IEEE Std 1115-2000
(Пересмотр
IEEE Std 1115-1992)
Рекомендуемая практика IEEE
по определению размеров
никель-кадмиевых
батарей
для
стационарного
применения
Спонсор
Координационный комитет по стандартам IEEE 29
на
Стационарные аккумуляторы
Одобрено 30 марта 2000 г.
Совет по стандартам IEEE-SA
Аннотация: В данной рекомендуемой практике рассматриваются размеры
никель-кадмиевых батарей, используемых в режиме полного плавания для
стационарного применения.
Ключевые слова: никель-кадмиевые батареи, стационарные приложения
Институт инженеров по электротехнике и электронике,
Инк. 3 Парк-авеню, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 100165997, США
Copyright0 2000 Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc.
Все права защищены. Опубликовано 11 сентября 2000 года. Отпечатано в Соединенных Штатах Америки.
Печа
ть:
PDF:
ISBN 0-7381-1950-4
SH94818
ISBN 0-7381-1951-2
SS94818
Никакая часть этой публикации не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме, в системе электронного
поиска или иным способом без предварительного письменного разрешения издателя.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:43 2004
Документы по стандартам IEEE разрабатываются в рамках комитетов IEEE Socictics и Standards
Coordinating Com- mittees Совета по стандартам Ассоциации стандартов IEEE (IEEE-SA). Члены
комитетов работают добровольно и безвозмездно. Они не обязательно являются членами Института.
Стандарты, разработанные в IEEE, представляют с о б о й консенсус широкой экспертизы по данному
вопросу в Институте, а т а к ж е в тех организациях за пределами IEEE, которые выразили
заинтересованность в участии в разработке стандарта.
Использование стандарта IEEE является полностью добровольным. Существование стандарта IEEE
не означает, что не существует других способов производства, тестирования, измерения,
приобретения, продажи или предоставления других товаров и услуг, относящихся к области
применения стандарта IEEE. Кроме того, точка зрения, выраженная в момент утверждения и выпуска
стандарта, может б ы т ь изменена в результате развития уровня техники и комментариев,
полученных от пользователей стандарта. Каждый стандарт IEEE подлежит пересмотру или
подтверждению не реже одного раза в пять лет. Если документу более пяти лет и он не был
подтвержден, можно сделать вывод, что его содержание, хотя и представляет определенную
ценность, не полностью отражает современное состояние дел. Пользователям р е к о м е н д у е т с я
проверять н а л и ч и е последнего издания любого стандарта IEEE.
Комментарии по пересмотру стандартов IEEE принимаются от любой заинтересованной стороны,
независимо от членства в IEEE. Предложения по внесению изменений в документы должны быть
п р е д с т а в л е н ы в виде предлагаемого изменения текста вместе с соответствующими
вспомогательными комментариями.
Интерпретации: Время от времени могут возникать вопросы относительно значения частей
стандартов, относящихся к конкретным приложениям. Когда необходимость в интерпретации
доводится до сведения IEEE, институт инициирует действия по подготовке соответствующих
ответов. Поскольку стандарты IEEE представляют собой консенсус всех заинтересованных сторон,
важно убедиться, что любая интерпретация также получила согласие всех заинтересованных сторон.
По этой причине IEEE и члены его обществ и координационных комитетов по стандартам не могут
дать мгновенный ответ на запрос о толковании, за исключением тех случаев, когда вопрос уже был
официально рассмотрен.
Комментарии по стандартам и запросы на интерпретации следует направлять по адресу:
Секретарь, Совет по стандартам
IEEE-SA 445 Hoes Lane
P.O. Box 1331
Пискатауэй, Нью-Джерси
08855-1331 США
Примечание: Обращаем внимание на возможность того, что реализация
настоящего стандарта может потребовать использования объектов, на которые
распространяются патентные права. При публикации настоящего стандарта не
принимается никакой позиции в отношении существования или
действительности каких-либо патентных прав в связи с ним. IEEE не несет
ответственности за выявление патентов, лицензия на которые может
потребоваться в рамках стандарта IEEE, или за проведение расследований
юридической силы или сферы действия тех патентов, которые были доведены
до его сведения.
IEEE является единственной организацией, которая может разрешить использование
сертификационных знаков, торговых марок или других обозначений, указывающих на соответствие
материалам, изложенным в настоящем документе.
Разрешение на фотокопирование частей любого отдельного стандарта для внутреннего или личного
использования предоставляется Институтом инженеров по электротехнике и электронике, Inc. при
условии уплаты соответствующего сбора в Copyright Clearance Center. Для оплаты лицензионного
сбора обращайтесь в Copyright Clearance Center, Cus- tomer Service, 222 Rosewood Drive, Danvers, MA
01923 USA; (978) 750-8400. Разрешение на фотокопирование фрагментов любого отдельного
стандарта для использования в учебных целях можно также получить в Центре по защите авторских
прав.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:51 2004
Введение
(Это введение не является частью IEEE 11 I ñ-2000, рекомендуемой практики IEEE по определению размеров
никель-кадмиевых батарей для стационарных применений.4
Аккумуляторная батарея имеет первостепенное значение для обеспечения удовлетворительной
работы генерирующих станций, подстанций и других стационарных установок. Данная
рекомендуемая практика основана на общепринятых методах, используемых для определения
нагрузки и обеспечения достаточной емкости батареи. Описанный метод применим ко всем
установкам и размерам батарей.
Рассматриваемые здесь установки рассчитаны на работу с зарядным устройством, служащим для
поддержания батареи в заряженном состоянии, а также для питания обычной нагрузки постоянного
тока. Альтернативные энергетические системы (например, ветряные мельницы и фотоэлектрические
системы) могут обеспечивать только частичную или периодическую зарядку и не входят в сферу
применения данного документа. Подробности см. в стандарте IEEE Std 1144-1996 [B6]'.
Эта рекомендуемая практика была подготовлена рабочей группой по определению размеров никелькадмиевых батарей Координационного комитета 29 стандартов IEEE (SCC29). Его можно
использовать отдельно, но в сочетании с IEEE Std 1106-1995 он предоставит пользователю общее
руководство по проектированию, вводу в эксплуатацию и обслуживанию установки никелькадмиевых батарей. На момент утверждения настоящего стандарта в состав рабочей группы по
определению размеров никель-кадмиевых батарей входили следующие члены:
Ричард Т. Болгео
Джей Л.
Чемберлин
Джеймс А. Айкдауолл,
председатель
Энтони Грин
Хосе
Марреро
Лейф Олссон
В состав комиссии по голосованию входили следующие
лица:
Кертис Эштон
Терри Бостиан
Дэй Л. Чемберлин
Джон К. Койл
Херритти
Томас Г. Крода
Питер Дж. ДеМар
Гарольд Э. Эпштейн
Тимоти Ферлонг
Ричард А. Греко
Пол Э. Хеллен
Роберт М.
Дэниел С. Левин
Джоэл А. Лонг
Лесли Варга
Грэм Уокер
Банси Патель
Роберт С.
Робинсон Саба Н.
Саба Мартин М.
Стэнтон Фрэнк
Л. Тарантино
Курт В. Улир
Лесли Варга
А.
