如何計算UPS蓄電池配置及蓄電池的放電時間

1、如何計算UPS蓄電池配置及蓄電池的放電時間？以上問題是使用UPS的系統(tǒng)集成商、用戶經(jīng)常困擾的一個問題，甚至是很多UPS經(jīng)銷商都對這個問題也沒法說清，或是錯誤的報給客戶，結(jié)果造成很多問題發(fā)生。蓄電池的放電時間要根據(jù)實際負載的功率來計算。 I=（Pcos）/（Ei） 其中P是UPS的標稱輸出功率;cos是負載功率因數(shù); 是逆變器的效率;Ei是電池放電終了電壓，一般指電池組的電壓。 將具體數(shù)據(jù)代入上式，求出電池最大放電電流后，即可從電池的各溫度下放電電流與放電時間的關系圖上查出相應的放電時間。首先要明確一個概念，就是蓄電池的放電電流與放電時間不是線性的，有人認為20A放電5小時就要用100AH的，這

2、樣就錯了。蓄電池的容量一般都是20HR（小時率）的，也就是說只有以5A放電20小時才是配100AH的，因為100AH的電池在5A可以放電20小時，在10A時只有9小時左右，20A時只有4小時左右。但在2A時確可以放60小時以上。這就是蓄電池放電時間與電流的非線性關系。正因為非線性關系就有了下面這個表。請大家先來熟悉一下下面的電池恒電流放電參數(shù)表，以保護神電池為例，指在一定的電流下放電能達到多長時間UPS用的12V電池一般終止電壓為10.5V；2V電池一般終止電壓為1.7V。以下算法是按保護神電池在溫度為25度時的計算結(jié)果，蓄電池的實際放電容量也與溫度有關，如MF12-100的電池，在攝氏10度

3、以0.1C電流放電，蓄電池能表現(xiàn)的容量約為85AH，3-5年后蓄電池隨著內(nèi)部老化放電時間會漸漸縮短，是正?，F(xiàn)象。如果知道負載功率，如何來配置蓄電池組的數(shù)量來達到預定的時間？如負載的的功率為2000W，需要延時2小時。怎樣配UPS及蓄電池呢？ 首先算出蓄電池的放電電流，能量守恒，UPS的放電電量與蓄電池的放電電量是基本相等的。所以可以直接按2000W的功率來算出電池的放電電流。如果我們配的UPS是山特3KVA的，12V電池個數(shù)是8只，終止電壓是10.5*884V，放電時的計算電流是2000W/84V23.8A，如逆變器的效率按95來算，則實際電流為23.8/0.9525A。 再對照上面的表，看有

4、哪個電池的規(guī)格能在終止電壓為10.5V、放電電流25A時可以達到2小時，很明顯，MF12-65（12V-65AH）的這款可以達到。所以電池的配置就選12V-65AH 8只。這樣就可以滿足要求了。 其它規(guī)格也都是這樣計算的，又比如，12V-100AH的電池在27.2A時可以放電3小時，如果電流在55A時需要放電3小時，就需要選12V-100AH的電池2組并聯(lián)使用才可以達到相應的時間。如果知道蓄電池的容量，如何知道能放電多長時間？比如現(xiàn)有一臺6KVA的UPS，配了一組MF12-26（12V-26AH）的蓄電池，想知道能放電多長時間。6KVA的UPS功率因素是0.7，最大有功功率是4.2KW，首先要

5、確定UPS后面接設備的實際功率是多大，可以估計一下，也可以用鉗流表來測一下電流。如果半載即2KW左右的話能延時多久呢？6KVA的直流電壓是240V，放電終止電壓是210V，逆變器效率是95，這樣電池的放電電流是：2000W/210V/0.9510A，再對比上面的恒流參數(shù)表，MF12-26的電池在9.96時可以放電2小時，因此，如果設備功率為2KW時，這樣一組電池的放電時間約為2小時。如果按滿載，即設備的功率為4200W時，這樣一組12V-26AH的電池能放電多久呢？和上面一樣，電池的放電電流是4200W/210V/0.9521A。再對比上面的恒流參數(shù)表，MF12-26的電池在21.7A6時可以

