UPS與蓄電池容量配置綜述

張 鵬

（中國移動通信集團河北有限公司唐山分公司，河北唐山063000）

0 引 言

UPS作為通信領域重要的供電設備，其性能直接關乎通信設備的安全穩定運行。蓄電池作為UPS的配套備用電源，其作用也是不可替代的，只有它跟UPS的緊密配合才能從根本上保證市電中斷油機啟動間隙的無縫連接，提供不間斷電源。

蓄電池容量的配置是UPS電源系統設計的重要內容，也是維護工作中應重點關注的熱點，過高及過低的電池容量對于UPS系統的運行都是不利的。容量過高，則增加投資成本，且易導致電池小電流深放電，造成電池永久性的損壞；容量過低，則不能滿足負載不間斷供電的要求，且大電流的充放電將縮短電池使用壽命。所以，正確選擇與UPS容量和負載容量相適應的蓄電池容量是控制系統投資成本，提供不間斷供電可靠性的關鍵。

為了配合分析蓄電池的配置方法，本文配以實例計算。實例條件：1+1并機形式UPS電源系統、單臺為60 k VA的力博特UPS，要求單臺UPS蓄電池后備時間1 h，蓄電池以雙登12 V閥控式鉛酸蓄電池為例，2 V小單體放電終止電壓為1.8 V，機房溫度25℃；計算此套UPS系統應該配備多大容量蓄電池。

1 按蓄電池的容量選擇配置法

根據YD5040-97《通信電源設備安裝設計規范》，蓄電池容量可按下式配置：

式中，Q為蓄電池容量（Ah）；K為安全系數，取1.25；Idc為蓄電池負荷電流（A）；t為放電小時數（h）；η為放電容量系數，不同條件下的放電容量系數見表1；T為實際電池環境溫度（℃）；α為電池溫度系數（1／℃），當放電小時率≥10時，取α=0.006；當1≤放電小時率＜10時，取α=0.008，當放電小時率＜1時，取α=0.01。

表1 閥控式鉛酸蓄電池放電容量系數(η)

其中，蓄電池負荷電流的計算一般按照UPS的理論容量來進行計算：

式中，SN為UPS額定容量（VA）；cosφN為UPS額定輸出功率因數，典型的為0.7或0.8，本文計算中取0.8；U為放電終止電壓（V），U=nEN，n為一組蓄電池對應蓄電池的個數，E為蓄電池2 V單體的終止放電電壓，N為一個蓄電池對應的2 V小單體的個數，12 V蓄電池的2 V小單體個數為6個；μ為逆變效率，即電池工作時逆變器的工作效率，各廠家因技術的差異，相差較大，一般在0.6～0.95之間，本文計算取0.9。

通過公式（2），得：

代入公式（1）中，

因為考慮了裕度（安全系數K），計算需要的蓄電池容量可約等于400 Ah；即每臺UPS配置4組100 Ah或者2組200 Ah蓄電池可滿足后備時間在1 h。

2 查詢蓄電池的恒電流放電表配置法

這種方法即計算出每個蓄電池的每個單體的放電電流，再查詢蓄電池的使用說明書附有的恒電流放電表（表2）即可。

表2 艾諾斯—華達電池恒流放電數據(放電終止電壓1.80 V 放電溫度77°F(25°C))

蓄電池的放電電流：

Idc=計算方法、各符號含義同上。由第1節計算結果I=154.32 A。

實際放電電流I=ζIc，ζ為溫度補償系數，ζ=η［1+α（T-25）］，式中符號含義同公式（1）。

機房溫度25℃，I=Ic，查表2可得6GFM100蓄電池恒流放電1 h對應放電電流54 A，6GFM200蓄電池恒電流放電1 h對應放電電流109 A；要滿足蓄電池最大放電電流154.32 A，即每臺UPS可以配置100 Ah蓄電池3組（54 A×3=162 A＞154.32 A），或者每臺UPS配置200 Ah蓄電池2組（109 A×2=218 A＞154.32 A）。