МаррероДжейм
с А. Макдауэл
Когда Совет по стандартам IEEE-SA утвердил этот стандарт 30 марта 2000 г., он имел следующий
состав:
Дональд Н. Хейрман,
председатель Джеймс "р.
Карло",
заместитель
председателя
Джудит
Горман, секретарь
Сатиш К.
Аггарвал Марк Д.
Боуман Гэри Р.
Энгманн Гарольд
Э. Эпштейн
H. Лэндис Флойд
День Форстера*
Говард М.
Фрейзер Рубен Д.
Гарсон
*Почетный член
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
Джеймс Х. Гурни
Ричард Дж.
Холлеман Лоуэлл
Г. Джонсон Роберт
Дж. Кеннели
Джозеф Л.
Кёпфингер* Питер
Х. Липс
L. Брюс
Маккланг Далип
К. Мохла
Джеймс В. Мур
Роберт Ф.
Мунцнер Рональд
К. Петерсен
Джеральд Х.
Петерсон Джон Б.
Поузи Гэри С.
Робинсон Акио
Тодзио
Дональд В. Зипс
Номера в скобках соответствуют номерам библиографии в Приложении D.
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
iii
Также включены следующие представители Совета по стандартам IEEE-SA без права голоса:
Алан Куксон, представитель NIST
Дональд Р. Фольцка, TAB Ref're'entative
Эндрю Д. Ицкович
Редактор проектов по стандартам IEEE
IV
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
Авторское право @ 2000 IEEE. Все права защищены.
Содержание
1.
Конспект..................................................................................................................................................1
1.1 Область применения.......................................................................................................................1
1.2 Назначение......................................................................................................................................1
2.
Ссылки.....................................................................................................................................................1
3.
Определения............................................................................................................................................2
4.
Определение нагрузок............................................................................................................................2
4.1 Общие соображения. ......................................................................................................................2
4.2 Классификации нагрузок. ..............................................................................................................2
4.3 Диаграмма рабочего цикла. ...........................................................................................................3
5.
Отбор клеток...........................................................................................................................................5
5.1 Клеточные конструкции. ...............................................................................................................5
5.2 Факторы выбора .............................................................................................................................5
6.
Определение размера батареи ...............................................................................................................5
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
Количество ячеек. ..........................................................................................................................6
Дополнительные соображения ......................................................................................................7
Эффекты зарядки постоянным потенциалом. .............................................................................7
Размер ячейки. ................................................................................................................................8
Рабочий лист для определения размера ячеек. ..........................................................................10
Приложение A (информативное) Рабочий цикл ...........................................................................................12
Приложение B (информативное) Преобразование нагрузок постоянной мощности в нагрузки постоянного тока.
............................................................................................................................................................................17
Приложение C (информативное) Расчет коэффициентов номинальной мощности ..................................19
Приложение D (информативное) Библиография...........................................................................................20
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
V
Copyright Ô 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
vi
Рекомендуемая практика IEEE
по определению размеров
никель-кадмиевых
батарей
для
стационарного
применения
1. Обзор
В данной рекомендуемой практике описаны методы определения нагрузки постоянного тока и
определения размера никель-кадмиевой батареи для питания этой нагрузки. Некоторые факторы,
связанные с выбором элементов, приведены для рассмотрения.
1.1 Область применения
Данная рекомендуемая практика охватывает определение размеров никель-кадмиевых батарей,
используемых в режиме полного плавания для стационарных применений. Установка, техническое
обслуживание, квалификация, процедуры испытаний и рассмотрение других типов батарей, кроме
никель-кадмиевых, в ы х о д я т за рамки данной рекомендуемой практики.
Проектирование системы постоянного тока и определение размеров зарядного устройства (устройств)
также выходят за рамки данной рекомендуемой практики.
1.2 Назначение
Цель данной рекомендуемой практики - предоставить проверенную и стандартизированную методику
определения размеров никель-кадмиевых батарей. Этот метод определения размеров у ч и т ы в а е т
факторы нормальной эксплуатации и является основой для надежной работы батареи.
2. Ссылки
Настоящий стандарт должен использоваться совместно со следующими публикациями:
IEEE Std 1106-1995, IEEE Recommended Practice for Installation, Maintenance, Testing, and Replacement
of Vented Nickel-Cadmium Batteries for Stationary Applications'.
IEEE Std 1184-1994, IEEE Guide for the Selection and Sizing of Batteries for Uninterruptible Power
Systems.
Публикации IEEE можно приобрести в Институте инженеров по электротехнике и электронике. 445 Hoes Lane, P.O. Box
1331, Piscataway, NJ 08855-1331, USA (http://standards.ieee.org/).
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
1
IEEE
Std 1115-2000
РАЗМЕРОВ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
3. Определения
Следующие определения относятся именно к данной рекомендуемой практике. Термины, не
определенные в данном пункте, см. в документах, перечисленных в п. 2.2
3.1 доступная емкость: Емкость для данного времени разряда и напряжения окончания разряда,
которую м о ж н о извлечь из элемента в конкретных условиях эксплуатации.
3d рабочий цикл батареи: Нагрузка, которую должна обеспечивать батарея в течение определенного времени.
3Д полный 8оат (постоянный потенциал): Работа системы постоянного тока с батареей, зарядным
устройством и нагрузкой, соединенными в одно целое, при этом зарядное устройство п и т а е т
обычную нагрузку постоянного тока плюс любой ток саморазряда или заряда, необходимый батарее.
(Батарея выдает ток только тогда, когда нагрузка превышает мощность зарядного устройства).
3.4 период (period): Интервал времени в рабочем цикле батареи, в течение которого нагрузка
предполагается постоянной для целей расчетов размера ячеек.
3J Номинальная емкость (никель-кадмиевого элемента): Емкость, установленная производителем
никель-кадмиевого элемента для конкретного разряда постоянным током, с заданным временем
разряда, при заданной температуре электролита, до заданного напряжения конца разряда. Условия,
используемые для определения номинальной емкости, основаны на заряде постоянным током в
соответствии с IEC 60623 (1990-03) [B2]".
4. Определение нагрузки
4.1 Общие соображения
Рабочий цикл, налагаемый на батарею любым из описанных здесь условий, зависит от конструкции
системы постоянного тока и требований установки. Батарея должна обеспечивать требуемое питание
постоянного тока при следующих условиях:
a)
b)
c)
Нагрузка на систему постоянного тока превышает максимальную мощность зарядного устройства.
Выход зарядного устройства интериоризирован.
Потеря переменного тока [может привести к увеличению потребности в постоянном токе по сравнению с
пунктом b) выше].
Для определения размера батареи для установки следует использовать наиболее тяжелые из этих
условий с точки зрения нагрузки на батарею и продолжительности работы.
4.2 Классификация нагрузки
Отдельные нагрузки постоянного тока, питаемые от батареи в течение рабочего цикла, могут быть
классифицированы как непрерывные или не непрерывные.
4.2.1 Непрерывные нагрузки
Непрерывные нагрузки находятся под напряжением в течение всего рабочего цикла. К таким
нагрузкам относятся те, которые обычно несет зарядное устройство, и те, которые запускаются в
начале рабочего цикла. Типичными непрерывными нагрузками являются
*Информацию о ссылках можно найти в пункте 2.