6、放電45分鐘，因此，如果設備功率為4.2KW時，這樣一組電池的放電時間約為45分鐘。如何測蓄電池的容量現(xiàn)在市場上蓄電池品牌很多，質(zhì)量好壞不一，以次充好的現(xiàn)象很多，甚至把100AH做成50AH來賣，想要知道蓄電池的真實容量，只有一個辦法：放電！最簡單的就是用個UPS加白熾燈泡來放電。比如一組電池3只，接上500W的燈泡來放電，放了3個小時，那這個電池的容量是多少呢？還是與上面一樣來計算放電的電流。計算結(jié)果約17A，對比上面的恒流放電參數(shù)表，看哪款電池在17A左右可以放3個小時，對比發(fā)現(xiàn)實際容量是65AH的。UPS系統(tǒng)蓄電池放電時間的估算為了提高有線電視前端供電系統(tǒng)的安全性與可靠性，旗縣分公司基本

7、都配備了前端UPS系統(tǒng)，了解前端UPS系統(tǒng)蓄電池正常放電時長是進行UPS系統(tǒng)維護的重要條件之一。因電池放電時間與放電電流、環(huán)境溫度、負載類型、放電速率、電池容量等多因素相關，故實際放電時間無法直接用公式推導出。 我們可以先通過以下公式估算出UPS系統(tǒng)蓄電池平均放電電流：蓄電池平均放電電流IUPS負載功率P÷（Ev×）其中蓄電池組平均放電電壓Ev可取蓄電池組標稱電壓與放電終止電壓的中間值(標稱12V的單塊蓄電池平均放電電壓取11.25V)，UPS效率一般取0.8。求出電池平均放電電流后，再算出放電倍率（放電倍率放電電流÷蓄電池標稱容量）,即可從電池在各溫度下放電曲線

8、圖上查出相應的放電時間。如果沒有蓄電池放電曲線圖,可依據(jù)以下規(guī)律估算放電時間(蓄電池放電時間蓄電池放電容量÷蓄電池平均放電電流):放電倍率為0.05C時,蓄電池放電容量標稱容量（環(huán)境溫度25）放電倍率為0.1C時,蓄電池放電容量0.95倍標稱容量（環(huán)境溫度25）放電倍率為0.2C時,蓄電池放電容量0.85倍標稱容量（環(huán)境溫度25）放電倍率為0.3C時,蓄電池放電容量0.8倍標稱容量（環(huán)境溫度25）放電倍率為0.4C時,蓄電池放電容量0.75倍標稱容量（環(huán)境溫度25）放電倍率為0.5C時,蓄電池放電容量0.7倍標稱容量（環(huán)境溫度25）放電倍率為0.6C時,蓄電池放電容量0.65倍標稱容

9、量（環(huán)境溫度25）放電倍率為0.8C時,蓄電池放電容量0.55倍標稱容量（環(huán)境溫度25）放電倍率為1C時,蓄電池放電容量0.4倍標稱容量（環(huán)境溫度25）放電倍率為2C時,蓄電池放電容量0.3倍標稱容量（環(huán)境溫度25）以杭后分公司為例：UPS負載功率1400W，蓄電池組平均放電電壓Ev=90V（8塊標稱12V100AH的蓄電池串聯(lián)，平均放電電壓11.25×890V）。蓄電池平均放電電流I1400÷（90×0.8）19.4A放電倍率19.4÷1000.2C, 此放電倍率下,蓄電池組放電容量0.85倍標稱容量。UPS系統(tǒng)蓄電池放電時間（0.85×10

10、0）÷19.44.38小時。UPS后備蓄電池容量計算方法介紹概述在很多的技術文章中經(jīng)常這樣描述蓄電池在UPS系統(tǒng)的重要性：蓄電池是UPS系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它的優(yōu)劣直接關系到整個UPS系統(tǒng)的可靠程度。但很少關注蓄電池配置問題，正確的選擇UPS后備電池容量，對UPS系統(tǒng)的正常運行也是至關重要的。電池容量選擇過大造成投資的浪費，容量選擇偏小不僅不能滿足UPS后備時間，造成安全事故，還因電池放電倍率太大，嚴重影響電池使用性能，壽命。    UPS后備蓄電池容量計算方法很多，各行各業(yè)都有相應的計算方法選擇的側(cè)重點，下面收集行業(yè)中常用的幾種計算方法，供大家參

