UPS电源选择与电池容量计算
UPS电源选择与电池容量计算
来源:未知作者:admin 发布时间: 2017-11-23 10:00 浏览:
UPS电源选择与电池容量计算
一、先确定功率段
简而言之，首先就是要确认我们希望UPS带载的设备的功率，然后就可以确认好UPS 的功率。一般来说，我们建议负载功率占到UPS功率的30%~80%。如果负载太大的话，
如同时启动时可能会造成UPS电源过载，负载太小时，不但造成了浪费，对电池的性能来说也不好。
二、UPS工作方式
目前市场上多见的工作方式有后备式、在线互动式、在线双变换（线纯在线）这三种，具体如下：
（1）后备式的UPS，不带稳压，市电与电池转换时有转换时间，一般用于个人电脑保护，或对UPS电源性能要求不高的情况下使用，此类型的UPS功率段一般较小；
（2）在线互动式，不带稳压，市电与电池转换时有转换时间，但有调压功能，一般用于配线间或微型机房，保护服务器及网络设备等，此类型的UPS功率段一般在5KVA以下。
（3）在线双变换UPS，市电与电池转换时无转换时间，无切换时间一般也是用于保护服务器或网络设备以及机房里的其他设备，此类型的UPS功率段从小到大都有，跨度比较大1KVA~1000KVA，目前市场上较为多见。
以上几种UPS电源的性能从高到低依次为：在线双变换、在线互动式、后备式。价格一般与性能成正比。那是不是我们一定要选择贵的UPS呢？答案是否定的。正如我们的标题，我们要选择适合自己的UPS。如果是给个人电脑用，那么您选择后备式的UPS就可以，如果是给服务器用，则应该在在线互动式与在线双变换中来选择，选择应该按以下条件来进行：
1、设备要求
看您的设备是否需要很高精度的供电，可查看负载设备的铭牌上的标识或询问设备厂家。
如需高精度的供电，则需要选择在线双变换的UPS。其次是看负载类型，有的负载是不允许供电有闪断，如：继电器类的设备或开关信号的设备，若您为这种类型的设备配备在线互动式的UPS，那么就有可能在UPS市电与电池切换时，负载有断电或误动作，因此对于这类的设备应该选择在线双变换UPS。如果您的设备没有以上两个要求，则可以继续下面步骤。
2、当地电网
如果当地电网质量相对较好，也就是说平时电压波动较小，这个时候就可以考虑选择在线互动式的UPS。但是如果当地电网质量较差，电压波动较大，那么我们建议使用在线双变换的UPS，这是由于这类型的UPS对市电的适应能力要好于在线互动式。
3、UPS转电池后续航时间
如果您要求较长时间延时，可以考虑选择标长两用的机器或买不带内置电池的UPS，这两种UPS电源都可以外配原装电池或第三方电池，以达到较长时间延时的目的。
4、安装方式
一般来说，UPS电源有两种安装方式，一种是塔式安装，一种是机架式安装，可根据您的机房环境或现场环境来选择，而且还需要注意，不是所有的UPS电源都同时支持这两种安装方式，大多数情况下，机架式的UPS也可以做塔式安装，但塔式的UPS不一定能做机架式安装，因为塔式的UPS可能没办法安装导轨。因此，确认好UPS功率段及工作方式后一定要确认一下UPS电源是否可以满足您的安装要求。
三、UPS不同种类电池的优点和缺点
一：UPS常用电池的种类，影响电池寿命的因素，不同种类电池的优点和缺点：
在UPS应用中的电池共有三种：包括开放型液体铅酸电池，免维护电池，镍铬电池。现UPS厂家所配的电池一般为免维护电池，下面以免维护电池为主介绍三种电池的特点：
1：开放型液体铅酸电池：此类电池按结构可分为8-10年，15-20年寿命两种。由于此
电池硫酸电解会产生腐蚀性气体，此类电池必须安装在通风并远离精密电子设备的房间，且电池房应铺设防腐蚀瓷砖。
由于蒸发的原因，开放电池需定期测量比重，加酸加水。此电池可忍受高温高压和深放电。电池房应禁烟并用开放型电池架。
此电池充电后不能运输，因而必须在现场安装后充电初充电一般需55-90小时。正常每节电压为2V，初充电电压为2.6-2.7v。
2：免维护电池：又名阀控式密封铅酸蓄电池，在使用和维护中需遵循下列原则：
a：密封电池可允许的运行范围为15度-50度，但5度-35度之内使用可延长电池寿命。在零下15度以下电池化学成分将发生变化而不能充电。在20度到25度范围内使用将获得最高寿命.电池在低温运行将获得长寿命但较低容量，在高温运行将获得较高容量但短寿命。