3 Номера в скобках соответствуют номерам библиографии в Приложении D.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
IEEE
Std 1115-2000
a) Освещение
b) Непрерывно работающие двигатели
c) Преобразователи (например, инверторы)
d) Индикаторные лампы
e) Катушки с постоянным напряжением
I)
Нагрузка на оповещатели
g) Системы связи
4.2.2 Непрерывные нагрузки
Непрерывные нагрузки находятся под напряжением только в течение части рабочего цикла. Такие
нагрузки могут включаться в любое время в т е ч е н и е рабочего цикла и оставаться включенными в
течение заданного времени, отключаться автоматически или по команде оператора, или продолжаться
до конца рабочего цикла. Если в течение одного и того же короткого периода времени
одновременно возникает несколько нагрузок и н е в о з м о ж н о установить их дискретную
последовательность, с л е д у е т принять нагрузку з а сумму всех нагрузок, возникающих в течение
этого периода. Если дискретная последовательность может быть установлена, нагрузку за период
следует принимать за максимальную нагрузку в любой момент времени. Если нагрузка длится менее
одной секунды, обычно считается, что она длится полную секунду. Типичными непостоянными
нагрузками являются
a) Двигатели аварийных насосов
b) Двигатели системы вентиляции
c) Системы противопожарной защиты
d) Эксплуатация распределительных устройств
e)
Работа клапанов с
приводом INИспользование
изолирующих выключателей
g) Полевая вспышка генераторов
h) Пусковые токи двигателя
i)
Пусковые токи
4.2.3 Другие соображения
Списки типовых нагрузок, приведенные в разделах 4.2.1 и 4.2.2, не являются полным каталогом
нагрузок постоянного тока в конкретной установке. Нагрузки, прикладываемые к батарее, обычно
характеризуются как постоянная мощность, постоянное сопротивление или постоянный ток. Однако
для определения размеров нагрузки рассматриваются как постоянная мощность или постоянный ток.
Проектировщик должен тщательно изучить каждую систему, чтобы убедиться, что в ней учтены все
возможные нагрузки и их вариации (см. Приложение B).
4.3 Дежурный цикл диаграмма
Диаграмма рабочего цикла, показывающая общую нагрузку в любой момент времени в течение
цикла, является вспомогательным средством для анализа рабочего цикла. Для подготовки такой
диаграммы все нагрузки, выраженные в виде мощности или тока, ожидаемые в течение цикла,
заносятся в таблицу вместе с предполагаемым временем их включения и выключения. Общая
продолжительность рабочего цикла определяется требованиями установки.
4.3.1 Известные нагрузки
Нагрузки, время возникновения и отключения которых известно, наносятся на диаграмму рабочего
цикла в соответствии с их возникновением. Если время возникновения известно, а время отключения
неопределенно, сле д уе т предположить, что нагрузка будет работать в течение оставшейся части
рабочего цикла.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:52 2004
3
IEEE
Std 1115-2000
РАЗМЕРОВ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
4.3.2 Случайные нагрузки
Непрерывные нагрузки, возникающие при работе ranclom, должны быть показаны в наиболее
критическое время рабочего цикла, чтобы смоделировать наихудшую нагрузку на батарею. Чтобы
определить наиболее критическое время, необходимо о п р е д е л и т ь размеры батареи без случайной
нагрузки (случайных нагрузок) и определить участок цикла работы, который контролирует размер
батареи. Затем необходимо наложить случайную нагрузку (случайные нагрузки) на конец этого
контролирующего участка, как показано на рис. 1 (см. также 6.4.4).
320 -'
280 240 -
АМПЕРЫ
200180 120 8040-
.08
30
60
90
120
150179
МИНУТЫ
.4 180
1
мин
Рисунок 1- Диаграмма рабочего цикла
4.3.3 Пример рабочего цикла
Рисунок 1 представляет собой диаграмму рабочего цикла, состоящего из следующих гипотетических
нагрузок, выраженных в амперах. Если рабочий цикл включает в себя нагрузки как постоянной
мощности, так и постоянного тока, обычно удобнее преобразовать нагрузки мощности в нагрузки
тока (см. Приложение B).
Ls
L6
40 A слишком 3 ч - непрерывная нагрузка
280 A в течение 5 с - пусковой ток нагрузки Lt
60 Фронт 5 с по 20-ю минуту
100 A с 30-й минуты по 1 20-ю минуту
80 A с 30-й по 60-ю минуту
нагрузка в конце рабочего цикла, с известной
последовательностью: 40 A в течение первых 5 с
80 A в течение
следующих 10 с 30 A
в течение следующих
20 с
Для простоты можно считать, что консервативная нагрузка 1y составляет 80 А в течение 35 с.
100 А в течение 1 мин - случайная нагрузка. Она состоит из четырех нагрузок по 25 А в
течение 1 мин, которые могут возникнуть в любое время в течение рабочего цикла. Поэтому
предполагается, что все они происходят одновременно.
Этот пример подробно рассмотрен в приложении А. Там видно, что первые 120 минут являются
контрольным отрезком рабочего цикла. Поэтому случайная нагрузка располагается на рабочем цикле
таким образом, что случайная нагрузка заканчивается в конце l20-й минуты. Это обозначено
пунктиром.
4
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
IEEE
Std 1115-2000
5. Выбор клеток
В этом разделе приведены некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе типа элемента
для конкретного применения. Различные конструкции элементов имеют разные характеристики
заряда, разряда и старения. Обсуждение характеристик ячеек см. в IEEE Std 1184-1994 или в
литературе производителя.
5.1 Клетка
Все никель-кадмиевые элементы, используемые в приложениях, охватываемых данной
рекомендуемой практикой, классифицируются по разной толщине пластин. Как правило, элементы с
тонкими пластинами используются для нагрузок, требующих высоких токов разряда малой
продолжительности. Элементы с толстыми пластинами используются для нагрузок большой
продолжительности. Элементы со средней толщиной пластин используются для нагрузок, требующих
комбинированной производительности. Для любой из этих нагрузок может быть использована
пластина любой толщины, но, как правило, экономические показатели позволяют выбрать нужную
толщину пластины.
Элементы, предназначенные для работы в режиме полного поплавка, либо выпускаются, либо
оснащаются клапанами низкого давления. Герметичные элементы типа тех, что используются в
портативных приборах, не подходят для работы с зарядными устройствами с постоянным
потенциалом (см. 6.3).
5.2 Выбор Факторы
При выборе типа клеток следует учитывать следующие факторы:
a)
Физические характеристики, такие как размер и вес ячеек, материал контейнера,
межъячеечные разъемы и клеммы
b) Планируемый срок службы установки и ожидаемый срок службы ячейки
) Частота и глубина разрядов
d) Температура окружающей среды
e)
Характеристики
зарядки fJТребования к
техническому обслуживанию
g) Требования к вентиляции
h) Удары и вибрация
Для правильного выбора и определения размера батареи для конкретного применения следует
обращаться к производителям батарей для получения подробной информации об их конструкции и
рабочих характеристиках.
