Kako izračunati čas delovanja baterije za UPS. Luči utripajo. Šumenje strežniških omar utihne. Za trenutek je tišina. In v tej tišini je pomembno le eno vprašanje: Koliko časa imamo na voljo?
Poznavanje časa delovanja vašega UPS ni le še ena IT-metrika. Je temelj neprekinjenega poslovanja. Ugibanje lahko pomeni razliko med čistim izklopom in katastrofalno izgubo podatkov. Varujete kritična sredstva in upanje na najboljše ni prava strategija.
Ta vodnik je namenjen temu, da to upanje zamenjate s trdno številko. Obravnavali bomo glavne metode za določanje časa delovanja, od hitrega pregleda grafikona do formul, ki jih uporabljajo inženirji. Še pomembneje pa je, da se bomo posvetili dejanskim dejavnikom, ki iz papirnate ocene naredijo številko, na katero se lahko dejansko zanesete, ko zmanjka elektrike.
12v 100ah lifepo4 baterija
12V 100ah natrijeva ionska baterija
Pred izračunom: Razumevanje osnovnih spremenljivk
Preden se lotimo matematike, se moramo strinjati. Če boste usvojili teh pet izrazov, se boste izognili najpogostejšim in najdražjim napakam, ki jih opažam na terenu.
- Vati (W) proti volt-amperom (VA): To je glavni vir zmede. VA je "navidezna moč", vati pa so "dejanska moč", ki jo oprema dejansko uporablja. Vaša oprema deluje z vati. To pomeni. vsa vaša matematika v času izvajanja mora uporabljati Watts. To je najpogostejša napaka, ki pa se ji lahko zlahka izognete.
- Faktor moči (PF): To je razmerje, ki povezuje vate in VA (W = VA x PF). Sodobna oprema IT ima visok PF, običajno od 0,9 do 1,0, vendar morate uporabiti pravo število za svojo opremo, če želite natančne rezultate.
- Napetost baterije (V): Preprosto. Nazivna napetost baterijskega niza v vašem UPS, ki je skoraj vedno večkratnik 12 V (npr. 24 V, 48 V ali 192 V).
- Kapaciteta baterije (Ah - amper-ur): To vam pove, koliko energije shrani baterija, vendar v popolnih laboratorijskih pogojih. Baterija s 100 Ah lahko teoretično zagotavlja 10 amperov v 10 urah. Pri besedi "teoretično" se začnejo vse težave.
- Učinkovitost UPS: UPS pretvarja enosmerni tok iz baterije v izmenični tok. Ta postopek ni 100% učinkovit. Energija se vedno izgublja kot toplota. Pri večini svinčevo-kislinskih sistemov lahko pričakujete učinkovitost 85-95%, pri sodobnih litij-ionskih UPS pa več kot 97%. Ta izguba neposredno zmanjšuje čas delovanja.
Metoda 1: hiter in enostaven način (z uporabo grafikonov proizvajalca)
Najprimernejši za: Hitra in ugodna ocena med začetnim načrtovanjem projekta ali za standardno pisarniško opremo.
Včasih potrebujete le okvirno številko. Za prvi pogled so preglednice časa delovanja, ki jih proizvajalci objavijo za svoje modele, v redu.
Kako to storite:
- Poiščite skupno obremenitev v vatih: Seštejte moč vseh naprav. Če želite dobiti pravo število, uporabite vtični vatni števec. Ne ugibajte.
- Določite svoj model UPS: Navedite natančen model, na primer "Eaton 9PX 3000VA".
- Obiščite spletno mesto proizvajalca: Poiščite stran z izdelkom in poiščite "diagram časa delovanja" ali "graf časa delovanja".
- Poiščite svojo obremenitev na grafikonu: Poiščite obremenitev na vodoravni osi. Na navpični osi preberite čas delovanja.
To je hitro in specifično za vaš model. Največja pomanjkljivost? Te tabele predvidevajo povsem nove baterije v hladnem prostoru s temperaturo 25 °C. Resnični svet je le redko tako prizanesljiv.
Najprimernejši za: sistemski administratorji in vodje IT, ki morajo dokumentirati in zagovarjati določen izvajalni čas.
Ko potrebujete trdno številko za oblikovalski dokument, za katero lahko stojite, morate računati sami.
