Hogyan kell kiszámítani az akkumulátor futási idejét az UPS számára. A fények villognak. A szerverállványok zümmögése elhalkul. Egy másodpercre csend lesz. És ebben a csendben csak egy kérdés számít: Mennyi időnk van?
Az UPS üzemidejének ismerete nem csak egy újabb informatikai mérőszám. Ez az üzletmenet folytonosságának alapköve. Egy tipp lehet a különbség a tiszta leállás és a katasztrofális adatvesztés között. Ön kritikus értékeket véd, és a legjobbat remélni nem stratégia.
Ez az útmutató arra szolgál, hogy ezt a reményt egy szilárd számmal helyettesítse. A futási idő kiszámításának főbb módszereit fogjuk ismertetni, a gyors táblázatos kereséstől a mérnökök által használt képletekig. Ami ennél is fontosabb, bemutatjuk azokat a valós tényezőket, amelyek a papíron becsült értéket olyan számmá változtatják, amelyre valóban számíthat, ha elment az áram.
12v 100ah lifepo4 akkumulátor
12v 100ah nátrium-ion akkumulátor
Mielőtt kiszámolná: A fő változók megértése
Mielőtt rátérnénk a matematikára, egy oldalon kell állnunk. Ha ezt az öt kifejezést betartja, elkerülheti a leggyakoribb és legdrágább hibákat, amelyeket a területen látok.
- Watt (W) vs. Volt-Amp (VA): Ez a zűrzavar első számú forrása. A VA a "látszólagos teljesítmény", de a Watt a berendezés által ténylegesen felhasznált "tényleges teljesítmény". A felszerelése wattban működik. Ez azt jelenti az összes futásidejű matematikának Watts-ot kell használnia. Ez a leggyakoribb hiba, és könnyen elkerülhető.
- Teljesítménytényező (PF): Ez csak az az arány, amely összeköti a Wattot és a VA-t (W = VA x PF). A modern informatikai berendezéseknek magas a PF értéke, általában 0,9 és 1,0 között, de a megfelelő számot kell használnia a felszereléséhez, ha pontos eredményeket szeretne.
- Akkumulátor feszültség (V): Egyszerű. Az UPS-ben lévő akkumulátorok névleges feszültsége, amely szinte mindig a 12V többszöröse (például 24V, 48V vagy 192V).
- Az akkumulátor kapacitása (Ah - Amperóra): Ez megadja az akkumulátor energiatárolását, de tökéletes laboratóriumi körülmények között. Egy 100 Ah-s akkumulátor elméletileg 10 órán keresztül 10 amper energiát adhat. Az "elméletileg" szóval kezdődnek a problémák.
- UPS hatékonyság: Az UPS az akkumulátor egyenáramú áramát váltakozó áramúvá alakítja. Ez a folyamat nem 100% hatékony. Az energia mindig hő formájában vész el. A legtöbb ólom-savas rendszer esetében 85-95% hatékonyságra számíthat, míg egy modern lítium-ionos UPS akár 97% fölött is lehet. Ez a veszteség közvetlenül az üzemidőből vág le.
1. módszer: A gyors és egyszerű módszer (a gyártói táblázatok használatával)
A legjobb: Gyors, tisztességes becslés a kezdeti projekttervezés során vagy a szokásos irodai felszerelésekhez.
Néha csak egy becsült számra van szükséged. Első pillantásra a gyártók által a modelljeikhez közzétett üzemidőtáblázatok megfelelnek.
Így kell csinálni:
- Keresse meg a teljes terhelését wattban: Adja össze az egyes készülékek teljesítményét. Ha valós számot szeretne, használjon egy csatlakoztatható wattmérőt. Ne találgasson.
- Az UPS modelljének azonosítása: Keresse meg a pontos modellt, például "Eaton 9PX 3000VA".
- Látogasson el a gyártó weboldalára: Keresse meg a termék oldalát, és keresse meg a "Runtime Chart" vagy a "Runtime Graph" (futási idő grafikon) nevet.
- Keresse meg a terhelést a diagramon: Keresse meg a terhelést a vízszintes tengelyen. Olvassa le a futási időt a függőleges tengelyen.
Ez gyors és az Ön modelljére jellemző. A nagy csapda? Ezek a táblázatok vadonatúj akkumulátorokat feltételeznek, hűvös, 25 °C-os (77 °F) helyiségben. A való világ ritkán ennyire elnéző.
A legjobb: Rendszergazdák és informatikai vezetők, akiknek dokumentálniuk és védeniük kell egy adott futási időt.
