如何计算UPS蓄电池配置及蓄电池的放电时间

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=（Pcosφ）/（ηEi）其中P是UPS的标称输出功率;cosφ是负载功率因数;η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，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*8＝84V，放电时的计算电流是2000W/84V＝23.8A，如逆变器的效率按95％来算，则实际电流为23.8/0.95＝25A。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-65AH8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-26AH）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/0.95＝10A，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的电池能放电多久呢？和上面一样，电池的放电电流是4200W/210V/0.95＝21A。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I≈UPS负载功率P÷（Ev×η）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的单块蓄电池平均放电电压取11.25V)，UPS效率η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的蓄电池串联，平均放电电压11.25×8＝90V）。蓄电池平均放电电流I≈1400÷（90×0.8）≈19.4A放电倍率＝19.4÷100≈0.2C,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≈（0.85×100）÷19.4≈4.38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)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负荷≤W电池，P负荷≤P电池。P负荷={P（VA）×Pf}/ηP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；η：逆变器转换效率；Pnc：每cell（单体）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}/η；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)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。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/KChC10蓄电池10小时率容量KCh容量换算系数（1/h）---------XX12V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电池组最底工作电压值Imax={P（VA）*Pf}/（η*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)/µUQ≥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1.25T电池放电时间H电池放电系数，见图3U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，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：科华FR-UK系列80KVAUPS后备时间30min,选用XXX12V系列电池.计算电池容量?科华FR-