数据中心不间断电源系统后备蓄电池的设计

数据中心不间断电源系统后备蓄电池的设计

发表时间：2018-06-13T17:24:35.653Z 来源：《电力设备》2018年第2期作者：王国龙

[导读] 摘要：在数据中心行业中，不间断电源系统（UPS）作为核心系统尤为重要。

（中国建筑技术集团有限公司北京 100013）

摘要：在数据中心行业中，不间断电源系统（UPS）作为核心系统尤为重要。而不间断电源系统中的重要后备支撑为蓄电池组，蓄电池组的配置决定UPS的性能。但是，目前大多数设计师对蓄电池系组设计不够深入，从而导致其在运行阶段出现诸多问题。基于此，本文主要针对后备蓄电池的核心参数进行了分析，包括蓄电池组数及节数的确定、截止电压的选择、电池保护开关的选型以及蓄电池的额定电压确定。

关键词：蓄电池；数据中心；系统设计；

1蓄电池组数及节数的确定

1.1满足后备时间所需电池总数的确定

数据中心行业主要采用恒功率法计算。其计算公式如公式（1）所示，此外该公式计算还要考虑值和PF值。

(1)

N：所需电池的节数；

S：UPS的额定视在功率；

PF：UPS负载功率因数；

P：2V单体蓄电池要求放电时间对应的放电功率；

：逆变器效率。

值的确定：为逆变器效率，而非UPS的整机效率，大多数UPS产品手册及彩页给出效率是的UPS的整机效率。一般情况下，设计

师计算都是按照UPS整机效率进行计算的，这样会使计算结果比实际值稍微偏大一些。在无厂家资料时，可按照UPS的整机效率选择，在有厂家资料时，应按照逆变器效率计算。此外，在计算时应该按照UPS满载时逆变器效率进行计算，虽然UPS在正常工作时负载率可能很低，但其存在满载的工况时就应按照满载时逆变器效率进行计算。

PF值的确定：应按照UPS负载功率因数选择，比如模块机功率因数一般为1，传统高频机功率因数一般为0.9，少部分厂家负载功率因数为0.8。公式（1）中S*PF*1000是指UPS所能输出的最大有用功功率，所以不能直接选择0.8，如果直接选择0.8，则会导致计算结果偏小，后备时间不足。

1.2蓄电池组内电池节数的确定

需要根据UPS产品要求确定，即：根据其直流电压确定电池节数，如有的UPS产品支持组内电池单节可调，有的组内电池不可调，有的仅支持电池偶数可调。

1.3电池组数的确定

电池组数的确定主要由如下公式（2）确定，其中所计算得到的电池组数n如果为小数则向上取整数。

(2)

2电池截止电压的确定

根据《固定型阀控式铅酸蓄电池第1部分技术条件》GB/T19638.1规定[2]，在合理的使用条件下电池不会出现问题，下图是规范的要求，如果超过规范值就可能会出现深度放电，影响蓄电池寿命，会损坏电池。

在容量性能试验中，蓄电池经完全充电后，静置1h-24h，当蓄电池的表面温度为25oC5oC时，容量放电试验。试验得到的结果为：（1）10h率容量用I10A的电流放电到单体蓄电池平均电压为1.80V时终止；

（2）3h率容量用I3A的电流放电到单体蓄电池平均电压为1.70V时终止；

（3）1h率容量用I1A的电流放电到单体蓄电池平均电压为1.60V时终止。

又如：《数据中心高压直流供电系统计技规范》给出了放电时间和截止电压的数据，如表1所示

一般数据中心截止电压的设定：1小时内，电池截止电压可按1.70V选择；1小时--2小时之间，电池截止电压可按1.75V选择；2小时及以上截至电压可按1.8V选择。

值得注意的是，数据中心运行还具有以下特点：建设初期UPS负载较轻，会发生长时间小电流持续放电。因此，在建设初期负载较低的情况下，应适当调高截止电压，后期负荷达到设计值后适当调低截止电压，从而达到延长蓄电池寿命的目的。

3蓄电池直流保护开关的选择

以某款负载功率因数为0.9，直流电压552V的500KVA UPS为例选择电池保护开关。某12V 140AH蓄电池技术参数如表2所示。直流保护开关选型需满足以下计算要求：

（a）额定工作电压V：46*12V=552V；

（b）最大充电电压V：46*2.25 V *6V=621V；

（c）最小截止电压V：46*1.7*6V=469.2V（满载后备15min）；

（d）最大放电电流A：500KVA*0.9/（1.7*6*46）=959.08A

（e

蓄电池结构耐受短期不正常的大电流放电的能力为