如何计算UPS蓄电池配置及蓄电池的放电时.pdf

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1、如何计算 UPS 蓄电池配置及蓄电池的放电时间？以上问题是使用 UPS 的系统集成商、用户经常困扰的一个问题，甚至是很多 UPS经销商都对这个问题也没法说清，或是错误的报给客户，结果造成很多问题发生。蓄电池的放电时间要根据实际负载的功率来计算。I=（Pcos）/（Ei）其中 P是 UPS的标称输出功率;cos 是负载功率因数;是逆变器的效率;Ei 是电池放电终了电压，一般指电池组的电压。将具体数据代入上式，求出电池最大放电电流后，即可从电池的各温度下放电电流与放电时间的关系图上查出相应的放电时间。首先要明确一个概念，就是蓄电池的放电电流与放电时间不是线性的，有人认为 20A 放电 5 小时就要

2、用 100AH 的，这样就错了。蓄电池的容量一般都是20HR（小时率）的，也就是说只有以5A 放电 20小时才是配 100AH 的，因为 100AH 的电池在 5A 可以放电 20 小时，在 10A 时只有 9 小时左右，20A 时只有 4 小时左右。但在 2A 时确可以放 60 小时以上。这就是蓄电池放电时间与电流的非线性关系。正因为非线性关系就有了下面这个表。请大家先来熟悉一下下面的电池恒电流放电参数表，以保护神电池 为例，指在一定的电流下放电能达到多长时间UPS用的 12V 电池一般终止电压为10.5V。以下算法是按保护神电池在温度为25 度时的计算结果，蓄电池的实际放电容量也与温度有关

3、，如 MF12-100 的电池，在摄氏 10 度以 0.1C电流放电，蓄电池能表现的容量约为85AH，3-5 年后蓄电池随着内部老化放电时间会渐渐缩短，是正常现象。如果知道负载功率，如何来配置蓄电池组的数量来达到预定的时间？如负载的的功率为2000W，需要延时 2 小时。怎样配 UPS及蓄电池呢？首先算出蓄电池的放电电流，能量守恒，UPS的放电电量与蓄电池的放电电量是基本相等的。所以可以直接按2000W 的功率来算出电池的放电电流。如果我们配的UPS是山特 3KVA 的，12V 电池个数是8 只，终止电压是10.5*884V，放电时的计算电流是2000W/84V23.8A，如逆变器的效率按95

4、来算，则实际电流为 23.8/0.9525A。再对照上面的表，看有哪个电池的规格能在终止电压为10.5V、放电电流 25A 时可以达到 2 小时，很明显，MF12-65（12V-65AH）的这款可以达到。所以电池的配置就选12V-65AH 8 只。这样就可以满足要求了。其它规格也都是这样计算的，又比如，12V-100AH 的电池在 27.2A时可以放电 3 小时，如果电流在55A 时需要放电 3 小时，就需要选12V-100AH 的电池 2 组并联使用才可以达到相应的时间。如果知道蓄电池的容量，如何知道能放电多长时间？比如现有一台 6KVA 的 UPS，配了一组 MF12-26（12V-26A

5、H）的蓄电池，想知道能放电多长时间。6KVA 的 UPS功率因素是 0.7，最大有功功率是 4.2KW，首先要确定 UPS后面接设备的实际功率是多大，可以估计一下，也可以用钳流表来测一下电流。如果半载即 2KW 左右的话能延时多久呢？6KVA 的直流电压是240V，放电终止电压是 210V，逆变器效率是 95，这样电池的放电电流是：2000W/210V/0.9510A，再对比上面的恒流参数表，MF12-26的电池在 9.96时可以放电 2 小时，因此，如果设备功率为2KW 时，这样一组电池的放电时间约为2 小时。如果按满载，即设备的功率为4200W 时，这样一组 12V-26AH 的电池能放电

