UPS后备蓄电池容量计算方法

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1、UPS后备蓄电池容量计算方法一、概述：正确的选择UPS后备电池容量，对UPS的正常运行至关重要。电池容量选择偏小不仅不能满足UPS后备时间，还会因电池放电倍率太大，严重影响电池的性能及使用寿命，同时给系统的稳定运行带来极大的隐患。蓄电池容量（ah）是指在标准环境温度下，电池在给定时间指点终止电压时，可提供的恒定电流（A）与持续放电时间（h）的乘积。在确定了UPS的品牌和后备时间下。可以根据蓄电池品牌样本数据中提供的恒功率放电数据表或者横流放电曲线，通过功率法，估算法以及电源法等计算方法来计算确定蓄电池的型号和容量。二、UPS后备蓄电池容量计算方法介绍：1.恒功率法（查表法）这种方法比较简便，根

2、据蓄电池恒功率放电参数可以快速准确地选出蓄电池的型号。首先计算在后备时间内，每个2v单体电池至少应向UPS提供的恒功率。P(W)电池组提供的总功率P(VA)UPS标称容量（VA）PFUPS功率因子n逆变器转换效率Pnc每cell需要提供的功率n机器配置的电池数量N单体电池cell数Vmin电子单体终止电压计算步骤：P（W）=P（VA）*Pf/Pnc=P（W）/（N*n）我们可以在厂家提供的Vmin下的恒功率放电参数表中，找出等于或者稍大于Pnc的功率值，这一功率值所对应的型号即能够满足UPS系统的要求。如果表中所列的功率值均小于Pnc.可以通过多组电池并联的方式达到要求。2.估算法这是根据蓄电

3、池的恒流放电曲线来确定蓄电池容量和型号的方法，首先计算PS系统要求的电池最大电流：Imax 电池组提供最大电流 Umin 电池组的最底电压Imax= P（VA）*Pf/（* Umin）可以根据UPS要求的后备时间从电池恒流放电曲线中查出放电速率n，然后根据放电速率的定义：n= Imax/C10，得出配置蓄电池的额定容量C10并确定电池型号。中达电通DCF126系列蓄电池不同放电时率不同放电终止电压下，3.电源法该计算方法是国家性息产业部为通信行业电池容量选择而规定方法。I 电池组电流 Q 电池组容量K 电池保险系数 T 电池放电时间H 电池放电系数 A 电池温度系数I=（P（VA）*Pf）/U

4、minQKIT/H（1+A（t-25）4.恒流法：Q=PT/KVQ-蓄电池容量（AH）、P-负载功率、T-备用小时数（按2小时计算）K-蓄电池放电系数（2小时）、V-UPS整流后母线电压、-蓄电池逆变效率（按0.94计算）三、方法举例说明例：台达NT系列80KVA UPS 后备时间30min，选用中达电通DCF126-12系列电池。计算电池容量？台达NT80KVA UPS直流终止电压为300V及U临界=300V，直流电压为348V电池组选用29只12V电池，故N=29，n=6， U终压=1.75v UPS的功率因子Pf =0.8，逆变器转换效率=0.95. 中达电通DCF126-12系列电池放

5、电30min终止电压1.75V/CELL是放电速率？=0.98（以上数据均应用台达UPS和中达电通DCF126电池性能技术参数）放电小时率0.512345681020放电终止电压1.71.751.751.81.81.81.81.81.81.85放电容量系数0.450.550.640.750.790.830.880.94111.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）查中达电通DCF126-12系列电池恒功率表可知DCF126-12/120电池终止电压为1.75v时放

6、电30min电池提供功率为217W（引用中达电通DCF126电池型录恒功率放电特性表）。电池组数量=387.2217=1.78即：选用2组120ah，计58节120ah电池。2.估算法Imax= P（VA）*Pf/（* U临界）=（80*1000*0.8）/（0.95*300）=224.6（A）Q = Imax/ =224.6A/0.98=229（Ah）30min电池的？ 电池放电系数为0.98（引用中达电通DCF126电池不同放电时率不同放电终止电压下，电池的放电速率表）因电池组在实际放电过程中，放电电流明显小于Imax的缘故，按照使用经验，可在计算的基础上再乘0.75校正系数。故需要电池安

