劉希禹（中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，河南鄭州450007）

0 前言

UPS 是用于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等關(guān)鍵負(fù)載的不間斷電源系統(tǒng)。正常情況下UPS 以市電為輸入能源，一般經(jīng)整流、逆變2次變換和調(diào)節(jié)，為關(guān)鍵負(fù)載提供穩(wěn)定可靠高質(zhì)量交流電源；市電停電時(shí)，UPS以蓄電池為輸入能源，經(jīng)逆變器將直流電變換為穩(wěn)定可靠高質(zhì)量交流電，不間斷地供給關(guān)鍵負(fù)載。因此，UPS 有2個(gè)重要功能：在市電正常時(shí)UPS 可以改善市電質(zhì)量，濾除市電的各種干擾；市電停電時(shí)，UPS 通過蓄電池、逆變器產(chǎn)生高質(zhì)量的交流電源，可以不間斷地為關(guān)鍵負(fù)載供電。蓄電池是確保UPS不間斷供電的關(guān)鍵。

正確計(jì)算和選擇蓄電池容量是至關(guān)重要的。如果蓄電池選擇不當(dāng)，蓄電池供電時(shí)間將不能滿足工程要求，甚至?xí)斐赏ｋ姟１仨氈赋?，目前一些UPS工程中蓄電池的選擇不盡合理，往往忽略了一些重要的設(shè)計(jì)考慮。甚至有些UPS 廠家配置的UPS 蓄電池的容量也不符合標(biāo)準(zhǔn)。因此，深入了解和掌握確定蓄電池容量的正確方法，確保工程質(zhì)量，對于UPS工程設(shè)計(jì)和管理是非常必要的。

當(dāng)前應(yīng)用最多的UPS 蓄電池是鉛酸蓄電池，包括閥控鉛酸（VRLA）蓄電池和排氣鉛酸（VLA）蓄電池。本文根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)和我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，介紹UPS 鉛酸蓄電池的容量確定方法。詳解我國傳統(tǒng)的安時(shí)（Ah）容量法和國際上流行的恒功率法（恒電流法）的計(jì)算公式，討論必要的設(shè)計(jì)考慮，并給出設(shè)計(jì)實(shí)例。供正規(guī)工程中蓄電池容量確定和核對蓄電池配置容量時(shí)參考。這些方法和設(shè)計(jì)考慮也適用于確定直流供電系統(tǒng)的蓄電池容量。

1 安時(shí)（A h）容量法

蓄電池容量的傳統(tǒng)計(jì)算方法是以負(fù)載電流和放電時(shí)間的乘積（Ah 容量）為基礎(chǔ)，并考慮安全系數(shù)（老化系數(shù)）、放電容量系數(shù)、放電溫度系數(shù)，計(jì)算出需要的10小時(shí)率安時(shí)（Ah）容量。據(jù)此按照10小時(shí)率容量選擇蓄電池。

1.1 基本計(jì)算公式

根據(jù)《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD/T 5040-2005），蓄電池組容量按下式計(jì)算。

式中：

Q——蓄電池容量（Ah）

K——安全系數(shù)

I——負(fù)載電流（A）

T——放電小時(shí)數(shù)（h）

t——蓄電池最低環(huán)境溫度（℃）

η——放電容量系數(shù)

α——蓄電池放電溫度系數(shù)

1.2 公式解讀和設(shè)計(jì)考慮

1.2.1 安全系數(shù)（老化系數(shù)）K

鉛酸蓄電池當(dāng)其可用容量下降到額定容量的80%時(shí)，即為壽命終止。因此，當(dāng)鉛酸蓄電池的實(shí)際容量下降到其額定容量的80%時(shí)，就應(yīng)更換。為保證蓄電池在整個(gè)壽命期均能滿足計(jì)算負(fù)載的要求，蓄電池的計(jì)算容量至少應(yīng)增加25%的富裕量，使蓄電池在壽命終止時(shí)仍有足夠的容量供給負(fù)載。蓄電池的額定容量一般應(yīng)至少為壽命終止時(shí)剩余容量（亦即負(fù)載容量）的125%。安全系數(shù)K 是考慮這種情況的系數(shù)（K 取值1.25）。

