NICK蓄电池NCP150-2德国尼克2V150AH 详细参数介绍

　　德国尼克电池、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,滤除市电的各种干扰;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*多的UPS蓄电池是铅酸蓄电池,包括阀控铅酸（VRLA）蓄电池和排气铅酸（VLA）蓄电池。本文根据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

　　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

　　（1）

　　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

　　（2）

　　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

　　（3）

　　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）

　　（按电压,计算出电流,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

　　（2）蓄电池只数n和单体终止电压 U 单终 的计算

　　蓄电池只数n等于逆变器系统输入电压除以单体电池的均充电压。因为逆变器电压出现在蓄电池均充时,而充电末期电流和压降很小,所以可以不考虑电缆压降的影响,按下式计算蓄电池的只数

　　（6）

　　蓄电池组电压（放电终止电压）等于逆变器系统允许的输入电压加上额定条件下的电缆压降。单体电池电压 U 单终 （单体放电终止电压）等于蓄电池组电压除以蓄电池只数n,按下式计算,单体电池电压为

　　（7）

　　（3）蓄电池的平均放电电流 I 平均 （逆变器平均输入电流）

　　蓄电池带UPS逆变器时,蓄电池的平均放电电流 I 平均 等于逆变器平均输入电流

　　（8）

　　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。

　　1.2.4 蓄电池环境温度 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,蓄电池的工作温度为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。

　　1.3.1 蓄电池的安时（Ah）容量的计算

　　（1）单体电池只数n

　　按式（6）计算单体电池只数n

　　（2）单体电池放电终止电压 U 单终

　　按式（7）计算单体电池放电终止电压 U 单终 （假设忽略电缆压降）:

　　（3）蓄电池放电平均电压 U 平均

　　按式（3）计算（假设浮充电压为2.25V/只）

　　（也可以按式（4）或式（5）计算）

　　（4）蓄电池平均放电电流 I 平均 （将恒功率转换为恒流）

　　按式（8）计算 I 平均 （假设忽略电缆压降）