7、时数为229*0.75=172（Ah）即：选用2组100ah，计58节100ah电池。3.电源法Imax= P（VA）*Pf/（* U临界）=（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电池的容量换算系数取0.4， （引用中达电通DCF126电池不同放电时率不同放电终止电压下，电池的容量换算表），温度为25。因电池组在实际放电过程中，放电电流明显小于Imax的缘故，按照使用经验，可在计算的基础上再乘0.75校正系数。故需要电池安时数为438*0.7

8、5=328.5（Ah）即：选用3组120ah，计87节120ah电池。4.恒流法：Q=PT/KV=（80*1000*0.8*0.5）/（0.47*348*0.95）=206AH即选择12v100ah电池2组，即可满足使用。从计算结果可以看出，选用不同的计算方法，计算结果不同。可以看出电池配置容量结果：电源法恒功率法恒流法估算法。四、附表：计算方法需知参数比较结论应用例重点UPS容量UPS直流电压UPS终止直流电压电池单体提供功率放电时间放电速率容量换算系数电池运行温度恒功率法计算准确性确定与蓄电池对应时间提供的功率数据，电池放电功率数据有限，不能满足所有放电时间下的电池容量计算是UPS蓄电池容

9、量计算的最常用方法，在UPS蓄电池运行环境稳定，且UPS负载长时间在额定容量80%以下运行时选用此方法。不同等级电池和同电压等级不同容量电池因提供的恒功率与电池容量没有线性关系，故不同电压等级电池以及电池容量不可简单的容量换算来配置，需要严格按照提供的恒功率来配置。电流估算法以电池组提供的最大电流和放电速率为计算依据，电池组在放电过程中一直在参考电压以上运行，电池的放电速率是备电池厂家实验的结果，但各品牌相差不大，但不可能任一时段的放电速率，故只能计算出，有提供放电速率对应后备时间段电池容量配置。因各品牌电池的放电速率并无大异，使用此方法可以模糊电池品牌，所有电池通用，实际配置电池容量时一般为

10、计算容量（75-80%）。是较经济的电池配置，一般在无具体电池品牌指定，且UPS很少满足使用的情况选用此方法配置电池电源法更多考虑电池在实际使用过程中，蓄电池的运行状态，考虑到电池可靠性，温度对电池的影响等。全面考虑UPS电池在整个服役期间的电池状态，在电池运行环境温度较大时，更能准确计算出电池的容量。在所列计算方法中此方法计算的电池容量配置最大。UPS满载使用机率较大，以及重要使用场合选用此方法配置电池容量。恒流法以电池组标称电压和电池容量换算系数为计算依据，能够提供已知容量换算系数对应时间下的电池容量在所列蓄电池容量计算中方法最简便，适合所有品牌电池的计算。是粗略的电池配置方法。五、结论U

11、PS后备蓄电池的容量计算方法很多，我们很难说出那种计算方法是最准确的，各种计算方法各有侧重点，在实际应用中需要综合考虑蓄电池的使用情况，UPS所带负载情况以及应用的场合来选择适合的电池容量计算方法。电池容量（如；24AH，38AH，65AH，100AH)乘以电池电压（12V）乘以电池节数除以实际功率乘以0.7（功率因数）=需要的时间蓄电池容量(Ah)的选择蓄电池容量(Ah)是指在标准环境温度下，每2V电池单体在给定时间至1.80V终止电压时，可提供的恒定电流值(A)与持续放电时间(h)的乘积。给定持续放电时间为10h的容量称为10h率容量，用符号C10来表示。蓄电池容量可用20h率、10h率、

12、8h率、5h率、3h率、1h率、0.5h率等多种方法表示，一般采用C10作为蓄电池的额定容量来标称蓄电池。额定容量是蓄电池的主要参数，不少工程人员就认为，两种品牌相同额定容量的蓄电池可以在同一套UPS系统中替代使用。这种观点是有偏颇的，因为两种蓄电池具有相同额定容量，只表示它们的10h放电性能一致，但在10min、30min、lh、3h等时间内可提供的恒功率值和恒电流值则可能差异较大，而UPS后备时间通常不到10h，所以UPS配用蓄电池时，考察其在后备时间内的放电性能就尤为重要。在已知UPS主机一些基本参数和确定蓄电池品牌后，我们就可以根据这一蓄电池品牌样本资料中提供的恒功率放电数据表或恒流放

