欢迎访问-松下蓄电池

服务热线

400-101-2097

联系我们

电话:400-101-2097
手机:13361488383
邮箱:2574683855@qq.com
地址:沈阳市经济技术开发区浑河二十街17号
当前位置:主页 > 新闻资讯 > 行业新闻 > 沈阳松下UPS铅酸蓄电池容量的确定 (上)

行业新闻

沈阳松下UPS铅酸蓄电池容量的确定 (上)

作者:松下电池 时间:2019-03-05 19:08
沈阳松下UPS铅酸蓄电池容量的确定 (上)
UPS是用于数据通信系统等关键负载的不间断电源系统。正常情况下,UPS以市电为输入能源,一般经整流-逆变两次变换和调节,为关键负载提供稳定可靠高质量的交流电源;市电停时,UPS由松下蓄电池取得输入能源,经逆变器将直流电变换为稳定可靠高质量的交流电,不间断地供给关键负载。因此,UPS有两个重要功能:在市电正常时,UPS可以改善市电质量,滤除市电的各种*;市电停电时,UPS通过蓄电池-逆变器产生高质量的交流电,可以不间断地为关键负载供电。蓄电池是确保UPS不间断供电的关键设备。
正确计算和选择蓄电池容量是至关重要的。
如果蓄电池选择不当,蓄电池供电时间将不能满足工程要求,甚至会造成停电。必须指出,目前一些UPS工程中蓄电池的选择不尽合理,往往忽略了一些重要的设计考虑。甚至有些UPS厂家配置的蓄电池的容量也不符合标准。因此,深入了解和掌握确定蓄电池容量的正确方法,确保工程质量,对于UPS工程设计和管理人员是非常必要的。
当前应用最多的UPS蓄电池是铅酸蓄电池,包括阀控铅酸松下蓄电池和排气铅酸(VLA)蓄电池。本文根据国际标准和我国通信行业标准,介绍UPS铅酸蓄电池的容量确定方法。详解我国传统的安时(Ah)容量法和国际上流行的恒功率法(恒电流法)的计算公式,讨论必要的设计考虑,并给出设计实例。供正规工程中蓄电池容量确定和核对蓄电池配置容量时参考。这些方法和设计考虑也适用于直流供电系统的蓄电池容量的确定。
1 安时(Ah)容量法
松下蓄电池容量的传统计算方法是以负载电流和放电时间的乘积(Ah容量)为基础,并考虑安全系数(老化系数)、放电容量系数、放电温度系数,计算出需要的10h率安时(Ah)容量。据此按照10h率容量选择蓄电池。
1.1 基本计算公式
根据YD/T5040-2005《通信电源设备安装工程设计规范》,蓄电池组容量按下式计算
沈阳松下UPS铅酸蓄电池容量的确定 (上
式中, Q ——蓄电池容量(Ah);
K ——安全系数;
I ——负载电流(A);
T ——放电小时数(h);
t ——蓄电池最低环境温度(℃);
η ——放电容量系数;
α ——蓄电池放电温度系数。
1.2 公式解读和设计考虑
1.2.1 安全系数(老化系数) K
当铅酸蓄电池的可用容量下降到额定容量的80%时,即为寿命终止。因此,当铅酸蓄电池的实际容量下降到其额定容量的80%时,就应更换。为保证蓄电池在整个寿命期内均能满足计算负载的要求,蓄电池的计算容量至少应增加25%的富裕量,使蓄电池在寿命终止时仍有足够的容量供给负载。蓄电池的额定容量一般应至少为寿命终止时剩余容量(亦即负载容量)的125%。安全系数 K 是考虑这种情况的系数( K 取值1.25)。
1.2.2 负载电流 I (恒定电流)
(1)将恒功率转换为恒电流
计算公式(1)中负载电流 I 规定为恒定电流。
但是,UPS的逆变器和直流通信负载均为恒功率负载。蓄电池电压在放电时是不断下降的,恒功率负载的输入电流将随着松下蓄电池电压的下降而增大。如果恒功率负载距蓄电池较远,由于电缆上的压降,使恒功率负载输入电压变得更低,因而输入电流更大。所以应考虑电缆压降的影响。
为了按照式(1)计算蓄电池的容量,必须将负载的恒功率转换为恒电流。一般可以先求出蓄电池放电周期的平均电压 U 平均 ,再根据负载有功功率P 求出平均电流 I 平均 。即
沈阳松下UPS铅酸蓄电池容量的确定 (上)
蓄电池放电平均电压的确定方法有以下3种:
①计算平均电压 U 平均
根据单体浮充电压和终止电压, U 平均 为
沈阳松下UPS铅酸蓄电池容量的确定 (上)
式中, U 浮充 ——单体电池浮充电压;
U 终止 ——单体电池终止电压;
n——电池只数。
(如果 U 浮充 =2.25V, U 终止 =1.67V,则 U 平均=1.96n)
