蓄電池是UPS系統(tǒng)中的重要組成部分，其優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS系統(tǒng)的可靠程度,其容量的正確選擇對(duì)UPS系統(tǒng)的正常運(yùn)行也是至關(guān)重要的。電池容量過(guò)大會(huì)造成投資的浪費(fèi)，容量偏小又不能滿足UPS后備時(shí)間，造成安全事故，還會(huì)因電池放電倍率太大，嚴(yán)重影響電池使用性能和壽命。

因此介紹幾種常用的電池容量計(jì)算方法以供大家參考。

一、恒功率法(查表法)

該方法是能量守恒定律的體現(xiàn)，蓄電池提供的功率等于后者稍大于負(fù)荷消耗功率。

W負(fù)荷≤W電池,P負(fù)荷≤P電池,P負(fù)荷={P,(VA)×Pf}/η;P電池=電池實(shí)際試驗(yàn)的恒功率數(shù)據(jù);P負(fù)荷為電池組提供的總功率;P(VA)為UPS標(biāo)稱容量(VA);Pf為UPS功率因數(shù);η為逆變器轉(zhuǎn)換效率;Pnc為每cell需要提供的功率;n為機(jī)器配置的電池?cái)?shù)量;N為單體電池cell數(shù);Vmin為電池單體終止電壓。具體計(jì)算步驟如下：

P負(fù)荷={P(VA)×Pf}/η

Pnc=P負(fù)荷/(N×n)

可以在廠家提供的Vmin下的恒功率放電參數(shù)表中，找出P電池等于或者稍大于Pnc的功率值所對(duì)應(yīng)的型號(hào)蓄電池。如果表中所列的功率值P電池均小于Pnc�？梢酝ㄟ^(guò)多組電池并聯(lián)的方式達(dá)到要求。

恒功率法(查表法)是UPS蓄電池容量計(jì)算的最常用方法，蓄電池容量及型號(hào)的確定是根據(jù)對(duì)應(yīng)型號(hào)蓄電池實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)得來(lái)的，電池放電功率數(shù)據(jù)有限，不能滿足所有放電時(shí)間下的電池容量計(jì)算。不同電壓等級(jí)電池和同電壓等級(jí)不同容量電池因提供的恒功率與電池容量值沒(méi)有線性關(guān)系，故不同電壓等級(jí)和容量不可簡(jiǎn)單的數(shù)字換算來(lái)配置，需要嚴(yán)格按照提供的恒功率來(lái)配置。不同品牌蓄電池的產(chǎn)品性能存在差異，放電參數(shù)相差較大，顧同容量不同品牌電池也不可以互換。

蓄電池恒功率數(shù)據(jù)都來(lái)自新電池試驗(yàn)數(shù)據(jù)，恒功率法(查表法)并沒(méi)有考慮蓄電池的折舊以及溫度的變化，顧該方法適用于UPS蓄電池運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定，且UPS負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間在額定容量80%以下運(yùn)行時(shí)選用。

二、估算法

該方法是和電力公式和蓄電池容量概念的體現(xiàn)。根據(jù)YD/T799-2002標(biāo)準(zhǔn)定義，蓄電池容量(AH)是指在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下(25℃)，電池在給定時(shí)間指點(diǎn)終止電壓時(shí)(1.80v)，可提供的恒定電流(0.1C10)A與持續(xù)放電時(shí)間(10h)H的乘積(I×T)。

電力常用計(jì)算公式為W=UIt，P=UI。

根據(jù)已經(jīng)確定的UPS品牌及型號(hào)，可知蓄電池組最低電壓Umin。

I電池=W電池/(U電池×T)=P電池/U電池

C10=I電池/KChC10蓄電池10小時(shí)率容量

KCh容量換算系數(shù)(1/h)--DCF126系列蓄電池不同放電時(shí)間不同放電終止電壓下，電池的容量換算表(25℃)。

在UPS系統(tǒng)中，多數(shù)情況負(fù)荷容量是保持不變的，而電池組隨著放電時(shí)間逐漸降低的，根據(jù)P=UI可知電池組放電電流逐漸增大。為了計(jì)算方便，選擇蓄電池組的最大工作電流為計(jì)算數(shù)據(jù)。

具體計(jì)算如下：

Imax電池組提供最大電流

Umin電池組最底工作電壓值

Imax={P(VA)×Pf}/(η×Umin)

C10=I/Kc

依據(jù)計(jì)算公式可以看出，由于采用了電池組最低工作電壓值Umin，所以會(huì)導(dǎo)致要求的蓄電池組的安時(shí)容量偏大的局面。這是因?yàn)楫?dāng)蓄電池在剛放電時(shí)所需的放電電流明顯小于Imax的緣故。按目前的使用經(jīng)驗(yàn)，可以再計(jì)算出C10值的基礎(chǔ)上再乘以0.75校正系數(shù)。

三、電源法

該方法比估算法更全面考慮UPS電池在整個(gè)使用期間的電池狀態(tài)，在電池運(yùn)行環(huán)境溫度變化較大時(shí)，更能準(zhǔn)確計(jì)算出電池的容量。具體計(jì)算方法如下：

I=(P(VA)×Pf)/U

Q≥KIT/H(1+A(t-25))

I電池組電流Q電池組容量(ah)