Čas delovanja (v urah) = (Ah baterije × napetost baterije × število baterij × učinkovitost) / obremenitev (v vatih)
Delovni primer po korakih
Določimo UPS za omrežno omaro. Ima dve 12V, 9Ah notranje baterije. Bomo konservativni in predpostavimo. Učinkovitost 90%. Obremenitev je konstantna 300 vatov.
- Izračunajte skupno moč baterije (vatne ure): 9 Ah × 12 V × 2 bateriji = 216 Wh
- Upoštevajte učinkovitost (uporabno moč): 216 Wh × 0,90 = 194,4 Wh
- Izračunajte čas delovanja v urah: 194,4 Wh / 300 W = 0,648 ure
- Pretvori v Minute: 0,648 ure × 60 = ~ 39 minut
Rezultat: Po matematičnih izračunih dobimo približno 39 minut. To je naše izhodišče. Številka iz specifikacije. Pogovorimo se o tem, zakaj je ta številka napačna.
Strokovnjakov pogled: Strokovni pogled: premostitev teorije in realnosti
S formulo dobite čisto številko. Toda realno življenje jo bo vedno zmanjšalo. Videl sem že projekte, ki so propadli, ker so načrtovali za številko iz specifikacije, ne pa za resnično. Strokovnjak načrtuje razliko med njima. Trije glavni dejavniki, ki ustvarjajo to razliko, so hitrost praznjenja, starost in temperatura.
Dejavnik 1: Hitrost praznjenja (Peukertov zakon)
Čim hitreje izpraznite baterijo, tem manj energije vam bo dala. Ta ocena 100 Ah skoraj vedno temelji na zelo počasnem, 20-urnem praznjenju. Pri UPS se lahko zgodi, da se celotna baterija izprazni v 15 minutah. Pri tako visoki hitrosti se svinčevo-kislinske baterije učinkovita zmogljivost se lahko zmanjša za 50%. To je največji razlog, zakaj se izračuni na papirju ne ujemajo z realnostjo.
Dejavnik 2: starost in zdravje baterije (SOH - zdravstveno stanje)
Baterije so potrošni material. Umrejo. Življenjska doba standardne zaprte svinčevo-kislinske baterije (SLA) je 3 do 5 let. V tretjem letu lahko obdrži le še 70% prvotnega naboja. Nekateri sistemi za upravljanje (BMS) lahko to spremljajo, pri večini sistemov pa morate starost upoštevati sami. Ne morete je preprosto prezreti.
Dejavnik 3: Temperatura okolja
Vaše okolje je pomembnejše, kot si mislite. Idealna temperatura za baterije SLA je 25 °C. Vsakih 8 °C nad to temperaturo dobesedno prepolovi življenjsko dobo baterije. Hladnejše temperature tudi začasno zmanjšajo vašo razpoložljivo zmogljivost. Zaključek je preprost: vročina te baterije uničuje.
Poglobljena študija primera: Preverjanje realnosti pri 12V 100Ah
Scenarij:
- Kritična obremenitev: Majhna strežniška omara, ki stalno črpa 500 vatov (W).
- Baterija: En standard 12V 100Ah zaprta svinčeno-kislinska baterija (SLA).
- Cilj: Ugotovite, kolikšen bo dejanski čas delovanja.
1. korak: Idealizirani izračun (napaka začetnikov)
Že ob pogledu na etiketo je matematika preprosta.
- Skupna teoretična energija (Wh): 100 Ah × 12 V = 1200 Wh
- Teoretični čas delovanja: 1200 Wh / 500 W = 2,4 ure ali 144 minut. Zaključek: Nevarna napaka. Nekdo, ki se s tem ukvarja prvič, bi pričakoval skoraj dve uri in pol.
2. korak: Strokovni izračun (uporaba realnosti)
1. Prilagodite učinkovitost pretvornika UPS: Predvidevajte učinkovitost 90%.
- Dejanska poraba energije iz baterije: 500 W (obremenitev) / 0,90 (učinkovitost) = 556 W
- Popravljen čas izvajanja: 1200 Wh / 556 W = 2,16 ure ali ~130 minut. Preverjanje resničnosti #1: Takoj na začetku smo izgubili 14 minut samo za napajanje UPS.