1.2.2 負(fù)載電流（恒定電流）I

1.2.2.1 將恒功率轉(zhuǎn)換為恒電流

式（1）中負(fù)載電流I 規(guī)定為恒定的電流。但是，UPS的逆變器和直流通信負(fù)載均為恒功率負(fù)載。蓄電池電壓在放電時(shí)是不斷下降的，恒功率負(fù)載的輸入電流將隨著蓄電池電壓的下降而增大。如果恒功率負(fù)載距蓄電池較遠(yuǎn)，由于電纜上的壓降，使恒功率負(fù)載輸入電壓變得更低，因而輸入電流更大。所以應(yīng)考慮電纜壓降的影響。

為了按照式（1）計(jì)算蓄電池的容量，必須將負(fù)載的恒功率轉(zhuǎn)換為恒電流。一般可以先求出蓄電池放電周期的平均電壓U平均，再根據(jù)負(fù)載有功功率P 求出平均電流I平均。即蓄電池放電平均電壓的確定方法有以下3種。

a）根據(jù)單體浮充電壓和終止電壓，按式（3）計(jì)算平均電壓U平均。

式中：

U浮充——單體電池浮充電壓

U終止——單體電池終止電壓

n——電池只數(shù)

如果U浮充=2.25 V，U終止=1.67 V，則U平均=1.96n。

b）根據(jù)《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD/T 5040-2005）的規(guī)定計(jì)取平均電壓U平均。

取單體電池平均電壓為1.85 V/只，以留有裕量。

c）根據(jù)IEEE std 485-2010 建議，采用保守估算方法，將終止電壓視為平均電壓。

按最低電壓，計(jì)算出最大電流，留有更大裕量。

如果將終止電壓視為平均電壓，不但設(shè)計(jì)裕量較大，而且平均電流的計(jì)算非常簡單。

例如，假設(shè)-48 V 直流系統(tǒng)（配置24 只鉛酸蓄電池）的恒功率負(fù)載為10 kW，單體放電終止電壓為1.75 V/只（系統(tǒng)終止電壓1.75×24=42 V），電纜壓降為2 V，則平均放電電流I平均為：

1.2.2.2 蓄電池只數(shù)n和單體終止電壓U單終的計(jì)算

蓄電池只數(shù)n等于逆變器系統(tǒng)最高工作電壓除以單體電池的均充電壓。因?yàn)槟孀兤髯罡唠妷撼霈F(xiàn)在蓄電池均充時(shí)，而充電末期電流和壓降很小，所以可以不考慮電纜壓降的影響。按下式計(jì)算。

蓄電池組最低電壓（放電終止電壓）等于逆變器系統(tǒng)允許的最低輸入電壓加上額定條件下的電纜壓降。單體電池最低電壓U單終（單體放電終止電壓）等于蓄電池組最低電壓除以蓄電池只數(shù)n。按下式計(jì)算。

1.2.2.3 蓄電池的平均放電電流I平均（逆變器平均輸入電流）

蓄電池帶UPS 逆變器時(shí)，蓄電池的平均放電電流I平均等于逆變器平均輸入電流?？砂聪率接?jì)算。

式中：

P——UPS 輸入有功功率（kW）

S——UPS 輸出視在功率（kVA）

cosφ——UPS 的輸出功率因數(shù)

