蓄电池的电压窗是指蓄电池工作电压范围。蓄电池工作电压范围与UPS逆变器的输入电压范围和蓄电池的只数有关。UPS逆变器的高直流输入电压是整流器给蓄电池均衡充电的高电压。逆变器低直流输入电压是蓄电池可以放电到的终止电压(并减去电缆压降),UPS逆变器应在此电压范围内正常工作。在UPS逆变器输入电压范围已确定的情况下,应选择适当的蓄电池只数,使每只蓄电池可以在厂家规定的高充电电压下充电,而放电终止电压在满足逆变器允许低输入电压要求的前提下应尽量选低,但又不低于厂家规定的低终止电压值,以便使蓄电池能得到有效的利用。蓄电池只数等于逆变器系统高输入电压除以单体电池的均充电压。需要说明的是,计算时可以不考虑电缆压降,因为逆变器高电压出现在蓄电池均充时,充电末期电流和压降很小。
蓄电池组低电压(放电终止电压)等于逆变器系统允许的低输入电压加上额定条件下的电缆上的压降。单体电池低电压(单体放电终止电压)等于蓄电池组低电压除以蓄电池只数。
根据UPS逆变器的直流输入电压范围和规定的单体电池的均充电压和放电终止电压,可以确定单体电池只数。一般可以用逆变器系统高输入电压除以均充电压的商数,选择单体电池只数。具体计算公式参见后述2.3.1节。
2.2.2 温度校正系数 K 温度
电池的工作温度会影响蓄电池的寿命和性能(容量)。在25℃时蓄电池具有额定容量,温度下降时容量会减少,温度升高时容量会增加。如果低温度低于25℃,则应选择较大的蓄电池,以保证在低温度时仍具有需要的容量。如果低温度高于25℃,则采取保守做法,即按标准温度25℃考虑,不选择较小的蓄电池。由此产生的可用容量的增加作为设计裕量的一部分。在选择蓄电池容量时,应考虑蓄电池容量的温度校正系数K 温度。表2是铅酸蓄电池容量的温度校正系数表,适用于电解液比重为1.125的VLA和VRLA蓄电池。表2的系数适用于放电率,不适用于放电时间。例如,某蓄电池在15℃时容量大约比25℃时的容量减少12%。如果该蓄电池在25℃时,可以按100kW放电15min。在15℃时,如仍按放电15min,则只能按89.35kW放电15min。如果该蓄电池工作在15℃,容量温度校正系数K 温度 为1.12。即校正后在15℃时具有的容量相当于在25℃所具有的容量。又如蓄电池工作于20℃时,容量温度校正系数 K温度为1.056。温度高于25℃的情况蓄电池的实际容量大于25℃时的容量,故温度校正系数K 温度小于1,例如蓄电池工作于30℃时,温度校正系数 K 温度为0.956。如前所述,蓄电池的工作温度高于25℃时,仍按25℃考虑,即容量温度校正系数 K 温度为1,不进行容量调整。
2.2.3 老化系数 K 老化
UPS的蓄电池一般应按UPS带满负载选择。并应保证在蓄电池的整个寿命期内都能支持UPS的满负载。铅酸蓄电池寿命终止的判据是其容量下降到额定容量的80%,在选择蓄电池容量时,应考虑在蓄电池的计算容量上再增加25%。即考虑1.25的老化系数。这样可以确保在蓄电池的整个寿命期内都能为满负载供电。
2.3 蓄电池容量计算和选择方法
根据上述设计考虑,按恒功率放电特性选择蓄电池容量的步骤如下。
2.3.1 蓄电池容量计算
(1)蓄电池额定功率 P 蓄电池
蓄电池额定功率 P 蓄电池 (即逆变器输入端的有功功率 P 逆变器 )为
(9)
式中, P 蓄电池 ——蓄电池额定功率(W);
P 逆变器 ——逆变器输入有功功率(W);
S ——逆变器的输出视在功率(VA);
cosφ——逆变器负载功率因数;
μ ——逆变器效率。
(2)蓄电池校正功率 P 校正
经过老化和温度校正后的蓄电池校正额定功率 P 校正 为
(10)
式中, K 老化 ——老化系数;
K 温度 ——温度校正系数。
(3)蓄电池只数为
(11)
注:此式与安时法的计算公式相同。
(4)单体电池的功率 P 单体
单体电池的功率 P 单体 等于蓄电池的总功率 P 校正除以单体电池只数n,按下式计算