Question

VRLA蓄电池的应用计算实例

Answer 1

6.1 配套程控交换机电池安装容量 C8&C08等1000门程控交换机常见负载电流为4A～8A/48V（已考虑电话同时使用率约60%）。 通常选配二组100Ah/48V电池，每组可以支持24h左右，两组可支持48h左右。 6.2 电池配套UPS容量计算 蓄电池的最大放电电流可由下式得出： I=[Pcosφ]/[Eiη]=P/Ei （3） 式中：P为UPS标称功率,cosφ为功率因数取0.8,η为效率取0.8,Ei为电池放电终止电压。 也有一经验公式如下： 如UPS容量为30kVA，cosφ取0.8,则功率为24kW，若需放电2h，则总能耗为48kWh，而输入电压通常已由UPS决定，设为220V，那么应配备电池容量为： 48000Wh/220V≈210Ah 而在选用电池时，其放电Ah数对应于对UPS的时间要求，在考虑到电池的内部损耗后，Ah数要 选稍大一些。 如果电池是作电动车等设备的电源使用，则要根据放电深度对电池容量进行选择（一般VRLA电池阀的开关寿命及水的损失率已不成问题，可以不予考虑），如德克电池容量100～4200Ah在25%的深度放电工作时可达3000次循环寿命，在50%的深度放电工作时达1500次循环寿命，当对循环次数要求高时，则可使放电深度下降。例如，电池容量选大一倍，则同型号工作设备的电池循环工作次数可以增大一倍（通过三年实测，德克电池80%深度放电可达1200次循环）。 6.3 电池地面承重力计算（经验公式） 设计安装当中，常要求机房的地面承载强度足以承受电池重量，地面荷载公式如下： 〔电池总重量(kg)/电池占地总面积(m2)〕×面积系数=承重力（kg/m2)(4) 式中电池总重量为厂家提供数据，电池占地面积为实际安装占地面积，面积系数≤0.6（因为电池房面积远大于实际电池占地面积，而且电池两边至少要留有0.5m以上的人行通道，供维护检查使用，一般电池安装深度在0.6m左右）。 此公式由厂方提出，长期使用至今未出现任何安全问题。 6.4 VRLA电池产生气体计算 VRLA电池为全密封电池，通常情况下，安全可靠，但必须有通风良好的环境，因为电化学反应，内部产生气体，一般复合率达98%以上，但仍有少量气体不能复合，尤其在过充电情况下，问题更显重要。 通常气体由电解水产生，气体逸出电池外部，造成水损失，气体量由电池的失水量决定，10年寿命的电池其失水率每年是电解液中水的总重量的1%，20年寿命的电池失水率每年是电解液中水的总重量0.5%。 例如，100Ah/2V，DekaUnigyII电池，AVR85－23，电解液总重14.76kg，水重约10kg，20年失水10%约1kg，每年失水50g，相当于约44.4g氧气及5.5g多氢气，或者说约1.4个摩尔的氧气，约2.8个摩尔的氢气，常温常压下1摩尔气体为22.4升，因而推出每年该电池约释放气体90升左右。 假如运行条件恶劣，长期过充电，充电电压升高，则产生气体会增加。当用AVR85－23，220V系统时，可串联108个2V单体电池，释放气体量也增至100倍以上。由于氢气的易爆性，通风是必要的。 此外水损的另一途径是水分子透过电池外壳扩散到电池外部空间。 6.5 电池剩余容量计算公式 VRLA电池的使用寿命与产品质量、使用条件、环境与维护等多方面因素相关，是一个随机变量，其一般公式为； 式中：Q为新装电池所测实际容量Ah（可能大于、等于或小于标称容量）； Qt为经过时间t后该蓄电池的容量Ah， λ为失效率，表示在蓄电池工作到时间t未失效,尔后单位时间发生失效的概率（λ<1）。 从电池的出厂实验数据，如已知t，则可以求电池失效概率，得出λ,t，进而可推算Q值等。 6.6 电池的热损耗 VRLA电池与任何能源一样，其电能－化学能转换效率不可能100%，充电时电能变成化学能贮存在电池内部，放电时，化学能变成电能，主要消耗在外部电路。 根据电学公式，充电时，电池吸收能量为： W=UIt=EIt+I2R0t (6) 式中：U为充电电压（V）,I为充电电流（A）,W为充电电能（Wh或kWh）,R0为充电电池内阻（Ω），E为充电电池电势（V），t为充电时间（h）。 例如，DekaUnigyII系列电池，型号为AVR85－23，1000Ah/2V单体电池R0=0.33mΩ,充电电流=200A=0.2C10,充电电压=2.30V,充电电池电势=2.25V,则有 EIt=2.25V×200t=450t I2R0t=2002×0.33×10－3t=13.2t 另外考虑到放电过程的损耗，总的电池内部损耗应为6%左右。 考虑到其它化学损耗，电阻的变化等因素，故各种电池的效率并不相同，一般认为可达90%～93%。 6.7 选用配套电池容量 从电力合闸的要求，选用配套电池容量（短路电流），有的厂家对VRLA电池直接给出短路电流值，如Deka电池也有厂家给出15s、5s放电电流值等，但一般均只有5、10、15、30分钟及以上放电数据。 已知合闸冲击电流Ich，有一选用配套电池容量Cb的经验公式为： Cb=KIch (7) 式中：K为选用配套电池系数,取0.2。 至于合闸电源的电压为110V或220V等，则可选电池串联达到所要求的电源电压等级。例如0.5s冲击电流167A，选电池为容量33.4Ah，靠上一档整数为40Ah。 6.8 对直流48V、110V、220V、380V电源的电池个数选择 对48V系统2V单体取24只 6V单体取8只 12V单体取4只 对110V系统2V单体取54只（或53只） 6V单体取18只 12V单体取9只 对220V系统2V单体取108只（或106只） 6V单体取36只 12V单体取18只 对380V系统2V单体取180只 6V单体取60只 12V单体取30只 一般而言，需考虑具体直流负载的工作电压水平，通常取2V单体连成直流系统较好，易于配置调整所需直流电压，但2V系统串联太多，如出现个别电池极性接反，不易从总体直流电压查出安装错误。 6.9 电解液密度对容量的影响 VRLA电池的电势大小与蓄电池极板上活性物质的电化性质和电解液的密度有关，与极板的大小无关。计算电势E的公式为： E=0.85+d （8） 式中：d为蓄电池极板微孔中即隔膜中的电解液密度 充电后为：E=0.85+1.30=2.15V 放电后为：E=0.85+1.15=2.00V（水的密度为1.00g/cm3） 应该注意，E为电池电动势即电池开路端电压，这与电池的闭路电压是两个概念。当电池内部发生故障，内阻增大，尽管此时电势仍高达2V以上，但电池容量已经不够了，故测量开路端电压很难判定电池是否完好。 6.10 电池内阻R0的测量 VRLA电池内阻是一个变量，它与极板，电解液有关，而极板在充电过程中不停变化，电解液也不断变化（H2OH2SO4），当电池充满电时，电池内阻最小，随着放电过程的延续，电解液变成水，而两极金属铅板变成硫酸盐，均显电阻增大状态，放电终止时，电阻急剧增大，以致外部无压降，电压全部降落在内阻上。 通常标称电阻为出厂时充满电后测试之内阻，随着电池的使用年限增加，实际内阻会有变化，一般趋于增大。 实际内阻R0计算公式为： R0=(E－U)/I （9） 式中：U为电池短路电压,I为短路电流。 根据实际测量值与出厂值比较，可以判定电池的好坏。