μ——逆變器效率

1.2.3 蓄電池放電溫度系數(shù)的概念

蓄電池的額定容量是以環(huán)境溫度為25℃時(shí)為基準(zhǔn)的，當(dāng)環(huán)境溫度高于25℃時(shí)，蓄電池的實(shí)際容量會比額定容量增大一些，故計(jì)算蓄電池容量時(shí)可以考慮適當(dāng)減小一些（但如下文所述，實(shí)際計(jì)算時(shí)并不進(jìn)行調(diào)整，以留有裕量），當(dāng)環(huán)境溫度低于25℃時(shí)，蓄電池的實(shí)際容量會比額定容量低一些，計(jì)算蓄電池容量時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)增大一些。即將所需蓄電池容量提高到25℃時(shí)的容量。如果環(huán)境溫度恰好為25℃，則不進(jìn)行調(diào)整。放電溫度系數(shù)α是根據(jù)溫度調(diào)整蓄電池計(jì)算容量的系數(shù)，實(shí)際上是每偏離基準(zhǔn)溫度（25℃）1℃的補(bǔ)償值（單位：1/℃）。α的取值與放電電流有關(guān)，放電電流（放電率）越大，溫度變化對蓄電池實(shí)際容量的影響越大，故α的取值越大。當(dāng)放電小時(shí)≥10時(shí)，取α=0.006；當(dāng)10＞放電小時(shí)≥1 時(shí)，取α=0.008；當(dāng)放電小時(shí)＜1 時(shí)，取α=0.01。

1.2.4 蓄電池最低環(huán)境溫度

式（1）中的（t-25）是蓄電池環(huán)境溫度偏離基準(zhǔn)溫度（25℃）的差值，與放電溫度系數(shù)α結(jié)合，調(diào)整蓄電池計(jì)算容量。需要說明的是，計(jì)算蓄電池容量時(shí)蓄電池環(huán)境溫度t 只考慮低于25℃的情況，而且是指最低溫度，以便將蓄電池計(jì)算容量調(diào)高一些。一般有采暖設(shè)備時(shí)按15℃考慮，無采暖設(shè)備時(shí)按5℃考慮。環(huán)境溫度高于25℃時(shí)，不考慮將蓄電池計(jì)算容量調(diào)低，故按t=25℃，t-25=0 處理，由此產(chǎn)生的蓄電池容量的增大作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)裕量的一部分。

1.2.5 放電容量系數(shù)η的概念

蓄電池在不同的放電率放電時(shí)，所能放出的容量是不同的。根據(jù)YD 799-2010，閥控鉛酸蓄電池10 小時(shí)率放電容量為C10，3 小時(shí)率放電容量C3為0.75C10，1小時(shí)率放電容量C1為0.55 C10。故閥控鉛酸蓄電池10小時(shí)率放電時(shí)的η為1，3 小時(shí)率和1 小時(shí)率放電時(shí)分別為0.75 和0.55。即放電率較大時(shí)（放電小時(shí)數(shù)＜10），能放出的能量較小，在計(jì)算蓄電池容量時(shí)，應(yīng)考慮將蓄電池容量適當(dāng)取得大一些。放電率較小時(shí)（放電小時(shí)數(shù)＞10），能放出的能量較大，在計(jì)算蓄電池容量時(shí)，為了留有裕量，仍按10 小時(shí)率考慮。鉛酸蓄電池在各種放電率時(shí)的放電容量系數(shù)η見表1。

1.2.6 蓄電池安時(shí)（Ah）容量Q

Q是計(jì)算得出的蓄電池安時(shí)（Ah）容量。因?yàn)榻?jīng)放電容量系數(shù)η調(diào)整，無論實(shí)際放電小時(shí)數(shù)多大，計(jì)算出的蓄電池容量均為10 小時(shí)率容量（C10）。故選擇蓄電池時(shí)應(yīng)按10小時(shí)率容量考慮。

1.2.7 放電時(shí)間或放電小時(shí)數(shù)

蓄電池放電時(shí)間T 應(yīng)以h 為單位，一般根據(jù)通信局（站）及其市電的類別、備用發(fā)電機(jī)組配置等情況，按照設(shè)計(jì)規(guī)范確定。

1.3 安時(shí)（A h）法計(jì)算實(shí)例

假設(shè)某UPS 的輸出視在功率S 為200 kVA，功率因數(shù)cosφ=0.8，效率μ=0.92，逆變器工作電壓范圍為320～451 V，蓄電池的最低工作溫度為15℃。蓄電池均充電壓為2.35 V/只，浮充電壓為2.25 V/只。要求蓄電池放電20 min（0.33 h），不考慮蓄電池與UPS設(shè)備之間的電纜壓降。計(jì)算和選擇蓄電池。