11、考。同時我們注意到現(xiàn)有部份行業(yè)中UPS系統(tǒng)的負荷當電力出現(xiàn)問題時，負荷會分時段變化，此類系統(tǒng)中蓄電池容量的計算與選擇也是眾說紛紜，在此提供我們的計算方式供大家討論。UPS后備蓄電池容量計算方法介紹    首先我們需要明確一下蓄電池容量的概念，根據(jù)YD/T799-2002標準定義，蓄電池容量(AH)是指在標準環(huán)境溫度下（25），電池在給定時間指點終止電壓時（1.80v），可提供的恒定電流(0.1C10)A與持續(xù)放電時間(10h)H的乘積（I*T）。    確定了UPS和蓄電池的品牌和UPS系統(tǒng)的后備時間，我們可以根據(jù)蓄電池的放電性能參數(shù)

12、，通過功率法，估算法以及電源法等計算方法來計算確定蓄電池的型號和容量。    在UPS系統(tǒng)中,市電正常時，市電為能量源，UPS為能量轉(zhuǎn)換設備，蓄電池為能量儲存，后接負荷為能量消耗源，市電出現(xiàn)問題時，蓄電池作為能量源，UPS為能量轉(zhuǎn)換設備，后接負荷仍為消耗源。    電力常用計算公式為W=UIt，P=UI。在電池作為能量源時同樣適用，也是所有UPS后續(xù)蓄電池容量計算的依據(jù)所在。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荷消耗功。W負荷W電池，P負荷P電池。P負荷=P（VA）×Pf/P電池=

13、電池實際試驗的恒功率數(shù)據(jù)P負荷：電池組提供的總功率；P（VA）UPS標稱容量（VA）；Pf ：UPS功率因子；：逆變器轉(zhuǎn)換效率；Pnc ：每cell（單體）需要提供的功率；n：機器配置的電池數(shù)量；N：單體電池cell數(shù) ；Vmin   電池單體終止電壓具體計算步驟如下：P負荷=P（VA）*Pf/；Pnc=P負荷/（N*n）    我們可以在廠家提供的如圖2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的功率值所對應的型號蓄電池。如果表中所列的功率值P電池均小于Pnc?？梢酝ㄟ^多組電池并聯(lián)的方式達

14、到要求。    恒功率法(查表法) 是UPS蓄電池容量計算的最常用方法，蓄電池容量及型號的確定是根據(jù)對應型號蓄電池實際試驗數(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間下的電池容量計算。不同電壓等級電池和同電壓等級不同容量電池因提供的恒功率與電池容量值沒有線性關系，故不同電壓等級和容量不可簡單的數(shù)字換算來配置，需要嚴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數(shù)據(jù)，恒功率法(查表法)并沒有考慮蓄電池的折舊以及溫度的變化

15、，顧該方法適用于UPS蓄電池運行環(huán)境穩(wěn)定，且UPS負荷長時間在額定容量80%以下運行時選用。2估算法該方法是和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，我們可知蓄電池組最低電壓Umin。I電池=W電池/（U電池*T）=P電池/ U電池C10= I電池/KChC10  蓄電池10小時率容量      KCh  容量換算系數(shù)（1/h）-XX12V系列蓄電池不同放電時率不同放電終止電壓下，電池的容量換算表（25）（表1）      在UPS系統(tǒng)中，多數(shù)情況負荷

16、容量是保持不變的，而電池組隨著放電時間逐漸降低的，根據(jù)P=UI可知電池組放電電流逐漸增大。為了計算方便，我們選擇蓄電池組的最大工作電流為我們的計算數(shù)據(jù)。具體計算如下：Imax  電池組提供最大電流      Umin    電池組最底工作電壓值Imax= P（VA）*Pf/（* Umin）C10=I/KC    估算法在計算的公式我們可以看出，由于采用了Umin-電池組最低工作電壓值，所以會導致要求的蓄電池組的安時容量偏大的局面。這是因為當蓄電池在剛放電時所需的放電電流明顯小

