Przejdź do treści
CALC-05 · Zasilanie · Autonomia baterii · 5 MIN

Kalkulator czasu podtrzymania UPS

Bateria, która przy powolnym rozładowaniu wytrzymuje dwadzieścia godzin, nie wytrzyma jednej godziny przy dwudziestokrotnie większym prądzie. Ten kalkulator to uwzględnia.

Wpisz obciążenie, parametry baterii i to, jak głęboko chcesz ją rozładowywać. Kalkulator poda autonomię w minutach, energię użytkową, która za nią stoi, i pojemność, jakiej faktycznie wymagałby wybrany docelowy czas podtrzymania.

Korektę na szybkie rozładowanie pomija większość szybkich obliczeń. Pojemność baterii podaje się dla powolnego rozładowania, a UPS opróżnia baterię w minuty, nie w godziny, więc energia dostępna przy takim prądzie jest wyraźnie mniejsza, niż sugeruje arytmetyka z tabliczki znamionowej.

Przykład obliczeniowy – 100 kW na dwóch łańcuchach 480 V

Dwa łańcuchy po 100 Ah, rozładowanie do 80%, przy takim prądzie dostępne 70% pojemności katalogowej.

  • Obciążenie UPS – 100 kW. Moc czynna pobierana z wyjścia UPS, a nie moc znamionowa UPS.
  • Napięcie szyny DC – 480 V. Nominalne napięcie łańcucha baterii widziane przez falownik.
  • Pojemność łańcucha – 100 Ah. Pojemność katalogowa w amperogodzinach, zwykle podawana dla rozładowania 10- lub 20-godzinnego.
  • Łańcuchy równoległe – 2 szt.. Łańcuchy baterii połączone równolegle na tej samej szynie.
  • Głębokość rozładowania (DoD) – 80 %. Jaką część pojemności znamionowej chcesz wykorzystać, zanim falownik się wyłączy.
  • Pojemność przy szybkim rozładowaniu – 70 %. Część pojemności katalogowej, którą bateria faktycznie oddaje przy krótkim rozładowaniu. Przy rozładowaniu trwającym 10–15 minut typowo około 60–75%.

Szacowana autonomia: 32,3 min – 53,8 kWh energii użytkowej przy 100 kW

Znamionowa energia baterii
480 V × 100 Ah × liczba łańcuchów (2)
96,0 kWh
Energia użytkowa po korektach
głębokość rozładowania 80%, pojemność przy szybkim rozładowaniu 70%
53,8 kWh
Średni prąd rozładowania
Przy nominalnym napięciu szyny; rzeczywisty prąd rośnie, gdy napięcie baterii spada
208 A
Energia potrzebna na 5 minut8,3 kWh
Energia potrzebna na 10 minut16,7 kWh
Energia potrzebna na 15 minut25,0 kWh
Autonomia przy połowie obciążenia
W przybliżeniu – przy mniejszym prądzie rozładowania współczynnik się poprawia, więc to wartość zachowawcza
64,5 min

Wzór

Czas podtrzymania (godz.) = (V × Ah × liczba łańcuchów ÷ 1000) × DoD × współczynnik szybkiego rozładowania ÷ obciążenie kW

To dwie korekty odróżniają ten wynik od arytmetyki z tabliczki znamionowej: głębokość rozładowania to świadoma decyzja dotycząca żywotności baterii, a współczynnik szybkiego rozładowania odzwierciedla fakt, że szybkie rozładowanie daje mniej energii niż powolne. Żadna z nich nie jest tabelą rozładowania producenta – a z takich tabel korzysta prawdziwy projekt.

Do czego zwykle kupuje się autonomię

Autonomię dobiera się do tego, co musi się wydarzyć w trakcie rozładowania, a nie do okrągłej liczby minut.