Ha egy tervezési dokumentumhoz egy konkrét számra van szüksége, ami mögött kiállhat, akkor a számításokat magának kell elvégeznie.
Futási idő (órában) = (akkumulátor Ah × akkumulátorfeszültség × akkumulátorok száma × hatásfok) / terhelés (wattban)
Lépésről lépésre kidolgozott példa
Adjunk meg egy UPS-t egy hálózati szekrényhez. Ez rendelkezik két 12V, 9Ah belső akkumulátorok. Legyünk óvatosak és feltételezzük, hogy 90% hatékonyság. A terhelés állandó 300 watt.
- Az akkumulátor teljes teljesítményének kiszámítása (wattórában): 9 Ah × 12 V × 2 akkumulátor = 216 Wh
- Hatékonysági számla (hasznos teljesítmény): 216 Wh × 0,90 = 194,4 Wh
- A futási idő kiszámítása órákban: 194,4 Wh / 300 W = 0,648 óra
- Átváltás percekké: 0,648 óra × 60 = ~39 perc
Eredmény: A matematika szerint körülbelül 39 percet kapunk. Ez a kiindulópontunk. Az adatlap száma. Most pedig beszéljünk arról, hogy ez a szám miért rossz.
A szakértő nézőpontja: Az elmélet és a valóság összekapcsolása
A képlet tiszta számot ad. De a való élet mindig megrongálja azt. Láttam már olyan projekteket, amelyek azért buktak meg, mert a specifikációs lapon szereplő számot tervezték, nem pedig a valósat. Egy szakember a kettő közötti különbségre tervez. A három nagy tényező, amely ezt a szakadékot létrehozza, a kisülési sebesség, az életkor és a hőmérséklet.
1. tényező: A kisülési sebesség (Peukert-törvény)
Minél gyorsabban merül le az akkumulátor, annál kevesebb teljes energiát ad. A 100 Ah-s érték szinte mindig egy nagyon lassú, 20 órás kisütésen alapul. Egy UPS-nek akár 15 perc alatt is le kell ürítenie a teljes töltését. Ilyen nagy sebességgel egy ólom-sav akkumulátor a tényleges kapacitás 50%-vel csökkenhet. Ez a legnagyobb oka annak, hogy a papíralapú számítások nem felelnek meg a valóságnak.
2. tényező: Az akkumulátor kora és egészségi állapota (SOH - State of Health)
Az akkumulátorok fogyóeszközök. Elhasználódnak. Egy szabványos zárt ólomakkumulátor (SLA) reális élettartama 3-5 év. A harmadik évben már csak 70% eredeti töltöttségét tartja meg. Egyes irányítási rendszerek (BMS) képesek ezt nyomon követni, de a legtöbb rendszer esetében az életkort magának kell figyelembe vennie. Nem lehet csak úgy figyelmen kívül hagyni.
3. tényező: Környezeti hőmérséklet
A környezeted többet számít, mint gondolnád. Az SLA akkumulátorok ideális hőmérséklete 25°C (77°F). Minden 8°C (15°F) feletti értékkel szó szerint felére csökken az akkumulátor élettartama. A hidegebb hőmérséklet átmenetileg csökkenti a rendelkezésre álló kapacitást is. A lényeg egyszerű: a hő megöli ezeket az akkumulátorokat.
Mélyreható esettanulmány: A 12V 100Ah Reality Check
Forgatókönyv:
- Kritikus terhelés: Egy kis szerverállvány, amely állandó 500 watt (W).
- Akkumulátor: Egy szabvány 12V 100Ah zárt ólom-sav akkumulátor (SLA).
- Cél: Tudja meg, mennyi lesz a tényleges futási idő.
1. lépés: Az idealizált számítás (A kezdők hibája)
A címkére pillantva a matematika egyszerű.
- Teljes elméleti energia (Wh): 100 Ah × 12 V = 1200 Wh
- Elméleti futási idő: 1200 Wh / 500 W = 2,4 óra, vagy 144 perc. Következtetés: Veszélyes hiba. Valaki, aki még nem ismeri ezt az egészet, majdnem két és fél órát várna.
2. lépés: A szakmai számítás (a valóság alkalmazása)
1. Az UPS inverter hatékonyságának beállítása: Feltételezzük a 90% hatékonyságát.
- Tényleges energiafelvétel az akkumulátorról: 500 W (terhelés) / 0,90 (hatásfok) = 556 W
- Javított futási idő: 1200 Wh / 556 W = 2,16 óra, vagy ~130 perc. Valóságellenőrzés #1: 14 percet vesztettünk, csak azért, hogy az UPS-t bekapcsoljuk.