1.3.1 蓄電池安時(shí)（Ah）容量的計(jì)算

a）按式（6）計(jì)算單體電池只數(shù)n。

b）按式（7）式計(jì)算單體電池放電終止電壓U單終（假設(shè)忽略電纜壓降）。

表1 鉛酸蓄電池放電容量系數(shù)η

c）按式（3）計(jì)算蓄電池放電平均電壓U平均（假設(shè)浮充電壓為2.25 V/只）。

蓄電池放電平均電壓U平均也可以按式（4）或式（5）計(jì)算。

d）按式（8）計(jì)算蓄電池平均放電電流I平均（將恒功率轉(zhuǎn)換為恒流，假設(shè)忽略電纜壓降）。

e）按式（1）計(jì)算蓄電池安時(shí)容量Q。

1.3.2 蓄電池的選擇

UPS 蓄電池宜選擇UPS 專用VRLA 蓄電池，目前這種蓄電池容量一般在200 Ah以下，此案例的安時(shí)容量較大，故需要多組并聯(lián)（一般不超過4組）。以下是2個(gè)選擇實(shí)例。

a）查雙登集團(tuán)有限公司的6-GFM-200/12V 閥控密封鉛酸蓄電池?cái)?shù)據(jù)表可知，6-GFM-150 的容量為150 Ah（C10），根據(jù)蓄電池計(jì)算安時(shí)容量為441.28 Ah，因?yàn)?41.28/150=2.94，故可以取3 組并聯(lián)，每組32 只6-GFM-150電池（共包含192只單體電池）。

因150×3=450＞441.28，所以有一定裕量。

b）查山東圣陽電源股份有限公司產(chǎn)品參數(shù)可知，SP12-200/12V 閥控鉛酸蓄電池10 小時(shí)率容量為186 Ah。根據(jù)蓄電池計(jì)算安時(shí)容量為441.28 Ah，因?yàn)?41.28/186=2.37，故可以選這個(gè)蓄電池，3組并聯(lián)，每組32 只SP12-200（共包括192 只單體電池）。因186×3=558 Ah＞441.28 Ah，所以有較大的裕量。

2 恒功率法

2.1 概述

如前所述，UPS 蓄電池的負(fù)載逆變器和通信設(shè)備等都是恒功率負(fù)載，蓄電池放電時(shí)，蓄電池的輸出電壓逐漸下降，而蓄電池的輸出電流逐漸增大。直到電壓下降到終止電壓時(shí)，電流達(dá)到最大值。但在整個(gè)放電過程中蓄電池的輸出功率是恒定的。

考慮到恒功率負(fù)載的這種情況，蓄電池廠家經(jīng)過試驗(yàn)，提供了蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)表，給出每個(gè)單體電池放電到規(guī)定的終止電壓，在規(guī)定的放電時(shí)間內(nèi)所能放出的恒定功率。利用蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)表可以非常方便地選擇蓄電池容量，而且比較準(zhǔn)確。

采用恒功率放電數(shù)據(jù)表選擇蓄電池容量時(shí)，首先要合理、準(zhǔn)確地計(jì)算確定每個(gè)單體電池的負(fù)載功率、放電時(shí)間和放電終止電壓數(shù)據(jù)。

2.2 確定蓄電池容量的設(shè)計(jì)考慮

2.2.1 電壓窗和單體電池只數(shù)的選擇

蓄電池的電壓窗是指蓄電池工作電壓范圍。蓄電池工作電壓范圍與UPS 逆變器的工作電壓范圍和蓄電池的只數(shù)有關(guān)。UPS 逆變器的最高DC 輸入電壓是整流器給蓄電池均衡充電的最高電壓。逆變器最低DC輸入電壓是蓄電池可以放電到的終止電壓（并減去電纜壓降）。UPS 逆變器應(yīng)在此電壓范圍內(nèi)正常工作。在UPS 逆變器工作電壓范圍已確定的情況下，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)男铍姵刂粩?shù)，使每只蓄電池可以在廠家規(guī)定的最高充電電壓下充電，而放電終止電壓在滿足逆變器允許最低輸入電壓要求的前提下應(yīng)盡量選低，但又不低于廠家規(guī)定的最低終止電壓值，以便使蓄電池能得到有效的利用。

