| 浅析巡逻车蓄电池容量的优化选择及连接方式 |
1 巡逻车蓄电池容量计算方法
由于每个生产厂,每一系列,每一批次的巡逻车蓄电池都存在质量的差异,内在质量很难鉴别,因此在选购巡逻车蓄电池时要参考长期的使用经验,应优选大厂名牌产品,相同容量(Ah)的巡逻车蓄电池,优选体积大,质量重,极板厚,电解液比重小的巡逻车蓄电池。设计中对巡逻车蓄电池容量的要求主要考虑系统在备用时间内的负荷及市电停电的维修时间;并兼顾多点同时发生停电的处理时间。
巡逻车蓄电池容量的选择要根据巡逻车蓄电池实际放电电流和所要求的备用时间来决定,选择巡逻车蓄电池的容量时,应先计算出要求放电的电流值,然后根据巡逻车蓄电池生产厂提供的放电特性曲线和用户要求的备用时间进行选择。
(1)巡逻车蓄电池最大放电电流计算
巡逻车蓄电池最大放电电流为
式中,Imax为巡逻车蓄电池最大放电电流(A);P为额定输出功率(W);cosφ为负载功率因数(用于1系统,考虑系统输出的cosφ,若为非逆变系统的应用,cosφ=1);η为效率;E临界为放电时单体巡逻车蓄电池的临界放电电压(12V巡逻车蓄电池的临界放电电压取10V);N为巡逻车蓄电池组的单体巡逻车蓄电池数。
(2)放电电流计算
由于在放电过程中,巡逻车蓄电池的放电电流是变化的,巡逻车蓄电池刚放电时的电流值明显小于Imax,根据巡逻车蓄电池的放电状态,一般取0.75作为校正因数,即巡逻车蓄电池实际所需的放电电流为
I=0.75Imax
(3)巡逻车蓄电池容量计算
计算出巡逻车蓄电池实际的放电电流值后,再根据所要求的备用时间,按照巡逻车蓄电池生产厂所提供的巡逻车蓄电池放电特性曲线,找出要求巡逻车蓄电池组提供的放电速率,按下式计算出要求配置的巡逻车蓄电池容量
实际需要配置巡逻车蓄电池容量为
式中,C为需要配置的巡逻车蓄电池组容量;K为安全系数,一般取1.25;I为负荷电流(2V系列巡逻车蓄电池考虑5年的发展,12V系列不考虑发展);T为放电小时数;n为放电容量系数(通信蓄用电池选n=0.9,电力n=0.95,1系统n=1);t温度调整系数(北京地区选0,中南部地区选5)
(4)设计实例
一台100kVA的1,其负载功率因数为0.8,逆变效率为91%,巡逻车蓄电池组由30节12V巡逻车蓄电池组成,要求备用时间为2h,巡逻车蓄电池选GFM系列密封铅酸巡逻车蓄电池,其放电特性曲线如图1所示。
计算巡逻车蓄电池的最大放电电流为
计算巡逻车蓄电池的实际放电电流值
I=0.75Imax=0.75×293A=219.8A
根据备用时间为2h,从厂商提供的巡逻车蓄电池放电特性曲线中查出,巡逻车蓄电池的放电速率为0.28C10,则巡逻车蓄电池的容量为:
要配置的巡逻车蓄电池的规格为:采用4组巡逻车蓄电池并联,每组由30节12V/200Ah巡逻车蓄电池串联。
巡逻车蓄电池在各类1中扮演了不可替代的重要角色,随着电化学技术的发展,密封阀控铅酸巡逻车蓄电池占有电源市场的绝大多数份额。在小型1中多采用12V/40Ah组合密封阀控巡逻车蓄电池,它的特点是维护简单,不用补充水,同时体积较小,使用安全方便。
但在大中型1中,有些用户仍然沿用6V或12V组合密封阀控巡逻车蓄电池,这是不可取的,因为大中型1在设计中虽然提高了巡逻车蓄电池工作电压,但巡逻车蓄电池的工作电流增加的更多,甚至超过100A。如此大的放电电流对6V或12V的组合巡逻车蓄电池来说是不可接受的,对在大中型1中应用的巡逻车蓄电池应选用2V系列的巡逻车蓄电池。
2 巡逻车蓄电池组的连接方式
对于采用多组小容量巡逻车蓄电池并联方案,从电路角度去分析使各组内的巡逻车蓄电池放电电流减小。如果有四组相同的巡逻车蓄电池做并联放电,那么每组巡逻车蓄电池只需承担1/4总电流就可以工作了。但在实际应用中情况往往会复杂得多,以一组384V/100Ah的巡逻车蓄电池为例,分析其放电过程。