2. Állítsa be a kiürítési arányt (Peukert-törvény): Ez a nagy ólom-sav akkumulátorok esetében.
- Kisülési áram: 556 W / 12 V = 46,3 A
- Kiürítési ráta (C-ráta): 46,3 A / 100 Ah = 0,46C Ez a 100Ah névleges érték egy apró C/20-as húzásra (5A) vonatkozik. Sokkal magasabb, 0,46C-os sebességnél az akkumulátor tényleges kapacitás tartályok, csökken, hogy talán 80% a minősítésének.
- Hatékony akkumulátor kapacitás: 100 Ah × 0,80 = 80 Ah
- Futási idő a tényleges kapacitás alapján: (80 Ah × 12 V) / 556 W = 960 Wh / 556 W = 1,72 óra vagy ~103 perc. Valóságellenőrzés #2: A játékidő 130 percről 103 percre csökkent. Ez az a pont, ahol a legtöbb ember megégeti magát.
3. Az akkumulátor korának és állapotának (SOH) beállítása: Tegyük fel, hogy az akkumulátor 3 éves és az egészségi állapota 75%.
- Végleges tényleges kapacitás: 80 Ah (sebességgel kiigazított) × 0,75 (SOH) = 60 Ah
- Végleges, igaz Becsült futási idő: (60 Ah × 12 V) / 556 W = 720 Wh / 556 W = 1,29 óra vagy ~77 perc.
Esettanulmány következtetés: Ez a kezdeti 144 perces számítás ma már egy reális 77 perc. Ha bízna a specifikációs lapban, a rendszere már jóval korábban leállna, mint ahogyan azt várná.
| Számítási szakasz | Figyelembe vett tényezők | Futási idő (perc) | Különbség az elmélettől |
|---|
| Elméleti | Csak névleges adatok | 144 | – |
| kiigazított 1 | + UPS hatékonyság (90%) | 130 | -14 perc |
| kiigazított 2 | + Kiürülési ráta (Peukert-féle) | 103 | -41 perc |
| Végső realisztikus | + Akkumulátor kora (3 év) | 77 | -67 perc (-47%) |
A modern alternatíva: Mi lenne, ha egy 12,8V-os 100Ah LiFePO₄ akkumulátort használnánk?
Mi történik, ha lítiumvas-foszfát akkumulátort cserélünk? A különbségek szembetűnőek.
- UPS hatékonyság: Így már jobb. Feltételezzük, hogy 95%. A teljesítményfelvétel most 500 W / 0,95 = 526 W.
- Kiürítési arány: A LiFePO₄ kémia nagyon hatékony. Nem igazán szenved a Peukert-törvénytől. A tényleges kapacitása 100% közelében marad.
- Akkumulátor kora: 3 év elteltével a LiFePO₄ jellemzően még mindig több mint 95% egészség.
- Végleges tényleges kapacitás: 100 Ah × 0,95 = 95 Ah
- Végleges LiFePO₄ futási idő: (95 Ah × 12,8 V) / 526 W = 1216 Wh / 526 W = 2,31 óra vagy ~139 perc.
Végső összehasonlítás:
- 3 éves SLA akkumulátor: 77 perc
- 3 éves LiFePO₄ akkumulátor: 139 perc A lítium akkumulátor közel kétszeres üzemidőt biztosít. De ugyanilyen fontos, hogy a valós teljesítménye valóban megfelel a műszaki adatoknak. Ez a kiszámíthatóság sokkal, de sokkal könnyebbé teszi a tervezést.
Az esettanulmány világossá teszi: a kiválasztott akkumulátorkémia ugyanolyan fontos, mint a matematika.
| Jellemző | Lezárt ólom-akkumulátor (SLA) | Lítium-ion (LiFePO₄) | Nátrium-ion (Na-ion) |
|---|
| Élettartam | 3-5 év | 8-10+ év | 10+ év (kivetítve) |
| Lassúság. Tolerancia | Gyenge (gyorsan lebomlik >25°C) | Kiváló (-10°C és 55°C között) | Kiváló (-20°C és 60°C között) |
| Súly / méret | Nehéz / terjedelmes | Könnyű / kompakt (50% kevesebb) | Mérsékelt |
| Előzetes költség | Alacsony | Magas | Alacsony-közepes (feltörekvő) |
| Teljes költség (TCO) | Magas (a cserék miatt) | Alacsony (kevesebb csere) | Nagyon alacsony (előre jelzett) |
| Legjobb | Standard, klimatizált irodák; költségvetés-érzékeny projektek. | Kritikus IT, edge computing, forró környezetek, örökölt frissítések, hosszú élettartamú követelmények. | Szélsőséges hőmérsékletű helyek, nagyméretű hálózati tárolás (jövőbeli UPS-használat). |
Négy valós forgatókönyv: A standardtól a továbbfejlesztettig
Ezzel a háttérrel nézzünk meg néhány gyakori alkalmazást.