13、电曲线，通过功率定型法或电流定型法来计算确定蓄电池的容量和型号。（1）功率定型法 这种方法比较简便，根据蓄电池恒功率放电参数表可以快速准确地选出蓄电池型号。首先计算在后备时间内，每个2V的蓄电池至少应向UPS提供的恒功率：P=Scos(NK) (1) 式中：S-UPS标称输出功率；cos-UPS输出功率因数；-逆变器效率；N-在UPS中以12V电池计算时所需的串联电池个数，由UPS正常工作电压确定；K-系数，厂家提供的电池恒功率放电数据表，一般是以2V单元电池为计算基准的，12V节电池相当于6个2V单元串联，此时取K=6；如果电池厂家提供的电池恒功率放电数据表是以12V单元电池为计算基准的，则

14、K=1。然后确定蓄电池的放电终止电压UT：UT=Umin(N*6) (2) 式中：Umin -UPS最低工作电压 我们可以在厂家提供的UT下的恒功率放电参数表中，找出等于或稍大于P的功率值，这一功率值所对应的型号即能满足UPS系统的要求。如果表中所列的功率值均小于P，可通过多组电池并联来达到功率要求，一般并联不应超过4组。下面举例说明：例如一台80kVA梅兰日兰UPS后备15min，已知UPS输出功率因数cos为0.8，逆变器效率为0.94，正常工作电压为384V，最低工作电压Umin为320V，则配套蓄电池组N应为32节(384V12V)12V节电池串联，根据式(1)得出P=354.6W，根

15、据式(2)得出放电终止电压UT=1.67V。如我们选用美国GNB Sprinter系列电池，根据GNB Sprinter样本提供的在25时每单元恒功率放电数据表，查找15min列下等于或稍大于354.6W的功率值为373W，对应的型号为S12V370，其额定容量为100Ah，也就是说，用32节GNB S12V370蓄电池串联，可以满足该UPS系统的要求。如果选用2V节电池串联，则在2V系列电池的恒功率放电数据表中查出相应型号，整组串联电池数量为6N。（2）电流定型法 这是根据某一品牌蓄电池的恒流放电曲线来确定蓄电池容量和型号的方法。首先计算UPS系统要求的蓄电池最大放电电流： Imax=Sco

16、s(Umin)(3) 式(3)中各符号的含义与功率定型法中所定义的相同。在计算出电池串联数量N和放电终止电压UT后，就可以根据UPS要求的后备时间从蓄电池恒流放电曲线中查出放电速率n，然后根据放电速率的定义：n=ImaxC10，得出配置蓄电池的额定容量C10并确定电池型号。下面仍以80kVA梅兰日兰UPS后备15min系统配套美国GNB Sprinter l2V电池为例来说明。首先按式(3)计算蓄电池的最大放电电流，Imax =2128A，由式(2)得出每2V单元的放电终止电压UT=1.67V。在sprinter恒流放电曲线图(图6)中，根据后备时间15min(横坐标)和放电终止电压1.67V

17、(纵坐标)，可得出放电速率n为2.13C(容量)。据此可得电池的额定容量为：C=Imaxn=100Ah(即C10)。100Ah所对应的型号为S12V370，即用32节GNB S12V370电池串联能满足系统要求。蓄电池寿命的选择蓄电池的寿命有两项衡量指标，一是浮充寿命，即在标准温度和连续浮充状态下，蓄电池能放出的最大容量不小于额定容量的80%时所使用的年限；二是80%深度循环充放电次数，即满容量电池放掉额定容量的80%后再充满电，如此可循环使用的次数。通常，工程技术人员仅注重前者，而忽略了后者。80%深度循环充放电次数代表着蓄电池实际可以使用的次数，在经常停电或市电质量不高的情况下，当蓄电池的

