在小容量UPS中,除了本身标配30min左右的有限电池量外,用户往往还需要外配电池以延长后备时间,在大容量的UPS中一般都无标配电池,而是根据当时的需要外配。这些情况都需要选择电池的容量,但一般来说正确的电池容量不是单靠计算就能得到的。原因是电池的放电电流如果超过了放电率所规定的界限值就会出现非线性,也就是说放电电流和电池电压就不再维持线性关系,因此需计算与查表或查曲线相结合的方法来确定电池容量
式中,Id—放电电流(A);
S—UPS额定功率(VA);
F—负载功率因数,F≤1;
η—逆变器效率,η≤1;
k—负载的利用系数;
Umin—UPS关机前瞬间的电池电压(V)。
例1:一功率因数为0.8的10kVA的负载,市电断电后要求延时8h。用户要求采用100Ah电池,需多少节?
解:根据要求选某标称值为15kVA的UPS,已知逆变器效率η=0.95,直流电压采用16节12V蓄电池,负载利用系数k取1。
往往有这种情况,供应商为了降低价格,提高竞争力,擅自将负载利用系数选小,并说出一段“根据”,在初期用户不知就里的情况下,就抢占了先机。对用户以后的增容埋下了隐患。一般这个负载利用系数k应当由用户自己来选。供应商以选1为宜。按一般情况计算,额定直流电压应为
Un=12V×16=192V(2)
浮充电压为Uf=(2.25×6)×16=216(V)(3)
逆变器的关机电压为Umin=(1.75V×6)×16=168V(4)
首先根据式(1)求出满载时的放电电流Id:
在上式中为什么采用了Umin,而不是Un或Uf呢?这是因为电池放电到最低电压Umin时才使逆变器关机的,也就是说逆变器的关机只和Umin有关,
其含义是:在UPS关机前瞬间仍能提供100%的功率。为了说明这个问题,分别将Un和Uf代入式(1)，求出相应的放电电流:In=44A,If=39A。
是否将得出的放电电流安培数乘上所要求的后备时间就是电池的总安时数呢?有不少使用者就是这样做的。用三个不同的电流值和后备时间相乘得到以下三个电池容量:
Cn=44A×8h=352Ah,总容量Cnt=352Ah×16=5632Ah
Cf=39A×8h=312Ah,总容量Cft=312Ah×16=4992Ah
Cd=50.13A×8h=401Ah,总容量Cdt=401Ah×16=6416Ah
上面这三个总容量值相互之间差之甚远,尤其是Cdt和Cft之间差了1424Ah,放到UPS上就是相差15节蓄电池!如果一节100Ah的蓄电池按800元计,就是12000元之差,而目前15kVA的UPS约40000元,这约为UPS价格的三分之一。尤其值得注意的是由于电池容量相差悬殊,就会把用户搞糊涂:到底哪一个容量值对呢?哪一个电池容量值才能满足要求呢?电池容量小了尽管使价格下降,但却埋下了使用户蒙受损失的隐患。
上面只是容量之差引发的一些担心,因为电池总容量还没有最后确定,孰对孰错有待进一步分析。由于电池的放电电流增大时呈非线性放电规律,单靠计算是不能得出正确结果的。因此还需查如图1所示的放电曲线,这是松下电池100Ah的放电曲线,从图1中可以看出,这里有四条不同温度下的放电曲线,从左至右依次为-15℃,0℃,25℃和40℃。作为一个例子,这里仅查对应25℃的一条曲线。有两种查法:由时间查电流法和由电流查时间法。
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由时间查电流法
从8h的一条横线向右找到对应25℃的一条曲线交点,此点有一条垂直的虚线向下与电流轴相交于约17A处,就是说,一组100Ah的16节电池,在以17A电流放电时,才能给出8h。17A约为50A的四分之一,按冗余设计,所以需采用四组100Ah的16节电池(即64节)才能满足要求
由电流查时间法
从50A处向上作垂线找到与对应25℃的一条曲线交点,约2h,要满足8h的延时时间也需用四组电池(即64节)才能满足要求。
由此可以看出,用Cn和Cf选择电池容量的方法是不对的。是否可以得出Cd=Id×延迟时间的小时数h是正确的结论呢?不一定。在这里是碰巧了,因为4组电池,每组电池的放电电流都接近10h放电率,所以结果相近,在另外的场合就不一定了。
例2:一功率因数为0.8的25kVA的负载,市电断电后要求延时1h。用户要求采用100Ah电池,需多少节?
解:根据要求选某标称值为30kVA的UPS,已知逆变器效率η=0.95,直流电压也采用16节12V蓄电池的Umin=168V,根据式(1)求出满载时的放电电流为
根据Cd=Id×延时时间小时数h得出电池容量为125Ah,正好满足要求;若用上述两种方法查图1的曲线:
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由时间查电流法:从1h向右找到对应25℃的一条曲线交点为75A,电池的倍数应是125/75=1.67,即167Ah;
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由电流查时间法:从125A向上找到与对应25℃的一条曲线交点,约37min,电池容量的倍数60/37=1.62,即162Ah。两种查曲线方法的5Ah之差是由于估计误差所致。
