簡述蓄電池在UPS中的相關計算

蓄電池廣泛應用于UPS行業并承擔重要角色。UPS在市電異常的情況下會緊急切換至電池逆變模式放電，其切換時間為0ms，以此來保證UPS繼續輸出穩定的電能，即保證客戶的設備不掉電，而客戶則可以充分利用這段后備時間保存/備份相關數據，當市電恢復正常后，UPS會自動由電池逆變模式或旁路模式或待機模式（對于單輸入UPS，電池在市電恢復正常之前已放電至低壓狀態導致UPS轉至待機模式）切換回市電逆變模式，其切換時間仍然為0ms。本文主要針對蓄電池在UPS中的相關計算做簡單介紹，包括放電時間計算、EOD點計算。

1. UPS結構框圖簡介

如圖所示為高頻UPS市電異常自動轉至電池模式供電時的結構/能流框圖：

UPS的其它工作模式不做詳細介紹，感興趣的可通過網絡自行查閱相關資料。

UPS中的蓄電池大多數使用的是鉛酸蓄電池。下面重點介紹一下UPS中的電池管理方法、電池相關計算及電池應用。

2. UPS電池相關計算簡介（恒功率放電時間計算、電池放電EOD點）

2.1 恒功率放電時間計算簡介

以“UPS-30kVA并機、共用32節12V/38Ah電池組”為例計算需要多少組電池才能滿足UPS滿載預想的后備時間需求。恒功率計算公式如下：

式中：Pnc表示每格電池需要提供的功率/能量，單位為W；S表示UPS的輸出總容量，單位為VA；PF表示UPS的輸出功率因數；N表示UPS的標稱電池電壓節數；n表示單體電池的格數（常規12V蓄電池的標準為：2V/格，故n=6）；η表示UPS滿載時的逆變效率。

以下為某12V/38Ah（2V單格）蓄電池的恒功率放電數據表：

已知：S=30kVA×2=60kVA=60000VA、N=32節、n=6格；設定：PF=0.9、η=0.95。

將上述數據代入恒功率計算公式可得出：

即電池每單格需要釋放/提供296.0526W的能量。

假定滿載需要后備時間滿足≥10min。經查上述“某12V/38Ah（2V單格）蓄電池的恒功率放電表”可知，當12V/38AH電池的單格終止放電電壓為1.70V（假定UPS的單體電池低壓關機點為10.2V，由此得出單格終止放電電壓為10.2V/6=1.70V）且放電時間為10min時，電池每單格提供的功率/能量為150W。設所需電池組數為A，由此得出：

根據以上計算結果可知，假定滿載需要后備時間滿足≥10min，則“UPS-30kVA并機、共用32節12V/38Ah電池組”至少需要配置2組32節12V/38AH電池并聯使用。

2.2 電池放電EOD電壓值計算及應用簡介（EOD：即放電終止電壓）

當市電異常（電壓/頻率超范圍或者波動太大）時，UPS會自動切換至電池模式下進行放電工作（電池經PFC升壓、INV逆變后帶載工作）。

對電池來講，不同的放電系數，其EOD值應根據電池特性來設定。如果放電系數較小（即小電流放電）時，仍然使用較小的EOD值，會導致電池深度放電而被放壞；同樣的，如果放電系數較大（即大電流放電）時，仍然使用較大的EOD值，則會導致放電時間較短（即UPS的電池有效后備時間縮短）。

針對以上兩種情況，根據電池的放電特性，可以以放電速率來標定EOD點。

1. 以下為某電池供應商的電池規格書中給出的100Ah電池在恒流放電時的電池放電曲線圖：

由此100Ah電池的恒流放電曲線圖可以得出如下表格數據（備注：放電速率定義為C，單位定義為c，其詳細的計算公式如介紹）：

2. 以下表格數據為結合電池供應商給出的建議，定義的一組不同放電速率區間對照EOD點的參考值/經驗值：

⑶ 放電速率的計算公式如下所示：

式中：C表示放電速率，單位為c；I表示電池的放電電流，單位為A；Capacity表示電池的標稱容量，單位為Ah；S表示UPS的輸出總容量，單位為VA；PF表示UPS的輸出功率因數；η表示UPS當前對應負載率的逆變效率；V_bat表示單體標稱電壓，單位為V；2表示正負電池組，模塊機使用的是正負電池組，所以希望正負電池組能夠分開進行控制，同時以最先到達EOD點的電池組來控制UPS的關機保護點；No_bat表示電池的組數。

3. 結束語

以上主要對蓄電池在UPS中的放電時間計算、EOD點計算等做了一個簡單的介紹，希望對大家有所幫助。同時，蓄電池在使用過程中一定要注意安全，尤其在接線的時候，如果不小心發生短路，后果不堪設想。所以一定要規范操作，例如先理清思路再操作、佩戴防護用具、工具做絕緣處理、不帶電操作等，切記避免不必要的危險發生。

（作者單位：易事特集團股份有限公司）