弱电工程UPS电源选择与电池容量计算方法

       弱电系统中的ups电源的如何选择？市场上那么多的品牌到底该选择什么样的呢？电池如何配呢？

　　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—uninterruptiblepowersystem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。