18、实际使用次数已经超过规定的循环充放电次数时，尽管实际使用时间还没达到标定的浮充寿命，但蓄电池其实已经失效，如果不能及时发现则会带来较大的事故隐患。所以，在选择蓄电池时，我们对两项寿命指标都应予以重视，在市电经常中断的条件下，后者就尤为重要。在选择UPS配套蓄电池时，我们应考虑足够的浮充寿命裕量。根据经验，蓄电池的实际使用寿命往往只有标定浮充寿命的50%80%。这是因为蓄电池实际浮充寿命与定义标准温度、实际环境温度、电池充电电压、使用维护等众多因素有关。当实际环境温度比定义标准环境温度每升高10，蓄电池会因为内部化学反应速度增加一倍而导致浮充寿命缩短一半，所以，UPS蓄电池机房应配备空调设备。在

19、定义温度值方面，欧洲标准为20，中国、日本、美国等标准为25。2010年浮充寿命的蓄电池如换算到25标准，仅相当于78年浮充寿命。配套蓄电池的标称浮充寿命应该是用我们希望的蓄电池实际使用寿命除以一个寿命系数后所得的数值。这一寿命系数通常凭经验确定，蓄电池可靠性高的可取为0.8，可靠性低的可取为0.5。单个蓄电池电压的选择VRLA按单节电压分有12V节、6V节、4V节和2V节等四种不同形式。从经济方面来看，UPS正常工作电压一定，选用的电池单节电压越高，电池组所用的串联电池数量越少，配套电池组的价格也越便宜。但从安全性方面来看，选用的电池单节电压越低，整个系统越安全。如果12V节的电池坏了一节，

20、整个蓄电池后备系统就少了12V，UPS主机就有可能开启低压报警功能使整个UPS系统不能正常工作。所以在选用12V节蓄电池时，多采用多组并联来达到UPS系统要求，万一有一组出问题，还有其他组的电池可运作。蓄电池所能承受的纹波系数在UPS系统中，蓄电池还起到滤波器的作用，承受UPs输入纹波电压和纹波电流的冲击。如果所选蓄电池承受纹波系数的能力较差，而纹波系数又比较大，则会使蓄电池过早地失效而引起不能放电的事故。IEC蓄电池标准规定，VRLA应能承受0.5%的纹波系数，但使用UPS的场合，纹波系数都比较大，有的甚至达到2%，所以应对蓄电池的可承受纹波系数按实际情况提出要求。蓄电池性能均一性从理论上讲

21、，蓄电池的电压、内阻、寿命等性能应该是一致的，可以无限多组数地进行并联以达到要求的容量。但在实际生产过程中，由于所用材料纯度、生产工艺、工作人员、生产环境温度等差异，同一条流水线上制造的蓄电池通常在性能上有一定的差异，即使同一品牌同一型号相同生产日期生产的蓄电池，性能也不可能做得完全一致，这一点可以通过测量比较蓄电池的单节开路电压看出来。工程人员通常采用便宜的小容量电池多组并联来达到UPS要求的较大蓄电池容量，如果采用性能均一性较差的电池多组并联，性能差、电压低的电池组就会将性能好的蓄电池组拖垮，导致整套UPS蓄电池系统提前失效。目前性能均一性主要根据蓄电池电压均一性来衡量，国内有多种标准要求

22、，例如信息产业部YDT 799-1996标准要求为：25时整组蓄电池2V单元浮充电压差不大于50mV，开路电压差不大于20mV；电力部DLT637-1997标准要求是：25时，如电池系统采用2V节电池，开路电压最高的一节与最低的一节差异不超过30mV，6V节电池不超过40mV，12V节电池则不超过60mV。一般蓄电池并联组数不应超过4组，为防止整套蓄电池系统的提前失效，在选择蓄电池时，应该在性能均一性方面提出要求。当确定了蓄电池型号之后，在一套UPS系统中最好要求厂家提供同一批次的蓄电池产品，以减小性能方面的差异。同样道理，不同品牌或者新旧程度不同的蓄电池，由于存在较大的性能差异，建议不要混合使用。最后，要特别指出的是即使选择了恰当的VRLA，也需要进行一些必要的日常维护和管理，避免蓄电池过早失效。