17、于Imax的緣故。按目前的使用經(jīng)驗，可以再計算出C10值的基礎上再乘以0.75校正系數(shù)。3電源法    該方法是在所介紹的UPS后備蓄電池容量計算方法中唯一標準（通信電源設備安裝工程設計規(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電池在整個服役期間的電池狀態(tài)，在電池運行環(huán)境溫度變化交大時，更能準確計算出電池的容量。具體計算方法如下：I=(P(VA)*Pf)/µUQKIT/H(1+A(t-25)I 電池組電流    

18、               Q 電池組容量（ah）   K 電池保險系數(shù) ,取1.25         T 電池放電時間H 電池放電系數(shù)，見圖3         U 蓄電池放電時逆變器的輸出電壓（V）（單體電池電壓為1.85V時）A 電池溫度系數(shù)（1/）當放電小時率10時，取0

19、.006，當1放電率10時，取0.008，當放電率1時，取0.01。t 實際電池所在地最低環(huán)境溫度值，所在地有采暖設備時，按15考慮，無采暖設備時，按5考慮。     此方法比較全面的考慮環(huán)境因數(shù)以及蓄電池容量衰減，UPS滿荷使用機率較大，以及重要使用場合選用此方法計算配置電池容量。舉例說明：    科華FR-UK系列80KVA  UPS 后備時間30min,選用XXX12V系列電池.計算電池容量?   科華FR-UK3380 UPS直流終止電壓為300V及U臨界=300V,直流電壓為

20、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=0.95。1.恒功率法P（W）=P（VA）*Pf/     =80*1000*0.8/0.95=67368.4（W）Pnc=P（W）/（N*n）=67368.4 /（29*6）=387.2(W)查中達電通DCF126-12系列電池恒功率表（圖2）可知DCF126-12/120電池終止電壓為1.75v時放電30min電池提供功率為217W。電池組數(shù)量=387.2217=1.78即:選用2組120ah,計58節(jié)120ah電池。2.估算

21、法Imax= P（VA）*Pf/（* Umin）=(80*1000*0.8)/(0.95*300) =224.6(A)查中達電通DCF126系列蓄電池不同放電時率不同放電終止電壓下，電池的容量換算表（25）（表1）可知KCh=0.98.C10=I/KCh=224.6A/0.98=229(Ah)    按照使用經(jīng)驗，可在計算的基礎上再乘0.75校正系數(shù)。故需要電池安時數(shù)為229*0.75=172(Ah)。即:可選用1組172h電池可以滿足負載的使用，根據(jù)中達電通12v系列蓄電池容量的設計規(guī)格,選用計1組12v200ah電池或者2組12v100ah電池，計2

22、9節(jié)200ah電池，或者58節(jié)100ah電池。3.電源法Imax= P（VA）*Pf/（* U臨界）=(80*1000*0.8)/(0.95*300) =224.6(A)QKIT/Hk (1+A(t-25)  1.25*224.6*0.5/0.4*0.8 (1+A(t-25)             438ah30min電池的容量換算系數(shù)取0.4, (引用中達電通DCF126電池不同放電時率不同放電終止電壓下，電池的容量換算表),溫度為25。因電池組在實際放電過程中，放電電流明顯小于Imax的緣故，按照使用經(jīng)驗，可在計算的基礎上再乘0.75校正系數(shù)。故需要電池安時數(shù)為438*0.75=328.5(Ah)即:選用3組120ah,計87節(jié)120ah電池。UPS階梯負荷后備蓄電池容量計算方法介紹    現(xiàn)在越來越多行業(yè)應用中特別是在鐵路，地鐵，能源行業(yè)中的UPS系統(tǒng)后接負荷會按照性質(zhì)或用途進行分類，在市電出現(xiàn)問題時，負荷會按照負荷的性能和重要性先后退出系統(tǒng)，這就造成了UPS后接負荷是變化著，表現(xiàn)為階梯式負載。負荷的變化帶動了蓄電池的放電過來中放電功率和速率的變化。    從蓄電池容量換算系數(shù)