2. Prilagodite hitrost praznjenja (Peukertov zakon): To je velik problem za svinčevo-kislinske baterije.
- tok praznjenja: 556 W / 12 V = 46,3 A
- Stopnja praznjenja (C-rate): 46,3 A / 100 Ah = 0,46C Ta 100Ah ocena je za majhno porabo C/20 (5A). Pri veliko višji stopnji 0,46C je baterija učinkovita zmogljivost rezervoarjev, ki so se zmanjšali na morda 80% njegove ocene.
- Učinkovita zmogljivost baterije: 100 Ah × 0,80 = 80 Ah
- Čas delovanja na podlagi dejanske zmogljivosti: (80 Ah × 12 V) / 556 W = 960 Wh / 556 W = 1,72 ure ali ~103 minute. Preverjanje resničnosti #2: Čas trajanja se je s 130 minut skrajšal na 103 minute. Tu se večina ljudi opeče.
3. Prilagodite starost in zdravje baterije (SOH): Predpostavimo, da je baterija stara 3 leta njeno zdravje pa je odvisno od 75%.
- Končna efektivna zmogljivost: 80 Ah (prilagojeno stopnji) × 0,75 (SOH) = 60 Ah
- Final, True Predvideni čas trajanja: (60 Ah × 12 V) / 556 W = 720 Wh / 556 W = 1,29 ure ali ~77 minut.
Zaključek študije primera: Prvotni 144-minutni izračun je zdaj realen. 77 minut. Če bi zaupali specifikacijskemu listu, bi se vaši sistemi pokvarili veliko prej, kot ste pričakovali.
| Faza izračuna | Upoštevani dejavniki | Čas delovanja (v minutah) | Razlika od teorije |
|---|
| Teoretični | Samo nazivne specifikacije | 144 | – |
| Prilagojeno 1 | + Učinkovitost UPS (90%) | 130 | -14 min |
| Prilagojeno 2 | + Stopnja praznjenja (Peukertova) | 103 | -41 min |
| Končni realistični | + Starost baterije (3 leta) | 77 | -67 min (-47%) |
Sodobna alternativa: Kaj če bi uporabili 12,8V 100Ah LiFePO₄ baterijo?
Kaj se torej zgodi, če zamenjamo baterijo z litij-železovim fosfatom? Razlike so očitne.
- Učinkovitost UPS: Boljše je. Predvidevajte 95%. Poraba energije je zdaj 500 W / 0,95 = 526 W.
- Stopnja praznjenja: Kemija LiFePO₄ je zelo učinkovita. Peukertov zakon zanjo ne velja. Njena efektivna zmogljivost je blizu 100%.
- Starost baterije: LiFePO₄ je po treh letih običajno še vedno več kot 95% zdravje.
- Končna efektivna zmogljivost: 100 Ah × 0,95 = 95 Ah
- Končni LiFePO₄ Čas izvajanja: (95 Ah × 12,8 V) / 526 W = 1216 Wh / 526 W = 2,31 ure ali ~139 minut.
Končna primerjava:
- 3-letna baterija SLA: 77 minut
- 3-letna baterija LiFePO₄: 139 minut Litijeva baterija omogoča skoraj dvakrat daljši čas delovanja. Prav tako pomembno pa je, da se njena zmogljivost v resničnem svetu dejansko ujema z navedbami v specifikacijah. Zaradi te predvidljivosti je načrtovanje veliko lažje.
Študija primera jasno kaže: kemijska sestava baterije, ki jo izberete, je prav tako pomembna kot matematika.
| Značilnosti | Zatesnjeni svinčevo-kislinski (SLA) | Litij-ionski (LiFePO₄) | Natrijevi ioni (Na-ion) |
|---|
| Življenjska doba | 3-5 let | 8-10 let in več | 10 let in več (predvideno) |
| Temperatura. Toleranca | Slabo (hitro se razgradi pri >25 °C) | Odlično (-10 °C do 55 °C) | Izjemen (od -20 °C do 60 °C) |
| Teža / velikost | Težki / prostorni | Lahka / kompaktna (manj kot 50%) | Zmerno |
| Predhodni stroški | Nizka | Visoka | Nizka in srednja raven (v nastajanju) |
| Skupni stroški (TCO) | Visok (zaradi zamenjav) | Nizka (manj zamenjav) | Zelo nizko (predvideno) |
| Najboljši za | Standardni pisarniški prostori s klimo; projekti, občutljivi na proračun. | kritična IT, robno računalništvo, vroča okolja, starejše nadgradnje, zahteve glede dolge življenjske dobe. | Lokacije z ekstremnimi temperaturami, shranjevanje v velikem obsegu v omrežju (prihodnja uporaba UPS). |
Štirje resnični scenariji: Od standardnih do nadgrajenih
Na podlagi tega si oglejmo nekaj najpogostejših aplikacij.
