UPS电源中蓄电池容量的配置
3.1UPS中电池电压设定
一般来说,UPS中的标称电池电压(或12V电池的个数)没有哪个标准规定,是厂家根据采用的电路拓扑需要、机箱结构、功率等级、成本需要等来设计的。
后备式方波输出的UPS,一般采用12V或24V电池,经过推挽及变压器升压得到220V的交流方波。一般功率在1kVA以下。在线互动式一般采用24V或48V的电池。
单进单出传统在线式,一般采用16节*12V=192V,充电电压为216V左右,因为该电压与低限值交流整流后的电压相当(75%*220*1.414*0.9=210V)。以3~15kVA单进单出机器居多。
对于三进单出的传统电路结构,一般先采用自耦变压器(或隔离变压器)降压,也适用16节*12V=192V或者32节384V。
至于三进三出机器,则电池电压等级更多,有348V、360V、576V、720V。
对于小功率高频机器,1kVA的电池电压以36V的居多,也有24V或48V的,2kVA一般为72V,也有2kVA和3kVA为了电池兼容,都采用96V的。原则是采用N个7AH的电池满足标机的时间(5—10分钟)需要,以达到性价比。
3.2 UPS中电池容量的配置计算
我们知道,电池实际可使用的容量与放电电流大小、环境温度、电池的新旧等有关。要想计算容量是很难的事情。
假设放电过程中为恒功率放电,(UPS输出功率不变,逆变效率在变,但为了计算方便,忽略不计),在放电初期,电池电压高,放电电流小,此时逆变的效率也高。在放电将要终止时,电池电压低,放电电流大。也就是在放电过程中电流是变化的,并且从电池的放电特性曲线看,不同的放电电流,电池的端电压也不同,工程设计公式为:
P是UPS的标称输出功率(VA),cosф是用户负载的功率因数,一般取为0.7。η是UPS的逆变效率,N是电池个数,E是电池放电电压(V),可以设定为12V(刚开始放电时电压高于12V,放电终止前电压低于12V,整个放电过程在12V左右支持时间Zui长).
在得出电流后,根据用户需要的支持时间,I*t=Ah,便可以得到需要的安时数,再根据放电特性曲线或特性表进行修正。
考虑到绝大多数用户实际使用的负载一般为额定值的50~80%,很多UPS代理商一般按照80%甚至60%计算。有两种计算方法,一是按UPS额定输出容量计算,二是按实际负荷所需功率计算。
下面对一台10KVA电池电压为192V 或240V的UPS分别需要1h\3h\10h\24h的电池容量进行计算:
放电电流:
如果按的负载计算,则电池放电电流为42(A)
如果用户需要支持时间为10小时,则容量可用,直接得出10h*42A=420Ah
支持时间为24小时,则容量约105%可用,得24h*42A/105%=960Ah
支持时间为3小时,则容量约75%可用,得3h*42A/75%=168Ah
支持时间为1小时,则容量约52%可用,得1h*42A/52%=80Ah
如果按80%的负载计算,则42*80%=33.6(A)
如果用户需要支持时间为10小时,则容量可用,直接得出10h*33.6A=336Ah
支持时间为24小时,则放电电流为1/24 C10A=0.042C10A,查表知约105%容量可用,得24h*33.6A/105%=768Ah
支持时间为3小时,则容量约75%可用,得3h*33.6A/75%=135Ah
支持时间为1小时,则容量约52%可用,得1h*33.6A/52%=64Ah
如果电池电压为240VDC,按的负载计算,电池电压高,相应逆变时效率比较高,
则电池放电电流为32.4(A),则单个电池的容量可以减小串连电池的数量增多。
用户及销售工程师可能会根据实际需要情况、成本,决定是配置80%还是配置的电池容量。在资金容许的情况下,配置也可以选择高于计算值,也不宜超出太多,否则电池放电是处于小电流放电,寿命也会缩短。