在小容量UPS中,除了本身標配30min左右的有限電池量外,用戶往往還需要外配電池以延長后備時間,在大容量的UPS中一般都無標配電池,而是根據當時的需要外配。這些情況都需要選擇電池的容量,但一般來說正確的電池容量不是單靠計算就能得到的。原因是電池的放電電流如果超過了放電率所規定的界限值就會出現非線性,也就是說放電電流和電池電壓就不再維持線性關系,因此需計算與查表或查曲線相結合的方法來確定電池容量

式中,Id—放電電流(A);

S—UPS額定功率(VA);

F—負載功率因數,F≤1;

η—逆變器效率,η≤1;

k—負載的利用系數;

Umin—UPS關機前瞬間的電池電壓(V)。

例1:一功率因數為0.8的10kVA的負載,市電斷電后要求延時8h。用戶要求采用100Ah電池,需多少節?

解:根據要求選某標稱值為15kVA的UPS,已知逆變器效率η=0.95,直流電壓采用16節12V蓄電池,負載利用系數k取1。

往往有這種情況,供應商為了降低價格,提高競爭力,擅自將負載利用系數選小,并說出一段“根據”,在初期用戶不知就里的情況下,就搶占了先機。對用戶以后的增容埋下了隱患。一般這個負載利用系數k應當由用戶自己來選。供應商以選1為宜。按一般情況計算,額定直流電壓應為

Un=12V×16=192V(2)

浮充電壓為Uf=(2.25×6)×16=216(V)(3)

逆變器的關機電壓為Umin=(1.75V×6)×16=168V(4)

首先根據式(1)求出滿載時的放電電流Id:

在上式中為什么采用了Umin,而不是Un或Uf呢?這是因為電池放電到最低電壓Umin時才使逆變器關機的,也就是說逆變器的關機只和Umin有關,

其含義是:在UPS關機前瞬間仍能提供100%的功率。為了說明這個問題,分別將Un和Uf代入式(1)，求出相應的放電電流:In=44A,If=39A。

是否將得出的放電電流安培數乘上所要求的后備時間就是電池的總安時數呢?有不少使用者就是這樣做的。用三個不同的電流值和后備時間相乘得到以下三個電池容量:

Cn=44A×8h=352Ah,總容量Cnt=352Ah×16=5632Ah

Cf=39A×8h=312Ah,總容量Cft=312Ah×16=4992Ah

Cd=50.13A×8h=401Ah,總容量Cdt=401Ah×16=6416Ah

上面這三個總容量值相互之間差之甚遠,尤其是Cdt和Cft之間差了1424Ah,放到UPS上就是相差15節蓄電池!如果一節100Ah的蓄電池按800元計,就是12000元之差,而目前15kVA的UPS約40000元,這約為UPS價格的三分之一。尤其值得注意的是由于電池容量相差懸殊,就會把用戶搞糊涂:到底哪一個容量值對呢?哪一個電池容量值才能滿足要求呢?電池容量小了盡管使價格下降,但卻埋下了使用戶蒙受損失的隱患。

上面只是容量之差引發的一些擔心,因為電池總容量還沒有最后確定,孰對孰錯有待進一步分析。由于電池的放電電流增大時呈非線性放電規律,單靠計算是不能得出正確結果的。因此還需查如圖1所示的放電曲線,這是松下電池100Ah的放電曲線,從圖1中可以看出,這里有四條不同溫度下的放電曲線,從左至右依次為-15℃,0℃,25℃和40℃。作為一個例子,這里僅查對應25℃的一條曲線。有兩種查法:由時間查電流法和由電流查時間法。

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由時間查電流法

從8h的一條橫線向右找到對應25℃的一條曲線交點,此點有一條垂直的虛線向下與電流軸相交于約17A處,就是說,一組100Ah的16節電池,在以17A電流放電時,才能給出8h。17A約為50A的四分之一,按冗余設計,所以需采用四組100Ah的16節電池(即64節)才能滿足要求

由電流查時間法

從50A處向上作垂線找到與對應25℃的一條曲線交點,約2h,要滿足8h的延時時間也需用四組電池(即64節)才能滿足要求。

由此可以看出,用Cn和Cf選擇電池容量的方法是不對的。是否可以得出Cd=Id×延遲時間的小時數h是正確的結論呢?不一定。在這里是碰巧了,因為4組電池,每組電池的放電電流都接近10h放電率,所以結果相近,在另外的場合就不一定了。

例2:一功率因數為0.8的25kVA的負載,市電斷電后要求延時1h。用戶要求采用100Ah電池,需多少節?

解:根據要求選某標稱值為30kVA的UPS,已知逆變器效率η=0.95,直流電壓也采用16節12V蓄電池的Umin=168V,根據式(1)求出滿載時的放電電流為

根據Cd=Id×延時時間小時數h得出電池容量為125Ah,正好滿足要求;若用上述兩種方法查圖1的曲線:

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由時間查電流法:從1h向右找到對應25℃的一條曲線交點為75A,電池的倍數應是125/75=1.67,即167Ah;

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由電流查時間法:從125A向上找到與對應25℃的一條曲線交點,約37min,電池容量的倍數60/37=1.62,即162Ah。兩種查曲線方法的5Ah之差是由于估計誤差所致。