蓄電池只數(shù)等于逆變器系統(tǒng)最高工作電壓除以單體電池的均充電壓。值得說明的是，計(jì)算時(shí)可以不考慮電纜壓降，因?yàn)槟孀兤髯罡唠妷撼霈F(xiàn)在蓄電池均充時(shí)，充電末期電流和壓降很小。

蓄電池組最低電壓（放電終止電壓）等于逆變器系統(tǒng)允許的最低輸入電壓加上額定條件下的電纜上的壓降。單體電池最低電壓（單體放電終止電壓）等于蓄電池組最低電壓除以蓄電池只數(shù)。

因此，根據(jù)UPS逆變器的DC輸入電壓范圍和規(guī)定的單體電池的均充電壓和放電終止電壓，可以確定單體電池只數(shù)。一般可以用逆變器系統(tǒng)最高電壓除以均充電壓的商數(shù)，選擇單體電池只數(shù)。具體計(jì)算公式參見2.3.1條。

2.2.2 溫度校正系數(shù)

蓄電池的工作溫度會影響蓄電池的壽命和性能（容量）。在25℃時(shí)蓄電池具有額定容量，溫度下降時(shí)容量會減少，溫度升高時(shí)容量會增加。如果最低溫度低于25℃，則應(yīng)選擇較大的蓄電池，以保證在最低溫度時(shí)仍具有需要的容量。如果最低溫度高于25℃，則采取保守做法，即按標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃考慮，不選擇較小的蓄電池。由此增加的可用容量作為設(shè)計(jì)裕量的一部分。

所以，在選擇蓄電池容量時(shí)，應(yīng)考慮蓄電池容量的溫度校正系數(shù)K溫度。表2是鉛酸蓄電池容量的溫度校正系數(shù)表，適用于電解液比重為1.125 的VLA 和VR?LA 蓄電池。表2的系數(shù)適用于放電率，不適用于放電時(shí)間。例如，某蓄電池在15℃時(shí)容量大約比25℃時(shí)的容量減少12%。如果該蓄電池在25℃時(shí)，可以按100 kW 放電15 min。在15℃時(shí)，如仍放電15 min，則只能按89.35 kW 放電15 min。所以，如果該蓄電池工作在15℃，容量溫度校正系數(shù)K溫度為1.12。即校正后在15℃時(shí)具有的容量相當(dāng)于在25℃所具有的容量。又如蓄電池工作于20℃時(shí)，容量溫度校正系數(shù)K溫度為1.056。溫度高于25℃的情況與此相反，蓄電池的實(shí)際容量大于25℃時(shí)的容量，故溫度校正系數(shù)K溫度小于1，例如蓄電池工作于30℃時(shí)，溫度校正系數(shù)K溫度為0.956。但是，如前所述，蓄電池的工作溫度高于25℃時(shí)，仍按25℃考慮，即容量溫度校正系數(shù)K溫度為1，不進(jìn)行容量調(diào)整。

表2 鉛酸蓄電池容量選擇的溫度校正系數(shù)K 溫度

2.2.3 老化系數(shù)

UPS 的蓄電池一般應(yīng)按UPS 帶滿負(fù)載選擇。并應(yīng)保證在蓄電池的整個(gè)壽命期都能支持UPS 的滿負(fù)載。鉛酸蓄電池壽命終止的判據(jù)是其容量下降到額定容量的80%，在選擇蓄電池容量時(shí)，應(yīng)考慮在蓄電池的計(jì)算容量上再增加25%。即考慮1.25 的老化系數(shù)。這樣可以確保在蓄電池的整個(gè)壽命期都能為滿負(fù)載供電。

2.3 蓄電池容量計(jì)算和選擇方法

根據(jù)上述設(shè)計(jì)考慮，按恒功率放電特性選擇蓄電池容量的步驟。

2.3.1 蓄電池容量計(jì)算

a）蓄電池額定功率P蓄電池（即逆變器輸入端的有功功率P逆變器）。

式中：

P蓄電池——蓄電池額定功率（W）

P逆變器——逆變器輸入有功功率（W）

S——逆變器的輸出視在功率（VA）

cosφ——逆變器輸出功率因數(shù)

