UPS與蓄電池容量配置綜述

張 鵬

（中國移動通信集團(tuán)河北有限公司唐山分公司，河北唐山063000）

0 引 言

UPS作為通信領(lǐng)域重要的供電設(shè)備，其性能直接關(guān)乎通信設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。蓄電池作為UPS的配套備用電源，其作用也是不可替代的，只有它跟UPS的緊密配合才能從根本上保證市電中斷油機(jī)啟動間隙的無縫連接，提供不間斷電源。

蓄電池容量的配置是UPS電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，也是維護(hù)工作中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的熱點(diǎn)，過高及過低的電池容量對于UPS系統(tǒng)的運(yùn)行都是不利的。容量過高，則增加投資成本，且易導(dǎo)致電池小電流深放電，造成電池永久性的損壞；容量過低，則不能滿足負(fù)載不間斷供電的要求，且大電流的充放電將縮短電池使用壽命。所以，正確選擇與UPS容量和負(fù)載容量相適應(yīng)的蓄電池容量是控制系統(tǒng)投資成本，提供不間斷供電可靠性的關(guān)鍵。

為了配合分析蓄電池的配置方法，本文配以實(shí)例計(jì)算。實(shí)例條件：1+1并機(jī)形式UPS電源系統(tǒng)、單臺為60 k VA的力博特UPS，要求單臺UPS蓄電池后備時(shí)間1 h，蓄電池以雙登12 V閥控式鉛酸蓄電池為例，2 V小單體放電終止電壓為1.8 V，機(jī)房溫度25℃；計(jì)算此套UPS系統(tǒng)應(yīng)該配備多大容量蓄電池。

1 按蓄電池的容量選擇配置法

根據(jù)YD5040-97《通信電源設(shè)備安裝設(shè)計(jì)規(guī)范》，蓄電池容量可按下式配置：

式中，Q為蓄電池容量（Ah）；K為安全系數(shù)，取1.25；Idc為蓄電池負(fù)荷電流（A）；t為放電小時(shí)數(shù)（h）；η為放電容量系數(shù)，不同條件下的放電容量系數(shù)見表1；T為實(shí)際電池環(huán)境溫度（℃）；α為電池溫度系數(shù)（1／℃），當(dāng)放電小時(shí)率≥10時(shí)，取α=0.006；當(dāng)1≤放電小時(shí)率＜10時(shí)，取α=0.008，當(dāng)放電小時(shí)率＜1時(shí)，取α=0.01。

表1 閥控式鉛酸蓄電池放電容量系數(shù)(η)

其中，蓄電池負(fù)荷電流的計(jì)算一般按照UPS的理論容量來進(jìn)行計(jì)算：

式中，SN為UPS額定容量（VA）；cosφN為UPS額定輸出功率因數(shù)，典型的為0.7或0.8，本文計(jì)算中取0.8；U為放電終止電壓（V），U=nEN，n為一組蓄電池對應(yīng)蓄電池的個數(shù)，E為蓄電池2 V單體的終止放電電壓，N為一個蓄電池對應(yīng)的2 V小單體的個數(shù)，12 V蓄電池的2 V小單體個數(shù)為6個；μ為逆變效率，即電池工作時(shí)逆變器的工作效率，各廠家因技術(shù)的差異，相差較大，一般在0.6～0.95之間，本文計(jì)算取0.9。

通過公式（2），得：

代入公式（1）中，

因?yàn)榭紤]了裕度（安全系數(shù)K），計(jì)算需要的蓄電池容量可約等于400 Ah；即每臺UPS配置4組100 Ah或者2組200 Ah蓄電池可滿足后備時(shí)間在1 h。

2 查詢蓄電池的恒電流放電表配置法

這種方法即計(jì)算出每個蓄電池的每個單體的放電電流，再查詢蓄電池的使用說明書附有的恒電流放電表（表2）即可。

表2 艾諾斯—華達(dá)電池恒流放電數(shù)據(jù)(放電終止電壓1.80 V 放電溫度77°F(25°C))