6、多久呢？和上面一样，电池的放电电流是4200W/210V/0.9521A。再对比上面的恒流参数表，MF12-26 的电池在 21.7A6 时可以放电 45 分钟，因此，如果设备功率为4.2KW 时，这样一组电池的放电时间约为 45 分钟。如何测蓄电池的容量现在市场上蓄电池品牌很多，质量好坏不一，以次充好的现象很多，甚至把 100AH 做成 50AH 来卖，想要知道蓄电池的真实容量，只有一个办法：放电！最简单的就是用个UPS加白炽灯泡来放电。比如一组电池 3 只，接上 500W 的灯泡来放电，放了3 个小时，那这个电池的容量是多少呢？还是与上面一样来计算放电的电流。计算结果约17A，对比上面的恒

7、流放电参数表，看哪款电池在17A 左右可以放 3个小时，对比发现实际容量是65AH 的。UPS系统蓄电池放电时间的估算为了提高有线电视前端供电系统的安全性与可靠性，旗县分公司基本都配备了前端 UPS系统，了解前端 UPS系统蓄电池正常放电时长是进行 UPS系统维护的重要条件之一。因电池放电时间与放电电流、环境温度、负载类型、放电速率、电池容量等多因素相关，故实际放电时间无法直接用公式推导出。我们可以先通过以下公式估算出UPS系统蓄电池 平均放电电流：蓄电池 平均放电电流 IUPS负载功率 P（Ev）其中蓄电池组 平均放电电压 Ev可取蓄电池组标称电压与放电终止电压的中间值(标称 12V 的单块

8、蓄电池平均放电电压取11.25V)，UPS效率一般取 0.8。求出电池平均放电电流后，再算出放电倍率（放电倍率放电电流蓄电池标称容量）,即可从电池在各温度下放电曲线图上查出相应的放电时间。如果没有蓄电池 放电曲线图,可依据以下规律估算放电时间(蓄电池放电时间 蓄电池放电容量 蓄电池 平均放电电流):放电倍率为 0.05C 时,蓄电池放电容量标称容量（环境温度25）放电倍率为 0.1C 时,蓄电池 放电容量 0.95 倍标称容量（环境温度 25）放电倍率为 0.2C 时,蓄电池 放电容量 0.85 倍标称容量（环境温度 25）放电倍率为 0.3C 时,蓄电池 放电容量 0.8 倍标称容量（环境温

9、度 25）放电倍率为 0.4C 时,蓄电池 放电容量 0.75 倍标称容量（环境温度 25）放电倍率为 0.5C 时,蓄电池 放电容量 0.7 倍标称容量（环境温度 25）放电倍率为 0.6C 时,蓄电池 放电容量 0.65 倍标称容量（环境温度 25）放电倍率为 0.8C 时,蓄电池 放电容量 0.55 倍标称容量（环境温度 25）放电倍率为 1C时,蓄电池 放电容量 0.4 倍标称容量（环境温度25）放电倍率为 2C时,蓄电池 放电容量 0.3 倍标称容量（环境温度25）以杭后分公司为例：UPS负载功率 1400W，蓄电池组 平均放电电压 Ev=90V（8 块标称 12V100AH 的蓄电

10、池串联，平均放电电压11.25890V）。蓄电池 平均放电电流 I 1400（900.8）19.4A 放电倍率 19.4 1000.2C,此放电倍率下,蓄电池组 放电容量 0.85 倍标称容量。UPS系统蓄电池放电时间（0.85100）19.44.38 小时。UPS 后备蓄电池容量计算方法介绍概述在很多的技术文章中经常这样描述蓄电池在UPS 系统的重要性：蓄电池是UPS 系统中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS 系统的可靠程度。但很少关注蓄电池配置问题，正确的选择UPS 后备电池容量，对UPS 系统的正常运行也是至关重要的。电池容量选择过大造成投资的浪费，容量选择偏小不仅不能满足