3 查詢蓄電池的恒功率放電表配置法

這種配置方法首先計算每個蓄電池2 V單體分擔的功率，再查詢蓄電池的使用說明書附有的恒功率放電表（表3）即可。

表3 艾諾斯—華達電池恒功率放電數據(放電終止電壓1.80 V 放電溫度77°F(25°C))

即每個蓄電池的2 V小單體相當于分擔功率277.78 W。

實際放電功率=查表放電功率×溫度補償系數，為溫度補償系數ζ=η［1+α（T-25）］，式中符號含義同公式（1）。

查表3得6GFM100蓄電池恒功率放電1 h對應放電功率99 W，6GFM200蓄電池恒功率放電1 h對應放電功率197 W。

設定機房的溫度25℃，實際放電功率=查表放電功率；需配備的蓄電池對應每單體的放電功率應大于計算標稱的放電功率，即對應可配置100 Ah蓄電池3組（99 W×3=297 W＞277.78 W），或者配置200 Ah蓄電池2組（197 W×2=394 W＞277.78 W）。

4 查詢放電特性曲線圖配置法

這種方法先查詢蓄電池說明書上附有的蓄電池放電特性曲線，得到在特定放電時間單體終止電壓下的放電率，反推蓄電池的放電電流來求得蓄電池應配備的容量。

圖1 GFM型閥控式密封鉛酸蓄電池不同倍率放電特性曲線(25℃)

根據蓄電池后備時間1 h、放電終止電壓1.8 V，對應12 V蓄電池終止電壓10.8 V的限定條件下查圖1得放電倍率約為0.58 C。

蓄電池的放電電流為：

Idc=計算方法、各符號含義同上。Idc=154.32 A。

0.58 C的放電條件下蓄電池放電電流等于UPS額定滿載下的放電電流，即0.58 C=154.32 A，得出C=266.07 Ah

即對應可配置100 Ah蓄電池3組（100 Ah×3=300 Ah＞266.07 Ah），或者配置100 Ah蓄電池2組（200 Ah×2=400 Ah＞266.07 Ah）。

上述四種方法都可以計算出UPS需配置的蓄電池容量及組數，因為四種方法查表、查圖等的誤差、溫度補償等的處理，相互之間有一定的計算偏差，但四種方法都可以不同程度的指導UPS蓄電池的配置。

5 總 結

四種蓄電池容量配置方法中，對應第一種按蓄電池的容量選擇配置法誤差相對較大，對蓄電池的放電細節進行忽略，僅考慮蓄電池放電最大電流這一項關鍵因素，這種方法可以作為蓄電池配置的初略估算，同時也可以用于整流電源的后備蓄電池配置計算。查詢蓄電池的恒電流、恒功率放電表配置法這兩種方法從蓄電池單體的放電特性出發考慮，計算方法合理，特別是查詢蓄電池的恒功率放電表配置計算方法，因為貼近蓄電池的恒功率放電實際而計算精準，這兩種算法得到了較好的實際指導作用和廣泛應用。第四種方法查詢放電特性曲線圖配置法也較為準確，但是查圖尋找對應的放電率曲線本身就具有一定的肉眼誤差，而且對于某些非整點的配置時間難以查表，可以作為一種較好的估算方法。

［1］李 菁.UPS蓄電池的選擇［J］.通信電源技術，2006，22（12）：38-40.

［2］徐海波.通信電源系統交流不間斷供電方案［J］.通信電源技術，2006，22（6）：13-15.

［3］艾諾斯（中國）華達電源系統有限公司.艾諾斯GFM系列閥控式鉛酸蓄電池使用說明書［Z］.2008.

［4］中國移動通信有限公司.中國移動通信電源、空調與監控維護管理規定［Z］.2008.

［5］周志敏，周紀海.UPS實用技術應用與維護［M］.北京：人民郵電出版社，2003.