6. Определение размера батареи
Несколько основных факторов определяют размер (количество элементов и номинальную емкость)
батареи. К ним относятся максимальное напряжение системы, минимальное напряжение системы,
рабочий цикл, поправочные коэффициенты и расчетный запас. Поскольку батарея обычно состоит из
нескольких одинаковых элементов, соединенных последовательно, то
напряжение батареи - это напряжение одного элемента, умноженное на количество последовательно
соединенных элементов. Емкость батареи в ре-часах равна емкости в ампер-часах одного элемента.
Если элементов достаточно большой емкости нет в наличии, то для получения необходимой емкости
можно соединить параллельно две или более струны из одинакового количества последовательно
соединенных элементов. Ампер-часовая емкость такой батареи равна сумме ампер-часовых емкостей
элементов. О каких-либо ограничениях на параллельное соединение следует проконсультироваться с
производителем.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
Авторское право 0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
5
IEEE
Std 1115-2000
РАЗМЕРОВ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
Условия эксплуатации могут изменить доступную мощность батареек. Например:
a)
b)
c)
d)
При снижении температуры доступная мощность уменьшается.
Доступная емкость уменьшается по мере увеличения скорости разряда.
Минимальное заданное напряжение элемента в любой момент времени в о в р е м я цикла
разряда батареи ограничивает доступную емкость.
Метод зарядки может повлиять на доступную емкость.
6.1 Количество клеток
Максимально и минимально допустимое напряжение системы определяет количество элементов в
батарее. Обычно используется 9-10, 18-20, 36-40, 92-100 или 184-200 элементов при напряжении
системы 12, 24, 48, 125 или 250 В соответственно. В некоторых случаях может быть желательно
отойти от этой практики для более точного соответствия батареи ограничениям напряжения системы.
Следует отметить, что использование как можно более широкого диапазона напряжений в пределах
индивидуальных требований нагрузки приведет к созданию наиболее экономичной батареи. Кроме
того, использование наибольшего количества элементов позволяет получить наименьшее
минимальное напряжение элемента и, следовательно, наименьший размер элемента для рабочего
цикла. В подразделе A.1 показано применение следующих методов.
6.1.1 Расчет количества ячеек и минимального напряжения ячеек
Если напряжение батареи не должно превышать заданное максимальное напряжение системы,
количество элементов будет ограничено рекомендуемым производителем напряжением элементов,
необходимым для удовлетворительной зарядки. То есть,
Максимально допустимое напряжение системы
Напряжение ячеек, необходимое для
Количество ячеек
удовлетворительной зарядки
=
Минимальное напряжение батареи равно минимальному напряжению системы плюс любое падение
напряжения между клеммами батареи и нагрузкой. Минимальное напряжение батареи затем
используется для расчета допустимого минимального напряжения элементов
Минимальное
напряжение
батареи_
Количество
элементов
Минимальное напряжение ячейки
6.1.2 Время зарядки как ограничивающий фактор
Время, необходимое для зарядки батареи, может влиять как н а количество элементов, так и н а их
размер. Время, необходимое для заряда, уменьшается с увеличением напряжения заряда на элемент,
при условии, что зарядное оборудование способно выдать большой ток, необходимый в начале цикла
заряда. Если максимальное напряжение заряда ограничено, н е о б х о д и м о выбрать количество ячеек,
которые можно зарядить за отведенное время. Это, в свою очередь, может потребовать использования
более крупных элементов, чем это было бы необходимо в противном случае. Предельные значения
зарядного тока и напряжения устанавливаются производителем батареи.
6.1.3 Округление
Если результаты расчетов, приведенные в п. 6.1.1, указывают на необходимость использования
дробных элементов, округлите результат до ближайшего целого числа элементов. Затем с л е д у е т
пересчитать минимальное напряжение ячейки и напряжение заряда и проверить их на адекватность
работы.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
6
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
IEEE
Std 1115-2000
6.2 Дополнительные соображения
Прежде чем приступить к расчету размера ячейки, необходимого для конкретной установки,
проектировщик должен учесть следующие факторы, влияющие на размер ячейки.
6.2.1 Температурный коэффициент понижения (7/)
На доступную емкость элемента влияет его рабочая температура. Стандартная температура для
определения емкости ячейки - 25 °C. Если самая низкая ожидаемая температура электролита ниже
стандартной, выберите элемент достаточно большого размера, чтобы требуемая емкость была
доступна при самой низкой ожидаемой температуре. Для получения информации о коэффициентах
снижения емкости для различных времен и температур разряда следует обратиться к производителю
батареи. Если самая низкая ожидаемая температура электролита выше 25 °C, как правило, заметного
увеличения доступной емкости не происходит.
6.2.2 Маржа конструкции
При проектировании разумно предусмотреть запас емкости на случай непредвиденных дополнений к
системе постоянного тока и менее оптимальных условий эксплуатации батареи из-за неправильного
обслуживания, недавнего разряда, более низкой температуры окружающей среды, чем
предполагалось, или сочетания этих факторов. Метод обеспечения этого расчетного запаса
заключается в добавлении процентного коэффициента к размеру элемента, рассчитанному в
результате расчетов. Если ожидается, ч т о различные нагрузки будут расти с разной скоростью,
возможно, будет более точным п р и м е н и т ь ожидаемый темп роста к каждой нагрузке за
определенное время и разработать рабочий цикл на основе полученных результатов.
Обратите внимание, что "маржа", требуемая в 6.3.1.5 и 6.3.3 IEEE Std 323-1983, должна применяться
во время "квалификации" и не связана с "проектной маржой".
Размер ячейки, рассчитанный для конкретного применения, редко точно соответствует имеющимся в
продаже ячейкам, поэтому обычной процедурой является выбор ячейки следующего большего
размера. Полученная дополнительная емкость может рассматриваться как часть проектного запаса.
6.2.3 Фактор старения
Емкость постепенно уменьшается в течение срока службы батареи, при этом резкой потери емкости в
нормальных условиях эксплуатации не происходит. Поскольку скорость потери емкости зависит от
таких факторов, как температура эксплуатации, удельный вес электролита, глубина и частота разряда,
коэффициент старения следует выбирать исходя из требуемого срока службы (см. IEEE Std 11061995). Таким образом, выбор коэффициента старения является, по сути, экономическим
соображением. При расчете размеров, показанном на рис. A.1, используется коэффициент старения
1,25, что означает, что батарея рассчитана на нагрузку до тех пор, пока ее емкость не снизится до 80 %
от номинальной. Для применения в условиях постоянных высоких температур и/или частых глубоких
разрядов желательно использовать коэффициент, например, 1,43, и заменить батарею, когда ее
емкость снизится до 709c от номинальной. Для применений, связанных с короткими
высокоскоростными разрядами, такими как запуск двигателя, скорость падения производительности
при коротких разрядах медленнее, и можно использовать более низкий коэффициент старения.
Например, для источников бесперебойного питания (ИБП) с временем разряда 15 минут и желаемым
сроком службы 15 лет целесообразно использовать коэффициент старения 1,11, так что батарея будет
заменена, когда ее характеристики упадут до 909c от опубликованного значения. За дополнительной
информацией о коэффициентах старения следует обращаться к производителю батареи.
6.3 Эффекты постоянного потенциала зарядки
Длительная плавающая зарядка никель-кадмиевой батареи приведет к снижению среднего
напряжения при разряде. В зависимости от скорости разряда и напряжения батареи может снизиться
доступная емкость.