11、UPS 后备时间，造成安全事故，还因电池放电倍率太大，严重影响电池使用性能，寿命。UPS 后备蓄电池容量计算方法很多，各行各业都有相应的计算方法选择的侧重点，下面收集行业中常用的几种计算方法，供大家参考。同时我们注意到现有部份行业中UPS 系统的负荷当电力出现问题时，负荷会分时段变化，此类系统中蓄电池容量的计算与选择也是众说纷纭，在此提供我们的计算方式供大家讨论。UPS 后备蓄电池容量计算方法介绍首先我们需要明确一下蓄电池容量的概念，根据YD/T799-2002标准定义，蓄电池容量(AH)是指在标准环境温度下（25），电池在给定时间指点终止电压时（1.80v），可提供的恒定电流(0.1C10)

12、A与持续放电时间(10h)H 的乘积（I*T）。确定了 UPS 和蓄电池的品牌和UPS 系统的后备时间，我们可以根据蓄电池的放电性能参数，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。在 UPS 系统中,市电正常时，市电为能量源，UPS 为能量转换设备，蓄电池为能量储存，后接负荷为能量消耗源，市电出现问题时，蓄电池作为能量源，UPS 为能量转换设备，后接负荷仍为消耗源。电力常用计算公式为W=UIt，P=UI。在电池作为能量源时同样适用，也是所有UPS 后续蓄电池容量计算的依据所在。1.恒功率法(查表法)该方法是能量守恒定律的体现，蓄电池提供的功等于后者稍大于负荷消耗功。W

13、 负荷 W 电池，P 负荷 P电池P 负荷=P（VA）*Pf/P 电池=电池实际试验的恒功率数据P 负荷电池组提供的总功率P（VA）UPS 标称容量（VA）Pf UPS 功率因子逆变器转换效率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 电池单体终止电压具体计算步骤如下：P 负荷=P（VA）*Pf/Pnc=P 负荷/（N*n）我们可以在厂家提供的如图2 所示 Vmin 下的恒功率放电参数表中，找出P 电池等于或者稍大于 Pnc 的功率值所对应的型号蓄电池。如果表中所列的功率值P 电池均小于Pnc。可以通过多组电池并联的方式达到要求。恒功率法(查表法

14、)是 UPS 蓄电池容量计算的最常用方法，蓄电池容量及型号的确定是根据对应型号蓄电池实际试验数据得来的，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。不同电压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值没有线性关系，故不同电压等级和容量不可简单的数字换算来配置，需要严格按照提供的恒功率来配置。不同品牌蓄电池的产品性能存在差异，放电参数相差较大，顾同容量不同品牌电池也不可以互换。蓄电池恒功率数据都来至与新电池试验数据，恒功率法(查表法)并没有考虑蓄电池的折旧以及温度的变化，顾该方法适用于UPS 蓄电池运行环境稳定，且UPS 负荷长时间在额定容量 80%以下运行时选用。

15、2估算法该方法是和电力公式和蓄电池容量概念的体现。根据已经确定的UPS 品牌及型号，我们可知蓄电池组最低电压Umin。I 电池=W 电池/（U 电池*T）=P 电池/U 电池C10=I 电池/KCh C10 蓄电池 10 小时率容量KCh 容量换算系数（1/h）-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，电池的容量换算表（25）（表1）在 UPS 系统中，多数情况负荷容量是保持不变的，而电池组随着放电时间逐渐降低的，根据 P=UI 可知电池组放电电流逐渐增大。为了计算方便，我们选择蓄电池组的最大工作电流为我们的计算数据。具体计算如下：Imax 电池组提供最大电流Umin

16、电池组最底工作电压值Imax=P（VA）*Pf/（*Umin）C10=I/KC 估算法在计算的公式我们可以看出，由于采用了Umin-电池组最低工作电压值，所以会导致要求的蓄电池组的安时容量偏大的局面。这是因为当蓄电池在刚放电时所需的放电电流明显小于Imax 的缘故。按目前的使用经验，可以再计算出C10 值的基础上再乘以0.75校正系数。3电源法该方法是在所介绍的UPS 后备蓄电池容量计算方法中唯一标准（通信电源设备安装工程设计规范YD/T5040-2005）支持的方法。此方法是仍旧是电力公式与蓄电池容量概念的结合方法来确认蓄电池的容量，不过该方法比估算法更全面考虑UPS 电池在整个服役期间的电