b：电池寿命和温度的关系可参考如下规则，温度超过摄氏25度后，每高8.3度电池寿命将减一半。
c：免维护电池的设计浮充电压为2.3V/节。12V的电池为13.8V。CSB公司建议每节2.25-2.3V。在120节电池串联的情况下，温度高于摄氏25度后，温度每升高一度浮充电压应下调3MV。同样温度每升高一度为避免充电不足电压应上调3MV。放电终止电压在满负荷(<30分钟)情况下为1.67V每节。在低放电率情况下(小电流长时间放电)要升高至
1.7V-1.8V每节，APCSYMMETRA可根据负载量调节充电电压。
d:放电结束后电池若在72小时内没有再次充电。硫酸盐将附着在极板上绝缘充电，而损坏电池。
e：电池在浮充或均充时，电池内部产生的气体在负极板电解成水，从而保持电池的容量且不必外加水。但电池极板的腐蚀将减低电池容量。
f：电池隔板寿命在环境温度为30-40度时仅为5-6个月。长时间存放的电池每6个月必须充电一次。电池必须存放在干燥凉爽的环境。在20度的环境下免维护电池的自放电率为3-4%每个月，并随温度变化。
g：免维护电池都配有安全阀，当电池内部气压升高到一定程度时安全阀可自动排除过
剩气体，在内部气压恢复时安全阀会自动恢复。
h：电池的周期寿命(充放电次数寿命)取决于放电率，放电深度，和恢复性充电的方式，其中最重要的因素是放电深度。在放电率和时间一定时，放电深度越浅，电池周期寿命越长。免维护电池在25度100%深放电情况下周期寿命约为200次。
i：电池在到达寿命时表现为容量衰减，内部短路，外壳变形，极板腐蚀，开路电压降低。
j：IEEE定义电池寿命结束为容量不足标称容量AH的80%。标称容量和实际后备时间非线性关系，容量减低20%相应后备时间会减低很多。一些UPS厂家定义电池的寿命终止为容量降至标称容量的50-60%。
四、如何计算UPS所配电池的数量
4.1、蓄电池计算方法：
例如一台40KVAUPS,直流电压为384V，每组为12V电池32节，如果后备时间要求2小时，则计算电池的容量为：
40000VA*2H/(0.7*384V)=297AH
所以选择3组100AH电池，共96节。
电池组的电流为40KVA/384V=104A，所以电池连线选择50mm2电缆。
电池总数=(功率/直流电压*小时)/每块安时*每组块数
其中功率为UPS的功率，直流电压为UPS电池供电所要求的电压，不同功率的UPS 直流电压不同，每组块数为所要求电池的最小块数，一般配置电池时，必须为每组块数的整数倍，常见的UPS直流电压和每组块数如下(电池每块以12V为计算依据)：
举例来说，配置一台5K8小时延时的UPS，其功率为5000，直流电压为96V，每组
电池8块，配置100AH电池，其所需电池总数为：(5000/96*8)/100*8=32块
UPS是不间断电源系统的简称。作用是提供不间断的稳定可靠的交流电源，在市电中断(停电)时UPS之所以能不间断的供电。是有蓄电池储能的结果。所能供电时间的长短由蓄电池的容量大小决定。现将4.2、UPS蓄电池配置的计算方法介绍如下：
A、下列因素影响备用时间：
1、负载总功率P总(W)，考虑到UPS的功率因数，在计算时可直接以P总的伏安(VA)为单位来
2、V低是蓄电池放电后的终止电压(V)，2V电池V低=1.7V;12V电池V低=10.2V
3、V浮是蓄电池的浮充电压(V)，2V电池V浮=2.3V;12V电池V浮=13.8V
4、Kh为电池容量换算系数(Ct/C10)，10Hr放电率为1，5Hr放电率0.9，3Hr放电率为0.75，1Hr放电率为0.6
5、I为电池工作电流(A)，T为连续放电时间(H)，V为UPS外接电池的直流供电电压(V)
B、计算方法
1、12V单体电池的数量N：N=V÷122V单体电池的数量为6N
2、电池工作电流I：I=P总÷V
3、实际电池容量C：C=I×T÷Kh
例如：功率为1KVA的电源备用时间4小时，选择科士达UPS的型号为HP9101H，V=36V，则
①N=36V÷12V=3节
②I=1000VA÷36V=28A
③C=24A×4H÷0.9=124AH
④电池的配量可选用100AH一组3节，或65AH二组6节，选用的结果有偏离，这要看用户的需求和成本的考虑。
注：12V蓄电池常用容量规格为7Ah、17Ah、24Ah、38Ah、65Ah、100Ah、200Ah 等。
