kalkulering

1000*0,9/0,95/3=315W… interessant!

Å kunne gjøre en estimert kalkulering av batteritid eller kalkulere hvilke type batterier (kapasitet i Ah) kan være nyttig når man vurderer innkjøp av en UPS.

På mindre UPS (spesielt i det pluggbare 1-3kVA-segmentet), så opererer som regel produsentene med slike tider i datablad for å gjøre det enkelt for oss alle, og normalt sett, så ligger en typisk batteritid et sted mellom 4 og 10 min. Det som imidlertid er viktig å følge med på, er om batteritid oppgis ved «Typisk last», 80% last eller full last.

Typisk last er en litt udefinert verdi, men ligger i de fleste tilfeller et sted mellom 70 og 80% av den total kapasiteten gjeldende UPS klarer å levere. Dvs, tar vi utgangspunkt i en 1000VA UPS, så regnes batteritiden ut i fra en last på 700-800VA. Det er når vi ønsker lenger batteritiden enn det de interne batteriene klarer å levere, at vi må kalkulere litt.

I UPS-applikasjoner over 40kVA (40 000VA) må vi nesten alltid kalkulere størrelsen på batteribanken da disse UPS’ene (de tradisjonelle UPS’ene vel og merke) i det store og det hele, kommer uten interne batterier. Disse flyttes enten ut i eget stativ eller skap, egnet for applikasjonen.

Men før vi går på de oppgavene, må vi lære oss å regne på batterier og ikke minst forstå hvordan vi skal gjøre en kalkulering. Og nei…det er ikke bare å ta ampere x timer på grunn av at batteriet kommer med en Ah-betegnelse 🙂

Det er flere måter å beregne batteritider og tallene gitt fra batteriprodusentene gis i forskjellige verdier. Èn måte å gjøre det på, er å bruke batteriets utlade- karakteristikk watt pr batteri eller pr celle. Kommer mer om dette lenger ned….

Hva trenger vi av informasjon for å kunne gjøre en slik kalkulering?
1. Vi må selvfølgelig vite lasten. Hvor mye skal vi trekke ut fra en evt batteribank?
La oss nå si at vi holder oss til allerede nevnte 1000VA UPS og at vi regner ut i fra full last..altså 1000VA.

Bare for å gjøre det litt mer komplisert enn det allerede begynner å virke, så nevnte jeg noe med watt pr blokk eller celle. Dette er produsentenes verdier og vi må derfor gjøre lasten vi allerede har i VA, om til Watt. Ingen stor sak egentlig da dette er verdier som UPS-produsentene som regel oppgir. Alle UPS har en PF (power factor cos fi). Dvs at vår UPS (som faktisk også er en ikke-lineær last på lik linje med andre elektroniske laster) med en power factor på 0,9, avgir 900W (1000VA*0,9)

En UPS vil også alltid trekke mer fra både strømnettet og batteribanken enn det den karer å levere på utgangen, dette kalles virkningsgrad og/eller effektivitet. Vi betrakter dette som et tap som igjen forsvinner i form av feks varme. På mindre UPS’er (som i dette tilfellet en 1000VA), vil det ikke har noen spesiell betydning, men vi tar det med i regnestykket. Så hvor effektiv er egentlig en UPS…..I våre regnestykker anslår vi en typisk UPS for å være 95% effektiv. Dette representerer de fleste UPS’ene.

Så… verdien vi skal bruke i regnestykket vårt, er altså 1000VA*0,9/0,95=947,4W
Verdien er altså i watt fordi vi bruke 0,9 som effekt faktor.

2. Vi trenger så å vite hvilken batterispenning vår UPS benytter seg av…men hvorfor det? Jo, den forteller oss hvor mange batterier (eller blokker på fagspråket) vi kan fordele lasten over. La oss nå si at vår UPS benytter seg av 36Vdc (altså en batterispenning på 36V). Det gir oss 3 stk batterier da vi i de fleste applikasjoner benytter oss av 12V-batterier.

Vi leste også lenger opp at produsenten oppgir sin utlade-karakteristikke’en i watt pr blokk eller celle (vær obs på dette når man leser batteriets datablad). Til informasjon, så består et 12V batteri av 6 stk 2V-celler.
Så…vi har altså 6 celler x 3 batterier (36V) hvilket gir 18celler totalt men la oss ikke tenke på dette så mye nå, da verdien for våre batterier, oppgis pr blokk.

Da kan vi gå til selve utregning.
Vi har funnet ut at vi ønsker å kalkulere med en last på 947,4W fordelt over 3 stk blokker = 315W (dersom vi må finne verdien pr celle, er det bare å fordele på antall battericeller som ville tilsvart 52,63W/celle…) men hvordan i all verden får vi brukt denne informasjonen?

Jo, vi må nok inn i databladene til det aktuelle batteriet for å finne ut mer. Ta et eksempel i vårt GP1272F2. Et 12V/7,2Ah-batteri. I dokumentasjonen til dette batteriet (som kan lastes ned under «Dokumentasjon) finner vi utlade – karakteristikken nederst på første side.

Vi finner ut at dette batteriet klarer å levere 360W i 5 min før cellespenning reduseres til 1,67V (la oss ikke fordype oss i denne verdien men holde oss til 1,67 eller i noen tilfelle 1,65V fremover). Vi tømmer jo batteriet for spenning og ved fulladet batteri, er cellespenningen altså 2V. Når spenningen reduseres til 1,67V, så kutter batteriet og vi har ikke lenger noen batteribackup.

Vi kan nå leke oss med tall og kanskje finne ut av hvordan vi kan forlenge batteritiden ved å legge til en ekstra batteribank bestående av enten 3,, 6 9 eller 12 batterier (dette for å opprettholde en batterispenning på 36Vdc). Husk her at batteribanken (i dette tilfellet, 3 batterier) må koples opp parallelt for å øke kapasiteten og ikke serie, som ville økt batterispenningen (se eget innlegg her i bloggen)

Større trafoløse UPS’er har som eksempel 40 blokker, hvilket gir oss 240 celler, altså en batterispenning på 480Vdc. Trafobaserte UPS’er har typisk 30 stk blokker og en helt annen batterispenning. Utregningen er uansett den samme. Om vi feks har en 20kVA UPS og ønsker å finne ut av størrelsen på batteriene (i Ah) dersom vi ønsker en batteritid på 30 minutter ved full last (selv om det er usannsynlig å belaste en UPS med 100%)

20000*0,9 (dersom PF er 0,9)/0,95 (vi sier den er 95% effektiv eller har et tap på 5%), noe som gir oss en last på 18947W. Vi har da el last på ca 474W pr blokk (40 blokker) eller 79W/celle (240 celler). Let opp et datablad på blokker i serien 33 til 40Ah og finn ut at et 40Ah batteri vil være det nærmeste man kommer.

Mulig du kanskje ble mer forvirret, men les gjennom et par ganger, så sitter det.