K電池保險(xiǎn)系數(shù),取1.25T電池放電時(shí)間

H電池放電系數(shù)，U蓄電池放電時(shí)逆變器的輸出電壓(V)(單體電池電壓為1.85V時(shí))A電池溫度系數(shù)(1/℃)當(dāng)放電小時(shí)率≥10時(shí)，取0.006，當(dāng)1≤放電率<10時(shí)，取0.008，當(dāng)放電率<1時(shí)，取0.01。

t實(shí)際電池所在地最低環(huán)境溫度值，所在地有采暖設(shè)備時(shí)，按15℃考慮，無(wú)采暖設(shè)備時(shí)，按5℃考慮。此方法比較全面的考慮環(huán)境因數(shù)以及蓄電池容量衰減，UPS滿荷使用機(jī)率較大時(shí)，或重要使用場(chǎng)合宜選用此方法計(jì)算配置電池容量。以后備時(shí)間30min的80KVAUPS為例,選用某品牌DCF126-12系列電池進(jìn)行計(jì)算。

80KVAUPS直流終止電壓為300V及U臨界=300V,直流電壓為348V電池組選用29只12V電池,故N=29,n=6,U終壓=1.75vUPS的功率因子Pf=0.8,逆變器轉(zhuǎn)換效率η=0.95。

(1)恒功率法

P(W)={P(VA)×Pf}/η={80×1000×0.8}/0.95=67368.4(W)

Pnc=P(W)/(N×n)=67368.4/(29×6)=387.2(W)

查DCF126-12系列電池恒功率表(表1)可知DCF126-12/120電池終止電壓為1.75v時(shí)放電30min電池提供功率為217W。

電池組數(shù)量=387.2/217=1.78

即:選用2組120ah,計(jì)58節(jié)120ah電池。

(2)估算法

Imax={P(VA)×Pf}/(η×Umin)=(80×1000×0.8)/(0.95×300)=224.6(A)

查DCF126系列蓄電池不同放電時(shí)率不同放電終止電壓下，電池的容量換算表(25℃)(表2)可知KCh=0.98。

C10=I/KCh=224.6A/0.98=229(Ah)

按照使用經(jīng)驗(yàn)，可在計(jì)算的基礎(chǔ)上再乘0.75校正系數(shù)。故需要電池安時(shí)數(shù)為

229×0.75=172(Ah)。即:可選用1組172h電池可以滿足負(fù)載的使用，根據(jù)該品牌12v系列蓄電池容量的設(shè)計(jì)規(guī)格,選用計(jì)1組12v200ah電池或者2組12v100ah電池，計(jì)29節(jié)200ah電池，或者58節(jié)100ah電池。

(3)電源法

Imax={P(VA)×Pf}/(η×U臨界)=(80×1000×0.8)/(0.95×300)=224.6(A)

Q≥KIT/{Hηk(1+A(t-25))}

≥1.25×224.6×0.5/{0.4×0.8(1+A(t-25))}

≥438ah

30min電池的容量換算系數(shù)取0.4,(引用該品牌DCF126電池不同放電時(shí)率不同放電終止電壓下，電池的容量換算表),溫度為25℃。

因電池組在實(shí)際放電過(guò)程中，放電電流明顯小于Imax的緣故，按照使用經(jīng)驗(yàn)，可在計(jì)算的基礎(chǔ)上再乘0.75校正系數(shù)。故需要電池安時(shí)數(shù)為438×0.75=328.5(Ah)即:選用3組120ah,計(jì)87節(jié)120ah電池。

四、UPS階梯負(fù)荷后備蓄電池容量計(jì)算方法介紹

現(xiàn)在越來(lái)越多行業(yè)應(yīng)用中，特別是在鐵路、地鐵、能源行業(yè)中的UPS系統(tǒng)后接負(fù)荷會(huì)按照性質(zhì)或用途進(jìn)行分類，在市電出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，負(fù)荷會(huì)按照負(fù)荷的性能和重要性先后退出系統(tǒng)，這就造成了UPS后接負(fù)荷是變化的，表現(xiàn)為階梯式負(fù)載。負(fù)荷的變化帶動(dòng)了蓄電池的放電過(guò)程中放電功率和速率的變化。從蓄電池容量換算系數(shù)(1/h)表2中可以看出蓄電池能夠提供放電容量(功率)與持續(xù)放電時(shí)間相關(guān)聯(lián)的。因此至今沒(méi)有一個(gè)方法能夠很準(zhǔn)確計(jì)算出此類使用方式下的蓄電池實(shí)際需求容量。

階梯負(fù)荷后備蓄電池容量的計(jì)算借鑒的是火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定(DL/T5044-95)中

D.2階段負(fù)荷計(jì)算法，具體如下：

計(jì)算公式：

Cc——蓄電池放電率計(jì)算容量(Ah)　　

KK——可靠系數(shù)，KK=Kt×Kd×Ka，Kk取1.40;

Kt——溫度補(bǔ)償系數(shù),取1.10;

Kd——設(shè)計(jì)裕度系數(shù),取1.15;

Ka——蓄電池老化系數(shù),取1.10;

I1，I2，In——各階段事故負(fù)荷電流(A);Kc1，Kc2，Kcn——各階段容量換算系數(shù)(1/h)。

在計(jì)算過(guò)程中，注意容量換算系數(shù)KC的選定，不同的蓄電池、不同的終止電壓及不同的放電時(shí)間，Kc值是不同的。

UPS系統(tǒng)階梯式負(fù)荷的運(yùn)行，如圖1所示。圖1階段負(fù)荷功率變化圖為了計(jì)算方便，各階梯假設(shè)是恒定的，采用極限法確定蓄電池組的放電電流值，U值選用的1.80V/cell.顧電池組放電電流(I=P/U)就可以為如圖2所示。

                圖2蓄電池組放電流

UPS后備蓄電池的容量計(jì)算方法很多，很難說(shuō)出那種計(jì)算方法是最準(zhǔn)確的，各種計(jì)算方法各有側(cè)重點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮蓄電池的使用情況，UPS所帶負(fù)載情況以及應(yīng)用的場(chǎng)合來(lái)選擇適合的電池容量計(jì)算方法。