通过解决的示例，了解如何计算不间断电源 (UPS)、太阳能光伏系统、电信和其他电力系统辅助服务等应用的电池容量。 

本文讨论了基于IEEE 指南的某些应用的电池尺寸，例如不间断电源 (UPS)、太阳能光伏系统、电信和电力系统中的其他辅助服务。无论实际应用如何，电池都是经过验证的储存电能的技术。除了存储目的之外，电池还广泛用于为较弱的电力系统（例如很长的传输线）提供电压支持。

为什么电池尺寸很重要？

为了确定电池能够在设计时间内为连接的负载供电，电池尺寸至关重要。电池尺寸不合适可能会造成许多严重问题，例如由于过度放电、负载电压低、备份时间不足而导致电池永久性损坏。

一旦我们获得以下信息，就可以开始确定电池尺寸：

1. 负载需要电池支持
2. 电池最低电压
3. 备份时间

IEEE 电池尺寸计算

所执行的计算基于“固定应用铅酸电池尺寸推荐实践”和“固定应用镍镉电池尺寸推荐实践”IEEE 标准。本文中的所有计算均基于传统铅酸或镍镉 (NiCd) 电池。这里提供的结果可能不支持其他类型的电池，因此需要获得制造商的指导。

 方法论分析分为以下五个步骤：

步骤 1：收集电池需要供电的总连接负载

第 2 步：制定负载曲线并进一步计算设计能量

步骤3：选择电池类型并确定电池特性

第四步：选择需要串联的电芯

步骤 5：根据设计负载，计算所需的安时 (Ah) 电池容量

步骤 1：收集总连接负载

第一步是确定电池需要供电的总连接负载。这尤其适用于 UPS 系统或太阳能光伏系统等电池应用。

第 2 步：制定负载曲线

通常，采用“自主方法”来建立电池的负载曲线。

备份（自主）时间通常由客户提供。相反，IEEE 标准“工业和商业应用的紧急和备用电源系统的推荐做法”为自治（备用或放电）时间提供了某些指导原则。

第 3 步：选择电池类型

下一步是选择电池类型（例如铅酸或镍镉）。选择电池类型时，应根据 IEEE 指南考虑以下因素。

• 环境温度阈值
• 充放电特性
• 维护和通风要求
• 细胞定向要点
• 冲击和振动因素
• 预期细胞寿命
• 物理属性，如尺寸、重量和电池端子

下一步是确定制造商数据表中通常提供的电池特性。应考虑的主要细胞特征是：

• 电池芯的安时容量
• 电芯温度
• 铅酸电池充满电时的电解质密度
• 电池浮充电压
• 电池的放电终止电压 (EODV)

电池的安时容量由电池制造商根据各种 EODV 提供。对于铅酸型电池，EODV 主要基于防止过度放电造成电池损坏的 EODV 值。一般来说，当放电时间超过1小时时，每个电池使用的EODV范围在1.750V和1.80Vi之间。对于短放电时间（<15 分钟），可以使用每个电池约 1.66V 的 EODV，而不会损坏电池。

第 4 步：选择需要串联连接的电池芯

特定电压额定值所需的电池数量如下：

尽管如此，可以更精确地确定所需的电池数量，以便更准确地匹配负载容差。预计以串联方式连接的电池单元数量必须落在下面给出的两个限制之间：

$${氮}_{\text{最大限度}}=\frac{V_{dC}（1+V_{\text{最大负载}}）}{V_{\text{收费}}}$$

$${氮}_{\text{最低限度}}=\frac{V_{dC}（1-V_{\text{负载，最小}}）}{V_{\text{埃欧德}}}$$

在哪里

${氮}_{\text{最大限度}}$, 所需的最大电池芯数

${氮}_{\text{最低限度}}$, 最少需要的电池芯数

$V_{dC}$, 电池电压（标称）

$V_{\text{负载，最小}}$, 最小负载电压容差（%）

$V_{\text{最大负载}}$, 最大负载电压容差 (%)

$V_{\text{埃欧德}}$, 代表放电结束电压 (V dc )

$V_{\text{收费}}$, 电池充电电压 (V dc )