蓄電池的放電電流：

Idc=計(jì)算方法、各符號含義同上。由第1節(jié)計(jì)算結(jié)果I=154.32 A。

實(shí)際放電電流I=ζIc，ζ為溫度補(bǔ)償系數(shù)，ζ=η［1+α（T-25）］，式中符號含義同公式（1）。

機(jī)房溫度25℃，I=Ic，查表2可得6GFM100蓄電池恒流放電1 h對應(yīng)放電電流54 A，6GFM200蓄電池恒電流放電1 h對應(yīng)放電電流109 A；要滿足蓄電池最大放電電流154.32 A，即每臺UPS可以配置100 Ah蓄電池3組（54 A×3=162 A＞154.32 A），或者每臺UPS配置200 Ah蓄電池2組（109 A×2=218 A＞154.32 A）。

3 查詢蓄電池的恒功率放電表配置法

這種配置方法首先計(jì)算每個蓄電池2 V單體分擔(dān)的功率，再查詢蓄電池的使用說明書附有的恒功率放電表（表3）即可。

表3 艾諾斯—華達(dá)電池恒功率放電數(shù)據(jù)(放電終止電壓1.80 V 放電溫度77°F(25°C))

即每個蓄電池的2 V小單體相當(dāng)于分擔(dān)功率277.78 W。

實(shí)際放電功率=查表放電功率×溫度補(bǔ)償系數(shù)，為溫度補(bǔ)償系數(shù)ζ=η［1+α（T-25）］，式中符號含義同公式（1）。

查表3得6GFM100蓄電池恒功率放電1 h對應(yīng)放電功率99 W，6GFM200蓄電池恒功率放電1 h對應(yīng)放電功率197 W。

設(shè)定機(jī)房的溫度25℃，實(shí)際放電功率=查表放電功率；需配備的蓄電池對應(yīng)每單體的放電功率應(yīng)大于計(jì)算標(biāo)稱的放電功率，即對應(yīng)可配置100 Ah蓄電池3組（99 W×3=297 W＞277.78 W），或者配置200 Ah蓄電池2組（197 W×2=394 W＞277.78 W）。

4 查詢放電特性曲線圖配置法

這種方法先查詢蓄電池說明書上附有的蓄電池放電特性曲線，得到在特定放電時(shí)間單體終止電壓下的放電率，反推蓄電池的放電電流來求得蓄電池應(yīng)配備的容量。

圖1 GFM型閥控式密封鉛酸蓄電池不同倍率放電特性曲線(25℃)

根據(jù)蓄電池后備時(shí)間1 h、放電終止電壓1.8 V，對應(yīng)12 V蓄電池終止電壓10.8 V的限定條件下查圖1得放電倍率約為0.58 C。

蓄電池的放電電流為：

Idc=計(jì)算方法、各符號含義同上。Idc=154.32 A。

0.58 C的放電條件下蓄電池放電電流等于UPS額定滿載下的放電電流，即0.58 C=154.32 A，得出C=266.07 Ah

即對應(yīng)可配置100 Ah蓄電池3組（100 Ah×3=300 Ah＞266.07 Ah），或者配置100 Ah蓄電池2組（200 Ah×2=400 Ah＞266.07 Ah）。

上述四種方法都可以計(jì)算出UPS需配置的蓄電池容量及組數(shù)，因?yàn)樗姆N方法查表、查圖等的誤差、溫度補(bǔ)償?shù)鹊奶幚?，相互之間有一定的計(jì)算偏差，但四種方法都可以不同程度的指導(dǎo)UPS蓄電池的配置。

5 總 結(jié)

四種蓄電池容量配置方法中，對應(yīng)第一種按蓄電池的容量選擇配置法誤差相對較大，對蓄電池的放電細(xì)節(jié)進(jìn)行忽略，僅考慮蓄電池放電最大電流這一項(xiàng)關(guān)鍵因素，這種方法可以作為蓄電池配置的初略估算，同時(shí)也可以用于整流電源的后備蓄電池配置計(jì)算。查詢蓄電池的恒電流、恒功率放電表配置法這兩種方法從蓄電池單體的放電特性出發(fā)考慮，計(jì)算方法合理，特別是查詢蓄電池的恒功率放電表配置計(jì)算方法，因?yàn)橘N近蓄電池的恒功率放電實(shí)際而計(jì)算精準(zhǔn)，這兩種算法得到了較好的實(shí)際指導(dǎo)作用和廣泛應(yīng)用。第四種方法查詢放電特性曲線圖配置法也較為準(zhǔn)確，但是查圖尋找對應(yīng)的放電率曲線本身就具有一定的肉眼誤差，而且對于某些非整點(diǎn)的配置時(shí)間難以查表，可以作為一種較好的估算方法。

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