Scenarij 1: Urad za mala podjetja
Pri tem je cilj doseči 15 minut delovanja računalnika (200 W), monitorja (50 W) in usmerjevalnika (10 W), kar zagotavlja čas za eleganten izklop. Skupna obremenitev je 260 W. Standardni stolpni UPS z dvema notranjima 12V, 7Ah baterije SLA (pri učinkovitosti 88%) znaša približno 34 minut. To je popolnoma nova baterija. Realnejša številka, ki upošteva visoko stopnjo praznjenja, je bližje 20-25 minut. Po treh letih boste imeli srečo, če jih boste dobili 15. To je znak, da jih zamenjate.
Scenarij 2: Kritična omrežna omara (pogodba o dostopu z EBM)
Za osrednja stikala in strežnik potrebujete 60 minut, da se generator lahko vklopi. Obremenitev je strežnik (400 W) in stikala (150 W), za 550 vatov. Dobra izbira je UPS za vgradnjo v omaro z zunanjim baterijskim modulom, ki vam omogoča osem 12V, 9Ah baterije SLA z učinkovitostjo 92%. Izračun na papirju vam da 87 minut. To je dobra zasnova - zagotavlja rezervo za 60-minutno zahtevo, ki jo boste potrebovali, saj baterije SLA v svoji 3-5-letni življenjski dobi izgubijo zmogljivost.
Scenarij 3: Nadgradnja starejšega sistema z visoko vrednostjo
Težava: ključni UPS v rackmount izvedbi s tri leta starim 12V 100Ah baterija SLA. Obremenitev je 500W. Kot smo videli, se je njen dejanski čas delovanja zmanjšal na približno 77 minut, kar ni več dovolj. Cilj je podaljšati čas delovanja brez zamenjave celotne drage enote.
Rešitev je zamenjava, ki jo je mogoče vgraditi. Zamenjajte staro napravo SLA s sodobno 12,8V 100Ah baterija Lifepo4. Nov, zanesljiv čas delovanja bo približno 139 minut. To je najpametnejši način za močno povečanje zanesljivosti. Povečate dejanski čas delovanja za več kot 80% z eno zamenjavo komponent. Poleg tega bo nova baterija delovala več kot 8-10 let, kar zmanjšuje stroške vzdrževanja in znižuje skupne stroške lastništva (TCO).
Scenarij 4: Industrijsko robno računalniško vozlišče
Izziv: 30 minut zanesljivega delovanja nadzornega sistema v vročem skladišču, kjer temperatura doseže 40 °C. Obremenitev je industrijski računalnik in vhodno-izhodne naprave, ki skupaj obsegajo 400 W.
V tem okolju je edina prava izbira UPS na osnovi LiFePO₄, morda z enim samim 48V, 20Ah paket (pri učinkovitosti 97%). Izračun vam da približno 140 minut. Življenjska doba baterije SLA bi se tu uničila v manj kot dveh letih, njena zmogljivost pa bi bila tvegana. Litijev sistem bo svoj čas delovanja zanesljivo zagotavljal več let, zato je njegova višja začetna cena veliko pametnejša dolgoročna naložba.
Zaključek
To je nabor orodij. Tabela proizvajalca za hiter pregled, formula za resno načrtovanje in dejanski dejavniki za pridobitev številke, na katero se lahko dejansko zanesete.
Z razumevanjem teh plasti lahko preidete od preprostega nakupa škatle k oblikovanju prave strategije moči. Prenehate upati in začnete načrtovati. Ne glede na to, ali načrtujete nov sistem ali nadgrajujete obstoječo strojno opremo, je izbira prave baterije ključ do predvidljivega časa delovanja.
Ko gre za veliko in "dovolj blizu" ni več mogoče, potrebujete globlji pogovor. Če načrtujete kritično aplikacijo ali morate prenoviti infrastrukturo, stopite v stik z nami. naša ekipa vam lahko pomaga oblikovati rešitev, ki zagotavlja zanesljivost, ki jo potrebuje vaše podjetje, ne glede na okolje.