設(shè)計(jì)理念是完全一致的,安時(shí)(Ah)法的設(shè)計(jì)考慮包括老化系數(shù)、溫度系數(shù)、放電容量系數(shù)等,而恒功率法(恒電流法)在容量計(jì)算中只考慮老化系數(shù)和溫度系數(shù),沒(méi)有放電容量系數(shù),但在恒功率(恒電流)放電數(shù)據(jù)表包含了放電容量系數(shù)的因素。所以,對(duì)于同一工況,兩種方法確定的蓄電池容量是相同的。因此,可根據(jù)蓄電池產(chǎn)品資訊情況適當(dāng)選用。當(dāng)前如選用國(guó)產(chǎn)蓄電池,安時(shí)(Ah)法可能更為方便。

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