容量计算公式
? ? ? ? 除了上述的计算与查表相结合的办法以外,还有一种纯粹用计算的方法来确定电池的 容量。
? ? ? ? 1 .计算式一?
? ? ? ? 为了选择电池的方便,市场上流行着以下计算公式,据说利用该式就可方便地确定电池的 容量为
?式中: Q 1 为单个电池的容量,Ah; N 为电池总数; U 为单个电池端电压,V; S 为UPS额定 容量,VA; T 为后备时间,h。?
? ? ? ? 等式的左边是后备时间与UPS额定容量的乘积,单位是VAh;等式的右边是单个电池的 容量和电池总节数构成的电池总容量与单个电池电压的乘积,单位也是VAh。以数学的眼光找 不出式 ( 5-18)的纰漏,因为等号两边的量纲一样。不妨用一个例子的计算来说明。?
? ? ? ? 例5-6 一采用功率因数为0.8的1kVA负载,要求在市电断电后能延时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10kVA的UPS,已知逆变器效率 η =0 .95,直流电压采用8节12V蓄电池,按一般情况计算,额定直流电压应为
逆变器的关机电压值应是
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首先根据式 ( 5-9)求出满载时的放电电流为?
? ? ? ? 根据要求从100Ah对应8h做水平线,相交于25℃的曲线由交点向下引垂直线正好对应 15A,用100A/15A=7,得出用8节100Ah电池7组,即56节电池 ( 5600Ah)可延时8h(见 图5-19)。?
? ? ? ?以上是采用式 ( 5-14)的方法得出的结果。下面就用式( 5-18)再算一遍。现将该式变换一下,先算出电池的总容量Q1N为?
? ? ? ?从得出的结果可以看出相差了1000Ah。从编者的具体试验已证明按式 ( 5-9)的方法得出的结果是正确的。那么式 ( 5-18)问题出在何处呢? 从式(5-9)的方法可以看出,它考虑了很多因素,如工作温度 (温度不同放电曲线也不同)、负载功率因数、逆变器效率和逆变器关机电压。这些至关重要的指标 在式 ( 5-18)中一个也没考虑,这就导 致了以下问题。?
? ? ? ?1)可以在任何温度下都能延时8h吗?按式 ( 5-14)的方法得出在-15℃环境下若延时8h则需7200Ah,如图5-20所示。
? ? ? ?2)对任何负载功率因数都具有同样的功能吗? 因为电池的容量是与有功功率密切相关的,负载功率因数越大,有功功率消耗也越大。所以电池的容量是随功率因数而变的,但在这里却是个固定值。?
图5-19 根据25℃曲线查电池容量
? ? ? ? 3)UPS逆变器关机电压是与电池放电电流相关的。放电电流大,则关机电压就低,反之, 关机电压就高。但在市场公式中就没考 虑这一点,不知道关机电压是多少,也 就影响了后备时间的准确性。?
? ? ? ?4)逆变器的效率和电池的容量关 系也很密切。效率高就节省电池容量, 否则就需增加容量。
? ? ? ?式( 5-14)的方法是计算与查表相结合,所以适合所有的情况;而式( 5-18)由于没有考虑诸多重要因素,可能在某一点或某一段是正确的,在其范围之外就很难说了,甚至和正确值相差甚远。究其原因就是在这里将伏安值都当成了瓦特计算,这在功率因数很低的情况下就更不能用,这就形响了它的通用性,所以在用式( 5-18)时需慎重。
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图5-20 根据-15℃曲线查电池容量
? ? ? 在使用式 ( 5-18)时还容易使用户陷入误区,比如有个用户招标书规定要采购一台30kVA,需延时4h。根据式 ( 5-18)算出100Ah电池数为?
在投标商中由于各自的产品不同,UPS的直流电压也不同,有的直流电压240V,一组电池是20节;有的直流电压192V,一组电池是16节。前者正好是5组电池100节,而后者6组电池 才96节,当然少了4节后延时就不够了,也不符合标书要求了。于是这个厂家就利用了式 ( 5-18)的模糊概念采用了图5-15所示的给其中4组电池中的一只再并上一只,如图5-21所 示。同容量 ( 100Ah)的电池,这4组就是68只,再加上另外两组的32只,正好是100只, 声称 “满足”了要求。更可悲的是用户居然接受了这个方案,当有人提出疑义时,用户还理直气壮地让异议者提供电池不能这样并联的证据。
图5-21 不正当的电池并联方案?
? ? ? ? 众所周知,5号电池是不能和2号电池串联使用的,在这里同样100Ah电池也不能和 200Ah电池串联使用。其后果是当充电时并联的两节一直充不满,放电时这两节100Ah只能放 出一半,在这些电池中长期有一部分电解液处在静止不变的状态,久而久之就使这部分电池的 极板硫化而成为 “死板”,积累的作用就会造成这两节电池的提前失效,从而影响整组电池的性能。?
? ? ? ?正因为式 ( 5-18)没有反映出整组电池电压的概念,只给出单个电池电压、容量和总电池节数,就好像一个仓库堆积了100Ah/12V电池N节,至于如何分组应用是一概不管,因此令 使用者陷入误区 (也可能是故意为之)。而式 ( 5-9)则不然,式中用的是整组电池和电压,换 言之,上述仓库里放置了成组串联好了的100Ah/12V电池,这就决定了它们的固有特性,换言之,每组电池的数量和电压是不可任意更改的,这就决定了它的唯一性。?
? ? ? ?2 .市场计算式二?
? ? ? ?式?(5-19)就是这个计算式的表达方式
式中: C为电池容量,Ah; P为负载功率,W; T为后备时间,h; U为电池组电压,V; η 为逆变器效率; K为修正系数,后备时间15mi n时, K =0 .5,后备时间30mi n时, K =0 .55。
? ? ? ?式 ( 5-19)比式 ( 5-18)就进了一步,其中有了功率因数的概念,比如这里指出的P是负载的有功功率。给出了电池组的串联电压,而不是像式 ( 5-18)那样给出的是电池数,给人 容易造成误会,这里也给出了逆变器的效率。?
? ? ? 不足之处为:①电池电压应指明是UPS逆变器关机电压,所以在使用时应取电池组的 U mi n 值;②修正系数 K 并不是随处就可找到的,给使用者增加了困难;③由于是纯计算而不是查电 池放电曲线,就没有温度的概念。这样一来就有了局限性,如图5-22所示,同是90A的放电 电流,100Ah电池在25℃时可后备53mi n,而在-15℃时只可后备30mi n,差了几乎一半的时 间。所以式 ( 5-9)加查曲线法的应用范围是不受任何限制的。当然除此外还有恒放电功率查 表法,也比较准确,因为恒放电功率查表是厂家给出的,所以使用什么方法视实际情况而定。
图5-22 不同温度下的后备时间?
文章摘自：【云机房供配电系统规划、设计与运维】本书在讲解UPS基本知识、基本原理、基本电路的基础上,重点对机房供电 系统的认识误区进行了逐一讨论,并给出了对于规划、设计和选型的正确认识和理解。书中明确了高频机和模块化UPS供电系统是今后数据中心电源的主流设备, 它不但符合我国的国策,而且也克服了工频机UPS无法解决的所有缺陷。在此基础之上,在本书的最后,对机房供电系统的运维、故障分析和处理进行了系统的阐述,并列举了相当数量的实例加以说明。
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容量计算公式(关于市场上电池容量计算公式的讨论)