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
7
IEEE
Std 1115-2000
РАЗМЕРОВ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
При проектировании следует убедиться, что коэффициенты номинальной мощности K (см. раздел
6.4.3), полученные от производителя, основаны на работе с постоянным потенциалом.
ВНИМАНИЕ
Герметично закрытые никель-кадмиевые батареи не должны использоваться в системах с постоянным
потенциалом заряда
(см. 5.1).
6.4 Размер ячейки
В этом разделе описывается и объясняется проверенный метод расчета емкости ячейки, необходимой
для удовлетворительной работы в заданном рабочем цикле. Приложение A д е м о н с т р и р у е т
использование этого метода для конкретного рабочего цикла в стационарном поплавковом
приложении. Д л я упрощения расчета используется дополнительный распечатанный рабочий лист
(рис. 3).
расчеты. Инструкции по правильному использованию рабочего листа приведены в разделе 6.5.
6.4.1 Начальный размер ячейки
Уравнение (1) (см. 6.4.2) требует использования коэффициента номинальной емкости K (см. 6.4.3),
который основан на характеристиках разрядки определенного диапазона типов элементов. Таким
образом, первоначальный расчет должен быть основан на пробном выборе диапазона элементов. В
зависимости от результатов этого первоначального расчета может быть желательно повторить расчет
для других диапазонов элементов, чтобы получи ть оптимальный тип и размер элемента для
конкретного применения. Используйте производительность, полученную в результате первого
расчета, как руководство для выбора дополнительных диапазонов.
6.4.2 Методология определения размеров
Ячейка, выбранная для определенного рабочего цикла, должна иметь достаточную емкость для
передачи комбинированной нагрузки в течение рабочего цикла. Чтобы определить необходимый
размер ячейки, необходимо рассчитать, исходя из анализа каждого участка рабочего цикла (см. рис.
2), максимальную емкость, требуемую в соответствии с комбинированными требованиями к нагрузке
(ток против времени) на различных участках. Первым анализируемым участком является первый
период рабочего цикла.
A2
A1
A3
AN
Az- 1A
Pz
P1
S1
P(N-1)
PN
Sz
ВРЕМЯ
Рисунок 2- Обобщенная диаграмма рабочего цикла
Используя коэффициент номинальной емкости (см. 6.4.3) для данного диапазона элементов и
применимый температурный коэффициент снижения Tt, рассчитывается размер элемента, который
обеспечит требуемый ток в течение первого периода. Для второй секции емкость рассчитывается
исходя из предположения, что ток AI, требуемый для первого периода, сохраняется и во втором
периоде; затем эта емкость корректируется с учетом изменения тока (A2 - A ) во время второго
периода. Таким же образом рассчитывается мощность для каждой последующей секции дежурного
режима
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
8
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.
IEEE
Std 1115-2000
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
цикл. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут учтены все участки рабочего цикла. Расчет
мощности FS, необходимой для каждой секции S, где S может быть любым целым числом от 1 до N,
может быть выражен математически следующим образом:
'i)
Рассчитанная максимальная емкость (max FS) определяет размер ячейки, который может быть
выражен следующим общим уравнением:
размер ячейки
S -- N
max
y
где
N
P
Ap
t
K
T
это анализируемый участок рабочего цикла. Секция S содержит первые S периодов рабочего цикла
цикла (например, раздел 55 содержит периоды с 1 по 5). Графическое представление понятия
"раздел" см. на рисунке 2.
количество периодов в рабочем цикле
анализируемый период
амперы, необходимые для периода P
время в минутах от начала периода P до конца раздела S
коэффициент номинальной емкости (см. 6.4.3) для данного типа элементов. при t-минутной
скорости разряда, при температуре 25 °C, до определенного напряжения конца разряда
коэффициент понижения температуры в t минут, основанный на температуре электролита в начале
рабочий цикл
мощность, необходимая для каждой секции S
Если ток за период P + 1 больше, чем ток за период P, то для секции S -- P + 1 потребуется большая
ячейка, чем для секции S -- P. Следовательно, расчеты для секции S -- P можно не выполнять.
6.4.3 Коэффициент мощности, K
Коэффициент номинальной емкости, K, - это отношение номинальной ампер-часовой емкости (при
стандартном времени, температуре 25 °C и стандартном напряжении окончания разряда) элемента к
амперам, которые может выдать этот элемент в течение t минут при температуре 25 °C и заданном
напряжении окончания разряда. Коэффициенты K можно получить у производителя батареи или
рассчитать по другим опубликованным данным (см. Приложение C). Уравнение (1) и уравнение (2)
можно объединить следующим образом:
S -- N
S -- N r -- s
размер ячейки
max y
A(p j )] K[T $
6.4.4 Расчеты случайных нагрузок
Если в рабочий цикл батареи включены случайные нагрузки оборудования, необходимо рассчитать
размер элемента, требуемый для рабочего цикла без случайной нагрузки, а затем добавить его к
размеру элемента, требуемому только для случайной нагрузки.
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
9
IEEE
Std 1115-2000
РАЗМЕРОВ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
6.5 Размер ячеек рабочего листа
Для упрощения ручного применения процедуры, описанной в п . 6.4, была разработана рабочая
таблица (рис. 3), которая может быть использована. Примеры его использования приведены в
Приложении А, в частности, на рисунке А.3. Инструкции по правильному использованию областей
рабочего листа приведены ниже:
a)
Заполните необходимую информацию в заголовке рабочего листа. Зафиксированные
температура и напряжение используются в расчетах. Используемое напряжение - это
минимальное напряжение батареи, деленное на количество элементов в батарее.
b)
Заполните амперы и минуты в колонках (2) и (4), как указано в примечаниях к заголовкам
разделов. Метод преобразования силовых нагрузок в токовые см. в приложении B.
c)
Рассчитайте и запишите изменения в амперах, указанные в столбце (3). Запишите, являются ли
эти изменения положительными или отрицательными.
d)
Рассчитайте и запишите количество времени в минутах от начала каждого периода до конца
раздела, как указано в колонке (5).
e)
Запишите в колонку (6) коэффициенты номинальной мощности K , а в колонку (7)
коэффициенты снижения температуры T , для каждого времени разряда, рассчитанного в
колонке (5).
Рассчитайте и запишите размер ячейки для каждого периода, как указано в столбце (8).
Обратите внимание на отдельные подколонки для положительных и отрицательных значений.
g)
Рассчитайте и запишите в колонку (8) промежуточные и итоговые суммы по каждому разделу, как
указано.
h)
Запишите максимальный размер секции [наибольший итог из столбца (8)] в пункте (9),
случайный размер секции в пункте (10) и некорректированный размер (US) в пунктах (11) и
(12).
i)
Введите расчетную маржу (мл.0) в пункт (13) и коэффициент старения (мл.0) в пункт (14).
Объедините пункты (12), (13) и (14), как указано, и запишите результат в пункте (15).
jКогда емкость элемента (1 5) не соответствует емкости серийно выпускаемого элемента,
требуется следующий элемент большего размера. Покажите результат в пункте (16).
k)На основании значения в пункте (16) и данных литературы
производителя определите
коммерческое обозначение требуемого элемента и запишите его в пункте (17).