μ——逆變器效率

b）經(jīng)過老化和溫度校正后的蓄電池校正額定功率P校正為

式中：

K老化——老化系數(shù)

K溫度——溫度校正系數(shù)

c）蓄電池只數(shù)n的計(jì)算公式與安時(shí)法的計(jì)算公式相同，參見式（6）。

d）單體電池的功率P單體等于蓄電池的總功率P校正除以單體電池只數(shù)n，按下式計(jì)算。

e）在確定蓄電池的工作電壓范圍時(shí)，還要考慮蓄電池與UPS 設(shè)備之間的電纜上的壓降。蓄電池組的放電終止電壓等于UPS系統(tǒng)的逆變器允許最低電壓加上電纜上的壓降。

f）單體電池的放電終止電壓U單終的計(jì)算公式與安時(shí)法的計(jì)算公式相同，參見式（7）。

2.3.2 單體電池的選擇

廠家提供的恒功率放電數(shù)據(jù)表給出了每只單體電池在規(guī)定放電時(shí)間內(nèi)放電到規(guī)定的終止電壓所能輸出的功率數(shù)據(jù)。

在選擇單體電池時(shí)，應(yīng)根據(jù)蓄電池組計(jì)算功率P校正和單體電池的只數(shù)n，求出需要的每只單體電池的功率P單體。然后按照要求的放電終止電壓和放電時(shí)間，查閱蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)表，選擇能提供此功率或大于此功率的單體電池。如果表中恒功率數(shù)據(jù)小于需要的單體電池的功率，可以考慮2組或多組并聯(lián)，并聯(lián)組數(shù)一般不大于4組。

2.4 恒功率法計(jì)算實(shí)例

假設(shè)某UPS 的輸出功率為200 kVA，cosφ=0.8，效率為0.92，蓄電池最低工作溫度為15℃。

UPS 的DC 工作條件：整流器均衡充電電壓451 V，逆變器最低DC 輸入電壓320 V。蓄電池距UPS 設(shè)備很近，不考慮蓄電池至UPS 設(shè)備的電纜壓降。要求蓄電池放電20 min（0.33 h），試計(jì)算蓄電池的總?cè)萘?，蓄電池只?shù)，并用恒功率放電數(shù)據(jù)查表法選擇蓄電池。

下面是按照恒功率放電特性計(jì)算和選擇蓄電池容量的步驟。

2.4.1 蓄電池容量的計(jì)算

a）考慮老化系數(shù)1.25 和15℃時(shí)的溫度校正系數(shù)1.12，按式（10）計(jì)算校正后的蓄電池功率P校正。

b）按式（6）計(jì)算電池只數(shù)n（設(shè)蓄電池均充電壓為2.35 V/只）。

c

）按式（7）計(jì)算單體放電終止電壓U單終（假設(shè)忽略電纜壓降）。

d）按（11）式計(jì)算單體電池的功率P單體。

e）根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果（單體電池的功率1 256.79 W、放電時(shí)間20 min 和放電終止電壓1.67 V/只），按照廠家提供的蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)表，選擇電池。參見2.4.2條。

2.4.2 蓄電池的選擇

2.4.2.1 國外蓄電池

國外蓄電池廠家一般均能提供蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)。下面是C&D TECHNOLOGIES 和EnerSys 的UPS專用蓄電池的2個(gè)例子。

例1：C&D TECHNOLOGIES 的蓄電池。查表3 可知：UPS12-540MR VRLA 蓄電池放電20 min，終止電壓為1.67 V/只，單體電池的輸出功率為451 W/只。

根據(jù)蓄電池容量計(jì)算結(jié)果，每只單體電池的功率要求為1 268.12 W，因?yàn)? 268.12/451=2.81，故可選擇UPS12-540MR，3 組并聯(lián)。每組32 只12 V 的UPS12-540MR（包含6×32=192只單體電池）。

因?yàn)樾铍姵赜?jì)算總功率為243 478.26 W，現(xiàn)配置3組蓄電池，配置的蓄電池總功率為451×3×192=259 776 W＞243 478.26 W。因此具有一定的功率裕量。

