基于IEEE标准的蓄电池容量计算

余颖鸿 刘侯志 郭孝东

1．中国石油工程建设有限公司西南分公司 四川成都 610041

2．中国石油西南油气田分公司川中油气矿 四川遂宁 629000

3．四川大学化学工程学院 四川成都 610000

在国内的工程项目中，蓄电池的容量计算多采用《工业与民用供配电设计手册》中的阶梯负荷法或GB 51194-2016《通信电源安装工程设计规范》中的计算公式，而国外项目中，蓄电池容量的计算基本上遵循IEEE标准。为了让工程设计人员在评判国外项目厂家提供的蓄电池容量计算是否满足要求，本文对蓄电池容量计算的相关的IEEE标准进行简要介绍，并提供了简单的计算实例。

1 蓄电池容量计算的相关IEEE标准

1.1 IEEE 485

IEEE 485侧重于铅酸蓄电池（Lead-Acid Battery）在全浮充操作（full float operation）下的容量计算，包括直流负荷的定义、影响蓄电池选择的参数以及安装、维护、测试的程序等。

1.2 IEEE 1115

IEEE 1115侧重于镍铬蓄电池（Nickel-Cadmium Battery）在全浮充操作下的容量计算，包括直流负荷的定义、影响蓄电池选择的参数以及安装、维护、测试的程序等。

1.3 IEEE 1184

IEEE 1184是UPS蓄电池的选择指南，主要内容涵盖排气式铅酸蓄电池（VLA）、阀控铅酸蓄电池（VRLA）及镍铬蓄电池的选择、安装、维护及测试程序，包括了基于UPS容量的蓄电池容量计算。

1.4 几种标准的差异

铅酸蓄电池和镍铬蓄电池容量计算的方法是一致的，计算公式及计算表格略有差异。考虑到石油天然气行业中VRLA蓄电池使用较为普遍，本文主要介绍基于IEEE 485的蓄电池容量计算方法，镍铬蓄电池的容量计算方法本文不做详细介绍。

IEEE 1184介绍的UPS的蓄电池容量计算主要是通过UPS容量（kVA）及输出功率因数和逆变器效率计算负荷，不涉及负荷分类及统计。

2 基本概念

2.1 负荷分类

由蓄电池供电的直流负荷可分为连续负荷、或非连续负荷，其中持续时间小于等于1分钟的非连续负荷称为短时负荷（Momentary Loads）。随机产生的非连续性负荷称为随机负荷（Random Loads）。

2.1.1 连续负荷

典型的连续负荷包括照明、连续运行的电机、变流器（如逆变器）、指示灯、连续通电的线圈、信号负荷、通信系统等。

2.1.2 非连续性负荷

典型的非连续性负荷包括应急机泵、关键通风系统的电机、消防系统、开关柜操作电源、电动阀操作电源、隔离开关操作电源、电机启动电流、励磁涌流等。

2.2 工作周期图（ Duty Cycle Diagram）

工作周期图用于显示蓄电池工作周期内任意时间段内的所有负荷。工作周期图也可以称为负荷图（Load Profile），该图应由工程设计人员根据负荷的实际情况进行负荷统计、绘制，并提供给蓄电池厂家进行蓄电池容量的计算。

2.3 温度校正系数（Temperature Correction Factor）

铅酸蓄电池的容量受温度影响较大，蓄电池的额定容量是基于标准温度25℃，如果电解液的温度低于该标准温度，则需要选择更大容量的蓄电池。

2.4 寿命系数（Aging Factor）

IEEE标准推荐的做法是当蓄电池容量降低到额定容量的80%时，应更换蓄电池。因此为了确保蓄电池在整个生命周期内能够满足设计负荷，蓄电池的额定容量应为125%（即寿命系数1.25）的设计容量。

2.5 设计裕量（Design margin）

由于维护不当、近期放电、环境温度低于预期温度等因素而导致蓄电池低于理想的运行条件时，应在设计容量的基础上额外考虑10%-15%的设计裕量。如果蓄电池运行条件良好，设计裕量系数可取1.0。

2.6 容量系数（Capacity rating factor） Ct

容量系数体现的是蓄电池在特定放电率、环境温度25℃、至蓄电池最低电压条件下的性能，有以下两种术语可用于表示容量系数：

Rt：蓄电池在特定放电率、环境温度25℃、至蓄电池最低电压条件下每个正极板的电流。

Kt：蓄电池的额定安时容量（在标准放电率、环境温度25℃、至标准最低电压）与蓄电池在特定放电率、环境温度25℃、至蓄电池最低电压条件下电流的比值。

Rt是基于蓄电池正极板的性能，其曲线不是每个厂家都能提供，如果缺乏此数据，可使用b）中的Kt。

Kt可以通过蓄电池性能参数查表计算。如蓄电池额定容量为160Ah，通过其性能参数表查得8h放电率时的电流为20A，则8h放电率时的Kt=160Ah/20A=8。

3 结束语

采用GB 51194标准计算蓄电池容量，不依赖于具体的蓄电池性能，并且没有涉及负荷的分类及统计，计算过程简单明了，所有影响蓄电池容量的因素统一采用1.25的可靠系数进行计算，该方法适用于蓄电池容量的估算。但是该方法的缺点是没有提供阶梯负荷的计算方法。手册中的阶梯负荷法计算，与IEEE标准中的计算方法类似，但是没有考虑温度系数，并且容量转换系数为典型值，与具体的蓄电池性能无关，也只适用于估算。IEEE标准推荐的计算方法，计算过程繁琐，对负荷的分类及统计给出了推荐做法，计算蓄电池容量时考虑的因素较多，包括温度系数、寿命系数、设计裕量等，并且关键参数容量系数依赖于具体的蓄电池性能，计算结果更为准确，该方法适用于详细设计阶段，尤其是海外项目，根据具体的蓄电池性能参数，对蓄电池的容量进行计算、选择。