1. forgatókönyv: A kisvállalkozói iroda
Itt a cél az, hogy a számítógép (200 W), a monitor (50 W) és a router (10 W) 15 perces üzemidőt kapjon, ami időt ad a méltóságteljes leállításra. A teljes terhelés 260 watt. Egy szabványos torony UPS két belső 12V, 7Ah SLA akkumulátorok (88% hatásfok mellett) kb. 34 perc. De ez egy vadonatúj akkumulátor. A reálisabb szám, figyelembe véve a magas kisütési sebességet, közelebb van a következőhöz 20-25 perc. Három év múlva szerencsés leszel, ha 15-öt kapsz. Ez a jelszó, hogy le kell cserélni őket.
forgatókönyv: A kritikus hálózati zárlat (SLA EBM-mel)
A magkapcsolókhoz és a szerverhez 60 percre van szükség, hogy a generátornak legyen ideje bekapcsolni. A terhelés egy szerver (400W) plusz kapcsolók (150W). 550 watt. Jó választás egy rackbe szerelhető UPS külső akkumulátor modullal, amely nyolc 12V, 9Ah SLA akkumulátorok 92% hatékonysággal. A papíron végzett számítás 87 percet ad. Ez egy jó kialakítás - ez egy puffert biztosít a 60 perces követelmény felett, amire szüksége lesz, mivel az SLA akkumulátorok 3-5 éves élettartamuk alatt veszítenek a kapacitásukból.
3. forgatókönyv: A nagy értékű örökölt rendszer frissítése
A probléma: egy kritikus rackbe szerelt UPS, 3 éves 12V 100Ah SLA akkumulátor. A terhelés 500W. Amint láttuk, a valós futási ideje kb. 77 perc, ami már nem elég. A cél az üzemidő meghosszabbítása a teljes drága egység cseréje nélkül.
A megoldás egy cserelehetőség. Cserélje le a régi SLA-t egy modern 12,8V 100Ah Lifepo4 akkumulátor. Az új, megbízható futási idő kb. 139 perc. Ez a legokosabb módja annak, hogy a megbízhatóságot nagymértékben növelje. Növeli tényleges futási idő több mint 80%-rel, egyetlen alkatrészcserével. Ráadásul az új akkumulátor 8-10+ évig tart, ami csökkenti a karbantartást és a teljes üzemeltetési költséget (TCO).
4. forgatókönyv: Az ipari peremszámítógépes csomópont
A kihívás: 30 perc megbízható üzemidő egy vezérlőrendszer számára egy 40 °C-os (104 °F) meleg raktárban. A terhelés egy ipari PC és I/O eszközök, összesen 400 watt.
Ebben a környezetben az egyetlen igazi választás a LiFePO₄-alapú UPS, talán egyetlen 48V, 20Ah akkumulátor (97% hatékonysággal). A számítás kb. 140 perc. Egy SLA akkumulátor élettartama itt kevesebb mint két év alatt megsemmisülne, és a teljesítménye egy szerencsejáték lenne. A lítium rendszer évekig megbízhatóan biztosítja a futási időt, így a magasabb kezdeti költségek sokkal okosabb hosszú távú befektetésnek bizonyulnak.
Következtetés
Ez tehát az eszköztár. Egy gyártói táblázat a gyors áttekintéshez, a képlet a komoly tervezéshez, és a valós tényezők, hogy olyan számot kapjon, amelyre ténylegesen számíthat.
Ezeknek a rétegeknek a megértése azt jelenti, hogy egy doboz megvásárlása helyett valódi energiastratégiát építhet. Abbahagyja a reménykedést, és elkezd tervezni. Akár új rendszert tervez, akár meglévő hardvert frissít, a megfelelő akkumulátor kiválasztása a kulcs a kiszámítható üzemidő eléréséhez.
Amikor a tét nagy, és az "elég közel" nem opció, akkor mélyebb beszélgetésre van szükség. Ha egy kritikus alkalmazáshoz tervez, vagy az infrastruktúráját kell megújítania, kapcsolatfelvétel. csapatunk segíthet olyan megoldás modellezésében, amely a környezetre való tekintet nélkül biztosítja a vállalkozásának szükséges megbízhatóságot.