Czas podtrzymaniaMa pokryćZależy od
30 s – 1 minPodtrzymanie z zasobnika kinetycznego (flywheel) lub superkondensatorówAgregat, który niezawodnie startuje i przejmuje obciążenie
5 minPrzełączenie na zasilanie rezerwowe z agregatuSekwencja startu, czasy przełączenia i paliwo, które naprawdę jest w zbiorniku
10–15 minStart agregatu plus zapas na nieudaną pierwszą próbęDruga próba startu albo drugi agregat
30+ minKontrolowane wyłączenie, gdy na miejscu nie ma agregatuAutomatyka wyłączania, którą przetestowano, a nie tylko założono

Dlaczego arytmetyka z tabliczki zawyża czas podtrzymania

Pojemność w amperogodzinach podaje się dla powolnego rozładowania – zwykle 10- lub 20-godzinnego. Rozładuj tę samą baterię w dziesięć minut, a chemia nie nadąży: rezystancja wewnętrzna, ograniczenia dyfuzji i spadek napięcia zmniejszają energię, którą da się faktycznie pobrać. Baterie kwasowo-ołowiowe przy typowych dla UPS prądach rozładowania oddają zwykle około 60–75% pojemności katalogowej, a efekt jest tym silniejszy, im szybciej rozładowujesz.

Do tego baterie się starzeją. Za koniec życia łańcucha zwykle uznaje się spadek do 80% pojemności znamionowej, co oznacza, że projekt dokładnie wystarczający w dniu rozruchu przestaje wystarczać, zanim baterie formalnie kwalifikują się do wymiany.

Temperatura po cichu ustala reguły

W akumulatorowniach utrzymuje się około 20–25 °C, bo pojemność spada, gdy temperatura maleje, a żywotność spada, gdy temperatura rośnie. Popularna reguła kciuka dla baterii kwasowo-ołowiowych mówi, że każde 8–10 °C powyżej temperatury projektowej skraca żywotność mniej więcej o połowę, a chłód zmniejsza dostępną pojemność akurat w dniu, w którym jej potrzebujesz.

Dlatego chłodzenie akumulatorowni jest częścią systemu zasilania, a nie klimatyzacją komfortu. Awaria chłodzenia, po której w pomieszczeniu robi się ciepło, nie wywoła alarmu, który ktokolwiek powiąże z autonomią – dopóki nie udowodni tego kolejne rozładowanie.

Czego to nie zastąpi

  • Tabel rozładowania producenta, które zamiast jednej korekty podają energię dla każdego konkretnego prądu rozładowania i napięcia końcowego.
  • Systemu monitorowania baterii, który mierzy rzeczywistą impedancję każdego bloku – tylko on wykryje słabe ogniwo, zanim sprawdzi je awaria.
  • Testu na obciążnicy (load bank) – jedynego dowodu, że bateria oddaje to, co obiecują obliczenia.
  • Zachowania baterii litowo-jonowych, które przy szybkim rozładowaniu mają znacznie bardziej płaską charakterystykę i nie podlegają tym samym regułom kciuka.

Najczęściej zadawane pytania

Jak obliczyć czas podtrzymania baterii UPS?

Oblicz energię zgromadzoną w baterii – napięcie szyny razy amperogodziny razy liczba łańcuchów, podzielone przez 1000 – potem zmniejsz ją o głębokość rozładowania i o efekt dużego prądu rozładowania, a na koniec podziel przez obciążenie w kW. Wynik jest w godzinach; pomnóż go przez 60, żeby dostać minuty.

Jak długo UPS w centrum danych powinien pracować na bateriach?

Większość obiektów z zasilaniem rezerwowym z agregatów kupuje 5–15 minut: tyle, żeby agregat zdążył wystartować, ustabilizować się i przejąć obciążenie, z zapasem na nieudaną pierwszą próbę. Obiekty bez agregatów dobierają autonomię pod kontrolowane wyłączenie, co zwykle oznacza 30 minut lub więcej.

Dlaczego rzeczywisty czas podtrzymania jest krótszy niż obliczony?