10
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:53 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.
IEEE
Std 1115-2000
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
Дата:
Проект[:
Минимум
°F/°C Напряжение
ячейки:
Наименьшая
ожидаемая
температура
электролита:
(1)
Период
(3)
Загрузка
(amoeiesl
Раздел 1 - Только первый
период
*
Cell Mfg:
IA1=
Раздел ° - Первые два
периода
1
A1=
2
A2=
Раздел 3 - Первые три
перио
1
AI=
°
A2=
3
A3=
Раздел 4 - Первый
четвертый
период
1
A1=
A2-3
A3=
4
A4=
Изменения в
Загрузить
(amoeres)
Продолжите
льность
IA1-0=
IMI=
секция
(минуты)
I'=M1=
ds Только если A4
Al-0=
A2-Ah
A3-A2=
MI=
M2=
M3=
Сек 1
Всего
***
Sec
Итого
Всего
***
Sec
3
Итого
Всего
***
Sec
4
Итого
Всего
***
То1а1
***
Всего
***
Тутал
*" "
t=MI+M°+M3=
t=M°+M3=
t=M3=
Только для s больше, чем .A4, перейти к разделу 5
- ii A5
A1-0=
A2-Am
A3-A2=
A4-A3=
MI=
M2=
M3=
M4=
t=M1+...M4=
t=M°+M3+M4=
t=M3+M4=
t=M4=
перейти к разделу 6
3
4
MI=
M2=
M3=
M4=
t=M1+...M5=
t=M°+ MS=
t=M3+M4+M5=
t=M4+M5=
5
A1=
AS-A4=
MS=
t=MS=
Раздел 6 - Первые шесть Только - если больше, чем
периодов
A7
A6,
1
AI=
Al-I)=
Ml=
2
A2=
A2-Am
M2=
3
A3=
A3-A2=
M3=
4
A4=
A4-A3=
M4=
5
AT=
AT-A4=
MW=
Раздел 7 - Первые семь
периодов
(8)
Требуемая конструкция
(3) x (6) x (7)
= Номинальный амперчас
Поз. Значения 1 Новый,
Значения
больше, чем A3 Перейдите к разделу 4
A1-0=
A2-Al=
A3-A2=
A4-A3=
A6=
Коэффициент
мощности при
t Минимальная
скорость (K¿)
(7)
Температур
ный
коэффиц
иент
ослаблен
ия для
t
$Tpf
Раздел 2
A1=
A2-A3=
A4=
6
(6)
Размер:
s Только - еслибольше, чем A2 перейти к разделу 3
A3
Al-I)=
MI=
t=M1+M2=
A2-Al=
M2=
t=M2=
Раздел 5 - Первый пятый s Только - еслибольше, чем A5,
период
A6
1
Время заканчивать
или период
(минуты)
- если A2 - это r, чем A1,
здорово
перейдите к
Тип
клетки:
(5)
(4j
Стра
ница:
A6-AT-
M6=
Sec
Итого
Sec
Итого
Се
к
7
Итого
перейти к разделу 7
t=MI+ Mfi=
t=M2+...M6=
t=M3+...M6=
t=M4+MS+M6=
[=M5+M6=
t=M6=
ds Только если A8
больше, чем A7 Перейдите к разделу 8
1
A1=
A1-0=
MI=
t=M1+...M7=
*
3
4
A2=
A3=
A4=
A2-Ah
A3-A2=
A4-A3=
M2=
M3=
M4=
t=M*-r M7=
t=M3+...M7=
t=M4+...M7=
5
A1=
AS-A4=
MS=
t=MS-rM6-rM7=
6
7
A6=
A7=
A6-AS=
A7-A6=
M6=
M7=
t=M6+M7=
t=M7=
Случайная загрузка (при необходимости)
R
AR=
AR-0=
MR=
Максимальный размер 5 секций f9) + случайный размер секции (10)
= Некорректированный
размер fUS) Ill) US f12) _
x Расчетный запас (13) 1
x Коэффициент старения
f14) 1
= f15) _
Если размер ячейки f15) превышает стандартный размер ячейки, требуется следующая ячейка большего размера.
Требуемый размер ячейки f16)
_ ампер-часов. Поэтому ячейка f17)
Рисунок 3- Рабочий лист с размерами ячеек
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:54 2004
необходима.
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:54 2004
11
IEEE
Std 1115-2000
РАЗМЕРОВ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
Приложение A
(информативный)
Рабочий цикл
В следующем примере используется рабочий цикл, указанный на рисунке A.1, а самая низкая
ожидаемая температура электролита составляет 0 °C. В подразделе A.1 приведен пример расчета
количества элементов, которые должны использоваться в батарее. В подразделе A.2 показано, как
можно использовать рабочую таблицу определения размеров элементов для расчета необходимого
размера элементов.
A.1 Необходимое количество ячеек
Пример: Пределы напряжения системы постоянного тока составляют от 105 В до 140 В; для
конкретного типа элементов (см. подраздел A.2) производитель р е к о м е н д у е т напряжение
элемента 1,47 В для удовлетворительной зарядки. Батарея и зарядное устройство должны быть
постоянно напрямую подключены к системе постоянного тока.
Количество ячеек = 140 В / 1,47 В на ячейку = 95,2,
следовательно, 95 ячеек Напряжение окончания разряда = 105
В / 95 ячеек = 1,10 В на ячейку
A.2 Необходимая емкость ячейки
На основе диаграммы рабочего цикла батареи, рисунок A.1, можно построить таблицу A.1, которая
будет полезна для заполнения рабочей таблицы размеров элементов. В последнем столбце таблицы
A.1 указана емкость, снятая за каждый период. Общая снятая мощность в ампер-часах может быть
использована для определения начального размера ячейки (см. 6.4.1) для расчета. В таблице А.2
приведены гипотетические табличные данные по разряду для серии среднеэффективных элементов
KM, производимых компанией ABC. В таблице приведены значения тока для разряда, начатого при 25
°C и прекращенного, когда среднее напряжение на ячейке достигает 1,10 В. В этом примере общая
снятая емкость составляет 433 Ач, а следующий больший размер ячейки - KM438P. Поэтому
коэффициенты номинальной емкости (K ) для первоначального расчета получены на основе данных
для этого типа ячеек. Эти коэффициенты приведены в таблице A.3.
На рисунке A.2 показаны гипотетические температурные коэффициенты снижения {T') для ячеек KM
в широком диапазоне температур.
12
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:54 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.