在这两个限制内选择所需的单元格数量（尽管选择最小值和最大值中间的单元格数量是最合适的）。

步骤 5：计算所需的安培小时 (Ah) 电池容量

在确定的备用（自主）时间内适应总设计负载所需的电池容量可以使用以下公式计算：

$$C_{\text{最低限度}}=\frac{{乙}_{de}（k_{AF}\times k_{tCF}\times k_{Crt}）}{V_{dC}\times k_{米d哦d}\times k_{se}}$$ 

在哪里

${乙}_{de}$, 后备时间内的总设计能量 (VAh)

$k_{AF}$, 电池老化系数 (%)

$k_{tCF}$, 温度修正系数 (%)

$k_{Crt}$, 容量额定系数 (%)

$V_{dC}$, 电池电压（标称）

$k_{米d哦d}$, 最大放电深度 (%)

$k_{se}$, 系统效率 (%)

选择超过使用上述电池容量公式计算出的最小容量的电池容量（安培小时）。

对各个元素的解释：

老化因素：

它实际上捕获了由于老化因素导致的电池性能下降。

铅酸电池的性能比较稳定，但随着时间的推移而降低。

温度修正系数：

电池单元容量通常是在 25 o C的标准温度下提供的，如果它随安装温度的变化而变化，则需要实施修正系数。

容量额定系数

这个特殊因素导致电池放电期间电压降低。在铅酸电池中，电压骤降发生在电池放电的早期阶段，随后会恢复一定程度。

系统效率

它考虑了电池损耗（库伦效率）以及电力电子损耗（例如充电器和逆变器）。

电池尺寸计算示例

步骤 1 和 2：收集所有连接的负载并制定负载配置文件

在此特定示例中，我们将应用负载曲线计算示例中提供的相同负载和负载曲线。右图展示了这种情况下的负载曲线，并计算了以下参数：

总设计能源需求 = E de = 3,245 Vah

图 1：电池选型示例的负载曲线

第 3 步：选择电池类型

对于此特定示例，选择了通风铅酸电池。

第 4 步：选择需要串联连接的电池芯

我们假设以下值来计算所需的单元格数量：

$V_{dC}=120V$

$V_{\text{负载，最小}}=10$

$V_{\text{最大负载}}=20$

$V_{\text{埃欧德}}=1.80V/Ce我我$

$V_{\text{收费}}=2.25V/Ce我我$

需要串联的最大电池数量：

$${氮}_{\text{最大限度}}=\frac{V_{dC}（1+V_{\text{最大负载}}）}{V_{\text{收费}}}=\frac{120\times （1+0.2）}{2.25}=64\text{细胞}$$

需要串联的最小电池数量：

$${氮}_{\text{最低限度}}=\frac{V_{dC}（1-V_{\text{负载，最小}}）}{V_{\text{埃欧德}}}=\frac{120\times （1-0.1）}{1.80}=60\text{细胞}$$

本示例选择的单元数量为 62 个单元，介于最大和最小限制之间。

步骤 5：计算所需的安培小时 (Ah) 电池容量

 我们假设以下值来计算电池容量：

${乙}_{de}=3245VAH$

$k_{AF}=0.30$

$k_{tCF}=0.96$

$k_{Crt}=0.12$

$V_{dC}$, 电池电压（标称）

$k_{米d哦d}=0.75$

使用上述参数，我们可以计算出最小电池容量：

$$C_{\text{最低限度}}=\frac{{乙}_{de}（k_{AF}\times k_{tCF}\times k_{Crt}）}{V_{dC}\times k_{米d哦d}\times k_{se}}$$

$$C_{\text{最低限度}}=\frac{3245\times （1.30\times 0.96\times 1.12）}{120\times 0.75}=50.4\text{啊}$$

选择超过使用上述公式计算出的最小容量的电池容量（安培小时）。

电池尺寸计算的关键要点 

• 电池尺寸对于确保系统的最佳性能和可靠性至关重要。
• 确定电池尺寸时，应考虑功率需求、所需运行时间、效率和特定应用要求等因素。
• 电池尺寸通常以安培小时 (Ah) 或千瓦时 (kWh) 表示。
• 可再生能源系统需要仔细考虑日常能源消耗、可用资源、效率和系统损耗，以准确确定电池容量。
• 在电池选型过程中必须考虑温度变化和安全考虑。
• 通常建议在系统中使用相同类型、容量和寿命的电池以获得最佳性能。
• 咨询专业人士可以提供有价值的指导，并确保针对特定应用准确确定电池尺寸。