表3 UPS12-540MR的恒功率放電容量表（W/只，25℃）

例2：EnerSys 公司的蓄電池。查16 V UPS 專用前置端子VRLA 蓄電池Dtasafe HX 恒功率放電數(shù)據(jù)表（見表4）可知，16HX800F-FR放電20 min，終止電壓為1.67 V/只，單體電池的輸出功率為674 W/只。

表4 16HX800F-FR恒功率放電數(shù)據(jù)表（W/只，25℃）

根據(jù)蓄電池容量計(jì)算結(jié)果，每只單體電池的功率要求為1 268.12 W，因?yàn)? 268.12/674=1.88，故可選擇這個(gè)蓄電池，2組并聯(lián)。每組配置24只16HX800F-FR（包含8×24=192只單體電池）。

因?yàn)樾铍姵赜?jì)算總功率為243 478.26 W，現(xiàn)配置2組蓄電池，每組由24 只16HX800F-FR 組成（包含8×24=192只單體電池）。配置的蓄電池總功率為674×2×192=258 816 W＞243 478.26 W。因此具有一定的功率裕量。

2.4.2.2 國產(chǎn)蓄電池

目前能提供蓄電池恒功率放電數(shù)據(jù)的國產(chǎn)蓄電池廠家比較少，在網(wǎng)上可以查到的有山東圣陽電源股份有限公司、臥龍電器集團(tuán)浙江燈塔有限公司等。這些廠家在跟蹤國際先進(jìn)理念和技術(shù)、自主創(chuàng)新方面走在了前面。相信不久會有更多的廠家跟上。

現(xiàn)以圣陽閥控鉛酸蓄電池產(chǎn)品SP12-200為例，按恒功率放電特性選擇蓄電池。查表5 可知，放電20 min，終止電壓為1.67 V時(shí)的功率為444.9 W。

根據(jù)蓄電池容量計(jì)算結(jié)果，每只單體電池功率要求為1 268.12 W，因?yàn)? 268.12/444.9=2.850，故可以選擇這個(gè)蓄電池，取3 組并聯(lián)，每組包含32 只SP12-200（6×32=192只單體電池）。

表5 SP12-200 恒功率放電參數(shù)（W/只，25℃）

因?yàn)樾铍姵赜?jì)算總功率為243 478.26 W，現(xiàn)配置3組蓄電池，配置的蓄電池總功率為444.9×3×192=256 262.4 W＞243 478.26 W。因此具有一定的功率裕量。

提示：采用恒功率法選擇的圣陽蓄電池與前述采用安時(shí)（Ah）法選擇的圣陽蓄電池是相同的（SP12-200）。

3 恒電流法

除了利用恒功率放電特性確定蓄電池容量外，還可以利用恒電流放電數(shù)據(jù)確定蓄電池容量。如果蓄電池的負(fù)載中包括恒功率負(fù)載和恒電流負(fù)載，將恒功率轉(zhuǎn)換為恒電流，進(jìn)行蓄電池容量的計(jì)算將更方便。采用恒電流法計(jì)算蓄電池容量需要考慮的問題與恒功率法完全相同，如前所述，包括電壓窗設(shè)計(jì)和單體電池只數(shù)的選擇、溫度校正系數(shù)、老化系數(shù)。

采用恒電流法確定蓄電池容量，只需將計(jì)算出的所需蓄電池校正恒功率轉(zhuǎn)換為校正恒電流，即可查閱蓄電池恒電流放電數(shù)據(jù)，確定蓄電池容量。下面介紹將UPS 逆變器的恒功率轉(zhuǎn)換為恒電流的方法和恒電流法蓄電池容量計(jì)算步驟。

3.1 將逆變器的恒功率轉(zhuǎn)換為恒電流

a）按式（10）計(jì)算老化和溫度校正后蓄電池校正功率P校正。

b）按式（6）計(jì)算單體電池只數(shù)n。

c）按式（3）計(jì)算蓄電池平均電壓U平均，也可按式（4）或式（5）計(jì)算。

d）將蓄電池恒功率負(fù)載轉(zhuǎn)換為恒電流負(fù)載，按下式計(jì)算蓄電池平均放電電流（逆變器平均輸入電流）。

3.2 根據(jù)恒電流數(shù)據(jù)選擇蓄電池

廠家提供的恒電流放電數(shù)據(jù)表給出了單體電池在規(guī)定放電時(shí)間內(nèi)放電到規(guī)定的終止電壓所能輸出的電流數(shù)據(jù)。