17、池状态，在电池运行环境温度变化交大时，更能准确计算出电池的容量。具体计算方法如下：I=(P(VA)*Pf)/U Q KIT/H(1+A(t-25)I 电池组电流Q 电池组容量（ah）K 电池保险系数,取 1.25 T 电池放电时间H 电池放电系数，见图3 U 蓄电池放电时逆变器的输出电压（V）（单体电池电压为1.85V 时）A 电池温度系数（1/）当放电小时率10时，取 0.006，当 1 放电率 10 时，取 0.008，当放电率 1 时，取 0.01。t 实际电池所在地最低环境温度值，所在地有采暖设备时，按15 考虑，无采暖设备时，按 5考虑。此方法比较全面的考虑环境因数以及蓄电池容量衰减

18、，UPS 满荷使用机率较大，以及重要使用场合选用此方法计算配置电池容量。举例说明：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。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

19、达电通DCF126-12系列电池恒功率表（图2）可知DCF126-12/120电池终止电压为1.75v 时放电 30min 电池提供功率为217W。电池组数量=387.2 217=1.78 即:选用 2 组 120ah,计 58 节 120ah 电池。2.估算法Imax=P（VA）*Pf/（*Umin）=(80*1000*0.8)/(0.95*300)=224.6(A)查中达电通DCF126系列蓄电池不同放电时率不同放电终止电压下，电池的容量换算表（25）（表1）可知 KCh=0.98.C10=I/KCh=224.6A/0.98=229(Ah)按照使用经验，可在计算的基础上再乘0.75 校正系

20、数。故需要电池安时数为229*0.75=172(Ah)。即:可选用 1 组 172h 电池可以满足负载的使用，根据中达电通12v 系列蓄电池容量的设计规格,选用计 1 组 12v200ah电池或者2 组 12v100ah电池，计 29 节200ah 电池，或者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)Q KIT/H k(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

21、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*0.75=328.5(Ah)即:选用 3 组 120ah,计 87 节 120ah 电池。UPS 阶梯负荷后备蓄电池容量计算方法介绍现在越来越多行业应用中特别是在铁路，地铁，能源行业中的UPS 系统后接负荷会按照性质或用途进行分类，在市电出现问题时，负荷会按照负荷的性能和重要性先后退出系统，这就造成了UPS 后接负荷是变化着，表现为阶梯式负载。负荷的变化带动了蓄电池的放电过来中放电功率和速率的变化。从

22、蓄电池容量换算系数（1/h）表 1 中可以看出蓄电池能够提供放电容量（功率）与持续放电时间相关联的。顾至今没有一个方法能够很准确的计算出此类使用方式下的蓄电池实际需求容量。阶梯负荷后备蓄电池容量的计算我们借鉴的是火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定（DL/T5044-95）中 D.2 阶段负荷计算法，具体如下：计算公式：式中Cc 蓄电池放电率计算容量(Ah)KK 可靠系数，KK=KtKdKa，Kk 取 1.40；Kt 温度补偿系数,取 1.10；Kd 设计裕系数,取 1.15；Ka 蓄电池老化系数,取 1.10；I1，I2，In 各阶段事故负荷电流(A)KC1，KC2，KCn 各阶段容量换算系数(1/h)。在计算过程中，注意容量换算系数KC 的选定，不同的蓄电池，不同的终止电压及不同的放电时间，KC 值是不同的。UPS 系統阶梯式负荷的运行，如图4 所示。阶段负荷功率变化图为了计算方便，各阶梯假设是恒定的，采用极限法确定蓄电池组的放电电流值，U 值我们选用的1.80V/cell.顾电池组放电电流(I=P/U)就可以为如图5 所示.蓄电池组放电流总结UPS 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。