IEEE
Std 1115-2000
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
280
240
200
180
120
80
40
.08
30
60
90
120
МИНУТЫ
150179 .4 180
5
РАЗДЕЛ 1
РАЗДЕЛ 2
РАЗДЕЛ 3
SEC-
РАЗДЕЛ 5
РАЗДЕЛ 6
Рисунок A.1- Диаграмма рабочего цикла батареи
Таблица A.1- Данные о размерах ячеек образца
Период
Продолжительно
сть (мин)
Удаление города (
)
Нагрузки
Всего ампер
L{ + Lz
320
0,08 (5 st
0.43
100
29.92
49.87
+ L4 + L
280
30
140.00
4
L +LQ-FL4
200
5
L
40
59.42
39.61
6
L + L6
120
0.58 (35 s4
1.16
3
L+
200.00
7
1.67
Всего
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:54 2004
432.74
13
IEEE
Std 1115-2000
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
РАЗМЕРОВ
Таблица А.2- Гипотетические токи разряда для линейки ячеек KM производства компании ABC
(Амперы разряда до 1,10 В/элемент после длительной плавающей зарядки)
Оценк
а Ah
1s
60 s
15 мин
30 мин
60 мин
90 мин
120 мин
180 мин
300 мин
480 мин
KMS69P
S69
878
627
554
266
207
1 66
1 38
107
72.0
45.4
KM392P
392
927
666
355
282
220
177
147
113
76.4
48.2
KM4I5P
415
984
705
375
299
233
187
155
120
80.9
51.0
KM458P
438
1041
743
396
315
246
198
164
127
85.4
53.9
KM461P
461
1090
786
417
332
258
208
173
89.9
56.7
KM505P
505
1197
857
457
364
283
228
189
146
98.5
62.1
KM555P
555
1317
942
502
4(kI
311
2Ub
161
l0b
6b.3
KM625P
625
1480
1062
565
450
350
282
234
181
122
76.9
KM690P
690
1635
1175
624
497
387
311
258
200
l33
84.9
KM740P
740
1756
1260
669
533
415
334
277
!44
91.0
KM830P
830
1968
1409
754
598
465
374
311
240
i 62
KM920P
920
2181
1565
833
663
516
415
345
266
179
113
KM965P
965
2287
1643
876
695
541
435
361
279
i 88
119
KM1040P
1040
2464
1770
941
750
583
469
390
301
KM1150P
1150
2726
1954
1041
831
645
519
431
333
224
141
KM1220P
1220
2896
2074
1106
882
684
550
457
353
238
150
KM1390P
1390
3299
2365
1257
1000
776
627
521
402
271
171
Тип
клеток
t26
Коэффициент K для времени t рассчитывается в следующей таблице путем интерполяции по формуле
Обратите внимание, что при интрополировании необходимо использовать только коэффициенты U.
Интрополирование текущих значений приведет к неправильным результатам.
14
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:54 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.
IEEE
Std 1115-2000
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
Таблица A.3- Расчет номинальных коэффициентов мощности (Kt) для ячейки KM438P Тип ячейки
Время
разряда t
время t
из данных
Время t'
из данных
(1)
Амперы
и время t
(A)
(2)
Амперы
за время
t (A)
Фактор K
1041
743
1041
743
0.083
0.017
0.583
0.017
30
30
315
59.92
30
315
60
60
246
90
90
l
120
150
120
0.421
0.590
0.432
0.421
0.590
0.518
246
1.390
1.390
1.780
1.780
1.779
1.780
2.212
164
2.671
2.212
T64
179.92
180
438 +(2)
438 +(1)
1.390
90
T20
Фактор xt2
для
времени r2
Соответств
ие
факторам
в течение
времени t
в течение
времени r1
2.670
2.671
2.671
180
T64
127
2.671
3.449
3.060
180
T64
127
2.671
3.449
3.448
180
?.449
127
3.449
1.10
90
80
% ОТ
НОМИНАЛА
PERFORMANCE
1.30 КОРРЕКЦИЯ
ФАКТОР \ T/)
70
2.M
50
-20
-10
0
10
-d0
20
30
10
20
ТЕМПЕРАТУРА
Рисунок A.2- Гипотетические кривые снижения
температуры для ячейки KM производства
компании ABC
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:54 2004
15
IEEE
Std 1115-2000
РАЗМЕРОВ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
Данные из таблицы А.3 и рисунка А.2 приведены на рисунке А.3. При таком расчете размер ячейки
составляет 905 Ач. Поскольку исходные коэффициенты K были получены для элемента с
номинальной емкостью 438 Ач, необходимо проверить, что они совместимы с коэффициентами K
для более крупного элемента. В этом случае анализ данных в таблице A.2 показывает, что
коэффициенты K для KM920P практически такие же, как и для KM438P, поэтому дальнейшая
работа не требуется. Если коэффициенты X отличаются, расчет следует повторить с новыми
значениями. Этот итерационный процесс с л е д у е т продолжать до тех пор, пока коэффициенты K для
рассчитанного типа ячеек не сравняются с коэффициентами, используемыми в рабочем листе
определения размеров.
I-'roject:
Дата: 2/2/V$
Цикл Exarayle UuEy
0 °C
Изменения в
Нагрузк
а
(амперы)
Буханка
(амперы4
Период
Напряжение ячейки:
I .10 В
Производитель ячеек: ABC Co.
Продолж
ительнос
ть или
период
(минуты j
]
я
CellType: M
Время до
конца
секции
Секция I -первый Толь это
Пихтапериод ко
A2
Al=
больше чем A I пере Раздел 2
йти
к
320] Al-0=
320 ] \ll=
Коэффици
ент
приращен
ия
температу
ры для
t pjq ( T )
Номинальная
емкость
Секция 2 -st Too Только
Пихтапериоды -
если A3 больше A2
0 432
Сек I
1
12s
Всего
Требуемый размер секции
(3) x (6) x (7)
= Номинальный Амперчас Pos Значения l Neq
Значения
130 0
Раздел 3
A -AI-
-
Секция 4 -st Только четыре
если AS больше Sian перейти к
Пихтапериода
A4,
разделу S
Al=
32t Al-lj=
32a Все=
o tip
2
A2=
10t A2-A1=
-82£ Nl2=
29 9
3
A3=
2fit A3-A2=
1fi£ Nl3=
3£
1.7SO
1.779
t.13
t.13
Sec
Сути Всего
Всего
6^50
2050
1 12
937*
2 67U
2.212
43U.1
*1z
450 I
657V
1.13
итог
Ac не 2 - kuтолько для фенодов это Aö - гиеаи ифиан идти ио Сек нон
A2,
Al=
Al-u=
Все=
2
A2=
A2-Al=
Nl2=
3
4
5
A3=
A4=
AS=
A3-A2=
A4-A3=
AS-A4=
M3=
\I4=
MS=
l=M2*...Mo=
TOTAI
Секция 6 -только шесть
Пихтапериодов A1=
если A7 больше A6,
32( A1-U=
перейти к разделу
7
52t Nl1=
U.Ut
V-
iu
-et v -
4
A#-
<UL A4-W-
6
A0-
- i-
3.449
64< .U
ô£
.o / i
U.3 G
uo*^
4L A3-A4-
1 . / 6O
Aô-W-
6
Секция 7 -семь периодов
Пихта
A1=
2
A2=
- если A8 больше A7
A1-0=
A2-Al=
Случайная
загрузка
only tit needed
3
M= Lquipment LoadAc-A2=
0 RA4-A3=
4
A4=
ö
H-
A3-AU-
122ô.1
uv
1 .12
ои.у
Всего
Нет восьмому
разделу
Все=
Nl2=
du=
R
M4=
1=M2*...\17=
R
0
6
U3-
h4aximum
Размер
+ Случайный размер секции
110) 72 6 = LIncorrected Размер fUS) (11) 658 2
Ö
A6- секции f9) 585 6 AÖ-MNIÖСША7(12) A7=2 x Расчетная маржа
(13) 1 10
x Коэффициент старения (14) 1 °5
=
A7-Aö=
Nl7=
(15) 905 0 _ Если размер ячейки (15) превышает стандартный размер ячейки, требуется следующая
ячейка большего размера.