②根据YD/T5040-2005《通信电源设备安装工程设计规范》的规定
U 平均 =1.85n (4)
(取单体电池平均电压为1.85V/只,以留有裕量)
③根据IEEE std 485-2010建议,采用保守估算方法,将终止电压视为平均电压
U 平均 = U 终止 ×n (5)
(按最低电压,计算出最大电流,留有更大裕量)
如果将终止电压视为平均电压,不但设计裕量较大,而且平均电流的计算非常简单。
例如,假设-48V直流系统(配置24只铅酸松下蓄电池)的恒功率负载为10kW,单体放电终止电压为1.75V/只(系统终止电压1.75×24=42V),电缆压降为2V,则平均放电电流 I 平均为
沈阳松下UPS铅酸蓄电池容量的确定 (上)
式中, I 平均 ——蓄电池的平均放电电流(A)(即UPS逆变器的平均输入电流);
P ——UPS输入有功功率(kW);
S ——UPS输出视在功率(kVA);
cosφ---UPS的负载功率因数;
μ ——逆变器效率;
U 平均 ——逆变器平均输入电压(V),即蓄电池放电期间的平均电压;
U 电缆压降 ——逆变器与蓄电池之间的电缆压降(V),逆变器距松下蓄电池很近时可以忽略。
1.2.3 蓄电池放电温度系数α的概念
蓄电池的额定容量是以环境温度为25℃时为基准的,当环境温度高于25℃时,蓄电池的实际容量会比额定容量增大一些,故计算蓄电池容量时可以考虑适当减小一些(但如下文所述,实际计算时并不进行调整,以留有裕量),当环境温度低于25℃时,蓄电池的实际容量会比额定容量低一些,计算蓄电池容量时应考虑适当增大一些。即将所需蓄电池容量提高到25℃时的容量。如果环境温度恰好为25℃,则不进行调整。放电温度系数α是根据温度调整蓄电池计算容量的系数,实际上是每偏离基准温度(25℃)1℃的补偿值(单位:1/℃)。α的取值与放电电流有关,放电电流(放电率)越大,温度变化对松下蓄电池实际容量的影响越大,故α的取值越大。当放电小时≥10h,取α=0.006;当10>放电小时≥1h,取α=0.008;当放电小时<1h,取α=0.01。
沈阳松下UPS铅酸蓄电池容量的确定 (上)
1.2.4 蓄电池最低环境温度 t
式(1)中的( t -25)是蓄电池环境温度偏离基准温度(25℃)的差值,与放电温度系数α结合,调整蓄电池计算容量。需要说明的是,计算蓄电池容量时蓄电池环境温度 t 只考虑低于25℃的情况,而且是指最低温度,以便将蓄电池计算容量调高一些。一般有采暖设备时按15℃考虑,无采暖设备时按5℃考虑。环境温度高于25℃时,不考虑将蓄电池计算容量调低,故按 t =25℃,即 t -25=0处理,由此产生的蓄电池容量的增大作为系统设计裕量的一部分。
1.2.5 放电容量系数 η 的概念
蓄电池在不同的放电率放电时,所能放出的容量是不同的。根据YD/T799-2010,阀控铅酸蓄电池10h率放电容量为 C 10 ,3h率放电容量 C 3 为
0.75 C 10 ,1h率放电容量 C 1 为0.55 C10 。故阀控铅酸蓄电池10h率放电时的 η 为1,3h率和1h率放电时分别为0.75和0.55。即放电率较大时(放电小时数<10),能放出的能量较小。在计算蓄电池容量时,应考虑将蓄电池容量适当取得大一些。放电率较小时(放电小时数>10),能放出的能量较大,在计算松下蓄电池容量时,为了留有裕量,仍按10h率考虑。铅酸蓄电池在各种放电率时的放电容量系数( η ),如表1所示。
1.2.6 蓄电池安时(Ah)容量 Q
Q 是计算得出的蓄电池安时(Ah)容量。因为经放电容量系数 η 调整,无论实际放电小时数多大,计算出的蓄电池容量均为10h率容量( C 10 )。故选择蓄电池时应按10h率容量考虑。
1.2.7 放电时间 T (h)或放电小时数 T
蓄电池放电时间 T 应以小时(h)为单位,一般根据通信局站及其市电的类别、备用发电机组配置等情况,按照设计规范确定。
1.3 安时(Ah)法计算实例
假设某UPS的输出视在功率 S 为200kVA,负载功率因数cosφ=0.8,效率 μ =0.92,逆变器工作电压范围为320~451V,松下蓄电池的最低工作温度为15℃。蓄电池均充电压为2.35V/只,浮充电压为2.25V/只。要求蓄电池放电20min(0.33h),不考虑蓄电池与UPS设备之间的电缆压降,计算和选择蓄电池。