如何计算UPS蓄电池配置及蓄电池的放电时间？
以上问题是使用UPS的系统集成商、用户经常困扰的一个问题，甚至是很多UPS经销商都对这个问题也没法说清，或是错误的报给客户，结果造成很多问题发生。蓄电池的放电时间要根据实际负载的功率来计算。
I=（Pcosφ）/（ηEi）
其中P是UPS的标称输出功率;
cosφ是负载功率因数;
η是逆变器的效率;
Ei是电池放电终了电压，一般指电池组的电压。
将具体数据代入上式，求出电池最大放电电流后，即可从电池的各温度下放电电流与放电时间的关系图上查出相应的放电时间。
首先要明确一个概念，就是蓄电池的放电电流与放电时间不是线性的，有人认为20A放电5小时就要用100AH的，这样就错了。蓄电池的容量一般都是20HR（小时率）的，也就是说只有以5A放电20小时才是配100AH的，因为100AH的电池在5A可以放电20小时，在10A时只有9小时左右，20A时只有4小时左右。但在2A时确可以放60小时以上。这就是蓄电池放电时间与电流的非线性关系。正因为非线性关系就有了下面这个表。
请大家先来熟悉一下下面的电池恒电流放电参数表，以保护神电池为例，指在一定的电流下放电能达到多长时间
UPS用的12V电池一般终止电压为10.5V。
以下算法是按保护神电池在温度为25度时的计算结果，蓄电池的实际放电容量也与温度有关，如
MF12-100的电池，在摄氏10度以0.1C电流放电，蓄电池能表现的容量约为85AH，3-5年后蓄电池随着内部老化放电时间会渐渐缩短，是正常现象。
如果知道负载功率，如何来配置蓄电池组的数量来达到预定的时间？
如负载的的功率为2000W，需要延时2小时。怎样配UPS及蓄电池呢？
首先算出蓄电池的放电电流，能量守恒，UPS的放电电量与蓄电池的放电电量是基本相等的。所以可以直接按2000W的功率来算出电池的放电电流。如果我们配的UPS是山特3KVA的，12V电池个数是8只，终止电压是10.5*8＝84V，放电时的计算电流是2000W/84V＝23.8A，如逆变器的效率按95％来算，则实际电流为23.8/0.95＝25A。
再对照上面的表，看有哪个电池的规格能在终止电压为10.5V、放电电流25A时可以达到2小时，很明显，MF12-65（12V-65AH）的这款可以达到。所以电池的配置就选12V-65AH 8只。这样就可以满足要求了。
其它规格也都是这样计算的，又比如，12V-100AH的电池在27.2A时可以放电3小时，如果电流在55A 时需要放电3小时，就需要选12V-100AH的电池2组并联使用才可以达到相应的时间。
如果知道蓄电池的容量，如何知道能放电多长时间？
比如现有一台6KVA的UPS，配了一组MF12-26（12V-26AH）的蓄电池，想知道能放电多长时间。6KVA 的UPS功率因素是0.7，最大有功功率是4.2KW，首先要确定UPS后面接设备的实际功率是多大，可以估计一下，也可以用钳流表来测一下电流。
如果半载即2KW左右的话能延时多久呢？6KVA的直流电压是240V，放电终止电压是210V，逆变器效率是95％，这样电池的放电电流是：2000W/210V/0.95＝10A，再对比上面的恒流参数表，MF12-26的电池在9.96时可以放电2小时，因此，如果设备功率为2KW时，这样一组电池的放电时间约为2小时。
如果按满载，即设备的功率为4200W时，这样一组12V-26AH的电池能放电多久呢？和上面一样，电池的放电电流是4200W/210V/0.95＝21A。再对比上面的恒流参数表，MF12-26的电池在21.7A6时可以放电45分钟，因此，如果设备功率为4.2KW时，这样一组电池的放电时间约为45分钟。
如何测蓄电池的容量
现在市场上蓄电池品牌很多，质量好坏不一，以次充好的现象很多，甚至把100AH做成50AH来卖，想要知道蓄电池的真实容量，只有一个办法：放电！最简单的就是用个UPS加白炽灯泡来放电。比如一组电池3只，接上500W的灯泡来放电，放了3个小时，那这个电池的容量是多少呢？还是与上面一样来计算放电的电流。计算结果约17A，对比上面的恒流放电参数表，看哪款电池在17A左右可以放3个小时，对比发现实际容量是65AH的。
由此方法计算出的：常用UPS蓄电池配置表
以上为本人长期UPS技术工作累计经验，计算结果与实际放电基本相同，如有不正确的地方请指正，也欢迎您与我们探讨。