摘 要:根据国际标准和我国行业标准,介绍UPS铅酸蓄电池容量计算和选择方法。详细解读我国传统的安时(Ah)容量法和和国际流行的恒功率法(恒电流法)计算公式。阐述重要的设计考虑,并给出设计实例。这些方法和设计考虑也适用于直流供电系统的蓄电池容量的确定。

(2)国产蓄电池的选择

目前能提供蓄电池恒功率放电数据的国产蓄电池厂家比较少,在网上可以查到的有山东圣阳电源股份有限公司,卧龙电器集团浙江灯塔有限公司等。这些厂家在跟踪国际先进理念和技术,自主创新方面走在了前面。相信不久会有更多的厂家跟上。

现以圣阳阀控铅酸蓄电池产品SP12-200为例,按恒功率放电特性选择蓄电池。查SP12-200恒功率放电参数表(见表5)可知,放电20min,终止电压为1.67V/只时的功率为444.9W。

根据蓄电池容量计算结果,每只单体电池功率要求为1268.12W,因为1268.12/444.9=2.850,故可以选择这个蓄电池3组并联,每组包含32只SP12-200(6×32=192只单体电池),。

因为蓄电池计算总功率为243478.26W,现配置3组蓄电池,配置的蓄电池总功率为444.9×3×192=256262.4W>243478.26W。因此具有一定的功率裕量。

提示:采用恒功率法选择的圣阳蓄电池与前述采用安时(Ah)法选择的圣阳蓄电池是相同的(SP12-200)。

3 恒电流法

除了利用恒功率放电特性确定蓄电池容量外,还可以利用恒电流放电数据确定蓄电池容量。如果蓄电池的负载中包括恒功率负载和恒电流负载,将恒功率转换为恒电流,进行蓄电池容量的计算将更方便。采用恒电流法计算蓄电池容量需要考虑的问题与恒功率法完全相同,如前所述,包括电压窗设计和单体电池只数的选择、温度校正系数、老化系数。

采用恒电流法确定蓄电池容量,只需将计算出的所需蓄电池校正恒功率转换为校正恒电流,即可查阅蓄电池恒电流放电数据,确定蓄电池容量。下面介绍将UPS逆变器的恒功率转换为恒电流的方法和恒电流法蓄电池容量计算步骤。

3.1 将逆变器的恒功率转换为恒电流

(1)计算蓄电池恒功率负载

按式(10)计算老化和温度校正后蓄电池校正功率为

式中, K 老化 -老化系数;

K 温度 -温度校正系数;

S -逆变器输出视在功率(kVA);

cosφ-逆变器负载功率因数;

μ-逆变器效率。

(2)计算单体电池只数n

按式(11)计算单体电池只数为

(3)计算蓄电池平均电压 U 平均

按式(3)计算平均电压为

U 平均 =1.96n

注:也可按式(4)或式(5)计算。

(4)将蓄电池恒功率负载转换为恒电流负载

首先计算蓄电池平均放电电流(逆变器平均输入电流):

(15)

3.2 根据恒电流数据选择蓄电池

厂家提供的恒电流放电数据表给出了单体电池在规定放电时间内放电到规定的终止电压所能输出的电流数据。

在选择单体电池时,应根据蓄电池恒定放电电流,查阅厂家提供的蓄电池恒电流放电数据表,选择能提供此电流或大于此电流的单体电池。如果表中恒电流数据小于需要的单体电池的电流,可以考虑两组或多组并联,并联组数一般不大于4组。

3.3 恒电流法计算实例

仍需考虑恒功率法计算实例的工况(参见2.4),但采用恒电流法确定蓄电池容量。

(1)蓄电池平均放电电流 I 平均

按式(15)计算 I 平均 ,将在恒功率法中计算得出的相关数据带入式(15)(忽略电缆压降)得

(2)单体电池的选择

根据以上计算结果(单体电池的放电电流647A、放电时间20min和放电终止电压1.67V/只),按照厂家提供的蓄电池恒电流放电数据表,选择电池。

现仍以EnerSys公司的蓄电池为例,选择蓄电池。

查 U P S 专 用 前 置 端 子 V R L A 蓄 电 池(16V)Datasafe HX恒电流放电数据表(见表6)可知,16HX800F-FR放电20min,终止电压为1.67/只,电池放电电流为377A/只。

根据蓄电池容量计算结果,蓄电池恒电流放电电流为647A,因为647/377=1.72。

故可选择这种蓄电池2组并联。每组配置24只16HX800F-FR(包含8×24=192只单体电池)。

因为要求蓄电池恒电流放电电流为647A,现配置两组蓄电池,每组377A,总放电电流为377×2=754(A)>647A,所以有一定的裕量。

提示:采用恒电流法确定的EnerSys蓄电池与前述采用恒功率法确定的EnerSys蓄电池是相同的(16HX800F-FR)。

4 结束语

安时(Ah)法是我国传统的确定蓄电池容量的方法,上世纪50年代开始在原邮电部设计院(现中讯邮电咨询设计院)内部使用,后纳入我国邮电行业标准。现已证明该方法设计考虑完善,蓄电池容量确定准确,而且适应我国和世界蓄电池厂家产品资讯。恒功率法(恒电流法)是当前国际流行的、相关国际标准推荐的方法。使用方便、容量确定准确,但需要蓄电池厂家提供恒功率(恒电流)放电数据,当前我国蓄电池厂家产品资讯不完全适应(许多厂家尚不能提供恒功率放电数据)。应该指出,两种方法的设计理念是完全一致的,安时(Ah)法的设计考虑包括老化系数、温度系数、放电容量系数等,而恒功率法(恒电流法)在容量计算中只考虑老化系数和温度系数,没有放电容量系数,但在恒功率(恒电流)放电数据表包含了放电容量系数的因素。所以,对于同一工况,两种方法确定的蓄电池容量是相同的。因此,可根据蓄电池产品资讯情况适当选用。当前如选用国产蓄电池,安时(Ah)法可能更为方便。