Требуемый размер ячейки (16)Ампер-часов. Поэтому требуется ячейка (17) M920.
7
итог
" "-
Рисунок A.3 - Рабочая таблица "СампИ
16
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:55 2004
Авторское право Ö 2000 IEEE. AII права защищены.
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
IEEE
Std 1115-2000
Приложение B
(информативный)
Преобразование нагрузок постоянной мощности в нагрузки постоянного
тока
Нагрузки, прикладываемые к батарее, обычно имеют вид постоянной мощности, постоянного
сопротивления или постоянного тока. Проектировщик должен тщательно проанализировать каждую
систему, чтобы убедиться, что учтены все возможные нагрузки и их вариации.
Напряжение батареи уменьшается по мере ее разрядки. Величина снижения напряжения батареи
зависит от внутреннего сопротивления батареи и нагрузки на нее.
Инверторы и источники питания постоянного/постоянного тока обычно являются нагрузками
постоянной мощности. При нагрузке постоянной мощности ток разряда батареи увеличивается по
мере уменьшения ее напряжения. Падение напряжения может быть увеличено за счет сопротивления
кабеля, и в результате ток разряда будет выше. Желательно учитывать увеличение тока разряда при
снижении напряжения батареи. Это можно рассчитать следующим образом:
где
/p,
P
Eg
- средний ток разряда в амперах за период разряда.
нагрузка на разгрузку, в Вт
среднее напряжение разряда за период разряда
Поскольку среднее напряжение батареи зависит от ряда факторов, информация от производителя
батареи не всегда доступна. Консервативный метод преобразования ватт в амперы предполагает
постоянный ток в течение всего времени нагрузки, который равен току, в ы д а в а е м о м у батареей в
конце периода разряда (минимум вольт, максимум ампер). Таким образом,
мин
где
/pq,- ток разряда в конце периода разряда.
P
нагрузка на разгрузку, в Вт
,
t
минимально
допустимое напряжение батареи
£pi
Пример: Для системы номинальным напряжением 48 В с минимальным напряжением батареи 42 В и
падением напряжения от батареи до нагрузки 2 В, нагрузка постоянной мощности 5000 Вт будет
разряжать батарею током, не превышающим
5000 ВТ
= 125 A
40 V
Для нагрузок с постоянным сопротивлением ток уменьшается при снижении напряжения. Пуск
двигателей постоянного тока, аварийное освещение, реле, контакторы и сигнальные лампы обычно
имеют постоянное сопротивление. Нагрузка с постоянным сопротивлением может быть
консервативно оценена как нагрузка с постоянным током по следующей формуле:
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:55 2004
17
IEEE
Std 1115-2000
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПРАКТИКА IEEE ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
РАЗМЕРОВ
'ном
R
'ном
где
максимальный ток разряда ñ,t
номинальное напряжение
системы
fiq - сопротивление нагрузки(ов)
Wp - мощность разряда при номинальном напряжении системы
Iqq
Аналогично, как и для силовых нагрузок, ток нагрузки может быть рассчитан по среднему
напряжению батареи. Также можно учесть падение напряжения в системе на нагрузках.
Для нагрузок с постоянным током ток примерно постоянен при уменьшении напряжения. Работа
двигателей постоянного тока может быть приближена к постоянному току. В пределах нормального
диапазона напряжения батареи поток в двигателе достаточно постоянен. Моделирование двигателя
постоянного тока как постоянного тока является консервативным, если напряжение поддерживает
двигатель в насыщении.
18
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:55 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.
НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ
IEEE
Std 1115-2000
Приложение C
(информативный)
Расчет коэффициентов номинальной
мощности
При определенных обстоятельствах может потребоваться расчет коэффициентов номинальной
емкости (K) на основе других данных, опубликованных производителем. Например, коэффициенты K
могут быть недоступны для конкретного напряжения конца разряда и/или для конкретного времени
разряда.
Опубликованные данные по разряду никель-кадмиевых элементов чаще всего представлены в
табличной форме, в которой ток, доступный для каждого типа элементов, указан при заданном
времени разряда и напряжении окончания разряда. Для промежуточных значений времени и
напряжения необходимо интерполировать между известными значениями.
Метод зарядки, использованный в качестве основы для опубликованных данных, является важным
фактором. Для стационарного применения поплавков следует использовать данные, основанные на
длительной зарядке постоянным потенциалом. Если для получения данных о разряде использовалась
зарядка постоянным током, следует получить у производителя соответствующие поправочные
коэффициенты для поплавков. Эти поправочные коэффициенты, выражающие долю характеристик,
основанных на зарядке постоянным током, которая сохраняется после длительной работы на
поплавковой зарядке, публикуются для определенного времени разряда и конечного напряжения
разряда.
Чтобы рассчитать коэффициент K по данным разряда при длительной плавающей зарядке,
номинальная емкость элемента делится на ток разряда в течение определенного времени и
напряжение в конце разряда:
Номинальная емкость в амперчасах Ток разряда в амперах
Используя данные о разряде, полученные при зарядке постоянным током, формула приобретает вид
Номинальная емкость в ампер-часах
Ток разряда в амперах x Поправочный
коэффициент плавающего режима
Важно отметить, что коэффициенты K, рассчитанные этим методом, относятся к к о н к р е т н о м у
типу ячеек и могут быть применимы не ко всем типам ячеек в конкретном диапазоне. Если
рассчитанный тип ячейки из пункта (17) рабочего листа определения размеров ячеек (рис. 3) не
совпадает с типом ячейки, используемым для расчета коэффициентов K, может потребоваться расчет
новых коэффициентов K для более подходящего типа ячейки (см. 6.4.1).
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:55 2004
Copyright0 2000 IEEE. Все права защищены.
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:55 2004
19
IEEE
Std 1115-2000
Приложение D
(информативный)
Библиография
[B1] Хокси, Э.А., "Некоторые характеристики разряда свинцово-кислотных батарей", AIEE
Transactions (Applications and Industry), vol. 73, pp. 17-2, 1954.
[B2] IEC 60623 (1990-03), Вентилируемые никель-кадмиевые призматические перезаряжаемые одиночные
элементы.
[B3] IEEE Std 323-19b3 (Reall 1990), Стандарт IEEE для квалификации оборудования класса 1E для
атомных электростанций.
[B4] IEEE Std 627-1980 (Reaff 1996), Стандарт IEEE для проектной квалификации оборудования систем
безопасности
Используется на атомных электростанциях.
[B5] IEEE Std 946-1992, IEEE Recommended Practice for the Design of DC Auxiliary Power Systems for
Generating Stations.
[B6] IEEE Std 1144-1996, IEEE Recommended Practice for Sizing Nickel-Cadmium Batteries for Photovoltaic (PV) Systems.
[B7] The USA Standard Dictionary of k lectrical and Electronics Terms, $ixth Edition.
20
Copyright by the Institute Of Electrical & Electronics Engineers
Inc Sun Nov 21 15:53:55 2004
Copyright2000 IEEE. Все права защищены.