在選擇單體電池時(shí)，應(yīng)根據(jù)蓄電池恒定放電電流，查閱廠家提供的蓄電池恒電流放電數(shù)據(jù)表，選擇能提供此電流或大于電流的單體電池。如果表中恒電流數(shù)據(jù)小于需要的單體電池的電流，可以考慮2 組或多組并聯(lián)，并聯(lián)組數(shù)一般不大于4組。

3.3 恒電流法計(jì)算實(shí)例

我們?nèi)钥紤]恒功率法計(jì)算實(shí)例的工況（參見2.4節(jié)），但采用恒電流法確定蓄電池容量。

a）將在恒功率法中計(jì)算得出的相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（13）計(jì)算I平均（忽略電纜壓降）。

b）根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果（單體電池的放電電流647 A、放電時(shí)間20 min 和放電終止電壓1.67 V/只），按照廠家提供的蓄電池恒電流放電數(shù)據(jù)表，選擇電池。

現(xiàn)仍以EnerSys 公司的蓄電池為例，選擇蓄電池。

查16 V UPS 專用前置端子VRLA 蓄電池Dtasafe HX 恒電流放電數(shù)據(jù)表（見表6）可知，16HX800F-FR放電20 min，終止電壓為1.67 V/只，電池放電電流為377 A/只。

表6 16HX800F-FR恒電流放電數(shù)據(jù)表（A/只，25℃）

根據(jù)蓄電池容量計(jì)算結(jié)果，蓄電池恒電流放電電流為647 A，因?yàn)?47/377=1.72，故可選擇這個(gè)蓄電池，2組并聯(lián)。每組配置24只16HX800F-FR（包含8×24=192只單體電池）。

因?yàn)橐笮铍姵睾汶娏鞣烹婋娏鳛?47 A，現(xiàn)配置2 組蓄電池，每組377 A，總放電電流為377×2=754 A＞647 A。所以有一定的裕量。

提示：采用恒電流法確定的EnerSys蓄電池與前述采用恒功率法確定的EnerSys 蓄電池是相同的（16HX800F-FR）。

4 結(jié)束語

安時(shí)（Ah）法是我國傳統(tǒng)的確定蓄電池容量的方法，20 世紀(jì)50 年代開始在郵電部設(shè)計(jì)院（現(xiàn)中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院）內(nèi)部使用，后納入我國郵電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)已證明該方法設(shè)計(jì)考慮完善，蓄電池容量確定準(zhǔn)確，而且基本與我國和世界蓄電池廠家產(chǎn)品資訊中的數(shù)據(jù)相符。恒功率法（恒電流法）是當(dāng)前國際流行的、相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法。使用方便，容量確定準(zhǔn)確，但需要蓄電池廠家提供恒功率（恒電流）放電數(shù)據(jù)，當(dāng)前我國蓄電池廠家產(chǎn)品資訊不完全適應(yīng)（許多廠家尚不能提供恒功率放電數(shù)據(jù)）。應(yīng)該指出，2種方法的設(shè)計(jì)理念是完全一致的，安時(shí)（Ah）法的設(shè)計(jì)考慮包括老化系數(shù)、溫度系數(shù)、放電容量系數(shù)等，而恒功率法（恒電流法）在容量計(jì)算中只考慮了老化系數(shù)和溫度系數(shù)，沒有放電容量系數(shù)，但在恒功率（恒電流）放電數(shù)據(jù)表包含了放電容量系數(shù)的因素。所以，對于同一工況，2種方法確定的蓄電池容量是相同的。因此，可根據(jù)蓄電池產(chǎn)品資訊情況適當(dāng)選用。當(dāng)前如選用國產(chǎn)蓄電池，安時(shí)（Ah）法可能更為方便。

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