Niemal zawsze dlatego, że pojemność katalogową zmierzono przy dużo wolniejszym rozładowaniu, niż robi to UPS, i dlatego, że bateria się zestarzała. Temperatura baterii powyżej projektowej, niezrównoważony łańcuch i jeden słaby blok skracają go jeszcze bardziej.

Jaką głębokość rozładowania przyjąć?

W tym zastosowaniu dla baterii kwasowo-ołowiowych typowe jest około 80%. Głębsze rozładowanie pobiera energię z tej części krzywej, na której napięcie już się załamuje, i wyraźnie skraca żywotność – ta dodatkowa minuta jest droga.

Czy podwojenie baterii podwaja czas podtrzymania?

W praktyce nieco więcej niż podwaja. Dwa razy większa bateria przenosi to samo obciążenie przy o połowę mniejszym prądzie rozładowania, a mniejszy prąd oznacza, że dostępna jest większa część pojemności katalogowej – kara za szybkie rozładowanie maleje, gdy dokładasz pojemności.

Czy baterie litowo-jonowe zmieniają rachunek?

Tak. Ogniwa litowe znacznie lepiej trzymają napięcie przy szybkim rozładowaniu, więc korekta na szybkie rozładowanie jest dużo mniejsza, dopuszczalna głębokość rozładowania zwykle większa, a spadek pojemności z wiekiem przebiega według innej krzywej. Tutejsze reguły kciuka są napisane dla baterii kwasowo-ołowiowych.

Gdzie kończy się to obliczenie

To szacunek do wstępnego doboru, a nie projekt baterii. Prawdziwy projekt korzysta z krzywych rozładowania producenta dla konkretnego napięcia końcowego, uwzględnia starzenie i temperaturę, a potwierdza go test na obciążnicy, a nie arytmetyka.

Model zakłada sprawną, zrównoważoną baterię. Jeden uszkodzony blok może przedwcześnie zakończyć rozładowanie, niezależnie od tego, na co stać resztę łańcucha.

Źródła

Powiązane materiały

Skąd się bierze ta liczba

  • Od sieci do szafy: łańcuch zasilania – Rozrysuj tor elektryczny, który utrzymuje serwer w pracy, i znajdź urządzenia, które kondycjonują, przełączają, rozdzielają lub podtrzymują obciążenie.
  • Redundancja: N, N+1 i 2N – Zbuduj tyle zapasu, żeby przetrwać awarię, na którą faktycznie projektujesz – i nie myl dodatkowych skrzynek z niezależnymi torami.

Przetestuj model mocniej

  • Tor zasilania – Wybierz topologię, usuwaj komponenty i obserwuj, które kompletne tory wciąż docierają do szafy z dwoma zasilaczami.
  • Budżet dostępności – Zobacz, jak niewielka różnica w procentach daje gwałtownie mniejszy roczny limit niedostępności.

Porównanie wprost

Decyzje projektowe stojące za danymi wejściowymi

  • Rodziny magazynów energii UPS – Baterie czy magazyn kinetyczny – ten wybór zmienia autonomię, powierzchnię, konserwację, warunki środowiskowe i reakcję na awarie, nie tylko czas podtrzymania.
  • Zasilanie rezerwowe – Agregat prądotwórczy to źródło rezerwowe na dłuższy czas, którego rzeczywisty tor obejmuje układy rozruchowe, paliwo, chłodzenie, sterowanie, łączenia i testy.

Inne kalkulatory

  • Kalkulator dostępności – Przelicz procent dostępności na dopuszczalny przestój w roku, miesiącu i tygodniu, a potem sprawdź, ile incydentów ten budżet wytrzyma przy twoim MTTR.
  • Kalkulator gęstości mocy w szafie – Oblicz kW na szafę rack, waty na U, prąd w torze zasilania i potrzebny wyłącznik na podstawie całkowitego obciążenia IT i liczby szaf.

Pojęcia użyte na tej stronie