在小容量UPS中,除了本身標(biāo)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(shí)間,在大容量的UPS中一般都無標(biāo)配電池,而是根據(jù)當(dāng)時(shí)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(jì)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(guī)定的界限值就會(huì)出現(xiàn)非線性,也就是說放電電流和電池電壓就不再維持線性關(guān)系,因此需計(jì)算與查表或查曲線相結(jié)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(fù)載功率因數(shù),F≤1;

η—逆變器效率,η≤1;

k—負(fù)載的利用系數(shù);

Umin—UPS關(guān)機(jī)前瞬間的電池電壓(V)。

例1:一功率因數(shù)為0.8的10kVA的負(fù)載,市電斷電后要求延時(shí)8h。用戶要求采用100Ah電池,需多少節(jié)?

解:根據(jù)要求選某標(biāo)稱值為15kVA的UPS,已知逆變器效率η=0.95,直流電壓采用16節(jié)12V蓄電池,負(fù)載利用系數(shù)k取1。

往往有這種情況,供應(yīng)商為了降低價(jià)格,提高競爭力,擅自將負(fù)載利用系數(shù)選小,并說出一段“根據(jù)”,在初期用戶不知就里的情況下,就搶占了先機(jī)。對(duì)用戶以后的增容埋下了隱患。一般這個(gè)負(fù)載利用系數(shù)k應(yīng)當(dāng)由用戶自己來選。供應(yīng)商以選1為宜。按一般情況計(jì)算,額定直流電壓應(yīng)為

Un=12V×16=192V(2)

浮充電壓為Uf=(2.25×6)×16=216(V)(3)

逆變器的關(guān)機(jī)電壓為Umin=(1.75V×6)×16=168V(4)

首先根據(jù)式(1)求出滿載時(shí)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?yàn)殡姵胤烹姷阶畹碗妷篣min時(shí)才使逆變器關(guān)機(jī)的,也就是說逆變器的關(guān)機(jī)只和Umin有關(guān),

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

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

Cn=44A×8h=352Ah,總?cè)萘緾nt=352Ah×16=5632Ah

Cf=39A×8h=312Ah,總?cè)萘緾ft=312Ah×16=4992Ah

Cd=50.13A×8h=401Ah,總?cè)萘緾dt=401Ah×16=6416Ah

上面這三個(gè)總?cè)萘恐迪嗷ブg差之甚遠(yuǎn),尤其是Cdt和Cft之間差了1424Ah,放到UPS上就是相差15節(jié)蓄電池!如果一節(jié)100Ah的蓄電池按800元計(jì),就是12000元之差,而目前15kVA的UPS約40000元,這約為UPS價(jià)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(huì)把用戶搞糊涂:到底哪一個(gè)容量值對(duì)呢?哪一個(gè)電池容量值才能滿足要求呢?電池容量小了盡管使價(jià)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(fā)的一些擔(dān)心,因?yàn)殡姵乜側(cè)萘窟€沒有最后確定,孰對(duì)孰錯(cuò)有待進(jìn)一步分析。由于電池的放電電流增大時(shí)呈非線性放電規(guī)律,單靠計(jì)算是不能得出正確結(jié)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(gè)例子,這里僅查對(duì)應(yīng)25℃的一條曲線。有兩種查法:由時(shí)間查電流法和由電流查時(shí)間法。

1

由時(shí)間查電流法

從8h的一條橫線向右找到對(duì)應(yīng)25℃的一條曲線交點(diǎn),此點(diǎn)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(jié)電池,在以17A電流放電時(shí),才能給出8h。17A約為50A的四分之一,按冗余設(shè)計(jì),所以需采用四組100Ah的16節(jié)電池(即64節(jié))才能滿足要求

由電流查時(shí)間法

從50A處向上作垂線找到與對(duì)應(yīng)25℃的一條曲線交點(diǎn),約2h,要滿足8h的延時(shí)時(shí)間也需用四組電池(即64節(jié))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(duì)的。是否可以得出Cd=Id×延遲時(shí)間的小時(shí)數(shù)h是正確的結(jié)論呢?不一定。在這里是碰巧了,因?yàn)?組電池,每組電池的放電電流都接近10h放電率,所以結(jié)果相近,在另外的場合就不一定了。

例2:一功率因數(shù)為0.8的25kVA的負(fù)載,市電斷電后要求延時(shí)1h。用戶要求采用100Ah電池,需多少節(jié)?

解:根據(jù)要求選某標(biāo)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(jié)12V蓄電池的Umin=168V,根據(jù)式(1)求出滿載時(shí)的放電電流為

根據(jù)Cd=Id×延時(shí)時(shí)間小時(shí)數(shù)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(shí)間查電流法:從1h向右找到對(duì)應(yīng)25℃的一條曲線交點(diǎn)為75A,電池的倍數(shù)應(yīng)是125/75=1.67,即167Ah;

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