在保证12V/100Ah巡逻车蓄电池具有三年使用寿命的前提下,必须将放电电流控制在25A以下。因此用四组100Ah巡逻车蓄电池并联成的,即32个12V/100Ah巡逻车蓄电池串联成一组,再用四个这样的巡逻车蓄电池组并联在一起工作,宏观看象是384V/400Ah的一个大巡逻车蓄电池组。
但在这个由32×4=128块单体巡逻车蓄电池构成的巡逻车蓄电池系统中,要保证其特性处处一致,对工厂生产来说绝非易事。在每一单体12V的巡逻车蓄电池中分为6个小格,每格是一个2V巡逻车蓄电池。在128块12V巡逻车蓄电池中,共有6×128=768个单格。由于是密封结构的缘故,一般是无法得知每格的内部情况,又因各小格电压会产生差异,最终缩短了巡逻车蓄电池寿命。
另外在四个并联巡逻车蓄电池组中,如发生个别巡逻车蓄电池断路,将减少总维持时间;如发生个别巡逻车蓄电池电压低落,则会使整个大巡逻车蓄电池组电压下降,影响正常使用。为避免这种现象的影响,在小电流混联电路中可以加装各支路熔断器,但大电流工作时熔断器的降压及负面效应将会影响正常工作。
综上所述,在大中型1中采用小容量巡逻车蓄电池组进行混联的做法是不适宜的,应使用2V单体系列巡逻车蓄电池。该系列巡逻车蓄电池设计寿命一般为15年,最低保质8年,容量可达3000Ah。结合上例选用2V系列的具体应用为:
选192块2V/400Ah巡逻车蓄电池,串联成一个384V/400Ah大巡逻车蓄电池组,由于每个单体巡逻车蓄电池看得见、摸得着,因此所有巡逻车蓄电池的状态便一目了然。即使个别巡逻车蓄电池出现差异也能单独处理,避免了组合巡逻车蓄电池中的种种弊端。
以上两种方案的构成成本计算如下:
12V/100Ah巡逻车蓄电池单体价格为850元,寿命三年;
2V/400Ah巡逻车蓄电池单体价格为1050元,寿命八年;
以前面的示例(384V/400Ah巡逻车蓄电池):
①采用组合巡逻车蓄电池初期投资:850×128=108800元。折算为年成本:108800/3=36267元。
②采用2V巡逻车蓄电池一次投资:1050×192=201600元。折算为年成本:201600/8=25200元
以上只是做了一个简单对比,如果从包括维护及故障影响等诸因素综合考虑,在大中型1上使用2V系列巡逻车蓄电池组会更可靠、更经济。
例如:某1的功率输出为50kVA,其直流电压范围330～480V;放电时间30min;单体终止电压1.67V;1效率90%;功率因数0.95。计算与选择步骤:
①将1的kVA数转换为kW数
②决定所需巡逻车蓄电池个数n(个)
③确定巡逻车蓄电池电压不超过直流电压范围
④决定每单元所承受的功率
由于巡逻车蓄电池使用寿命终止的条件为巡逻车蓄电池放电到额定容量的80%,因此应使用此时的容量作为初次选择的条件,则
⑤根据巡逻车蓄电池的技术资料选择适当的终止电压(1.67V)和放电时间(30min)。
从表1找出型号UX220-2可承受387W>369.19W功率的巡逻车蓄电池,设计寿命15年。
3 结束语
巡逻车蓄电池在各类1中扮演着不可替代的重要角色,巡逻车蓄电池组容量的选择及连接方式是1配套设计中重要的环节,依据巡逻车蓄电池实际所需的放电电流计算巡逻车蓄电池组容量,再根据所要求的备用时间按照巡逻车蓄电池生产厂所提供的巡逻车蓄电池放电特性曲线、放电速率,即可确定1配套的巡逻车蓄电池组容量及可靠、经济的连接方式。
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