UPS 배터리 시스템 확장 계획 방법: 용량, 전력 및 모듈형 설계

기존 UPS 배터리 시스템을 확장하면 백업 실행 시간을 연장하거나 추가적인 필수 부하를 지원하거나 전원 회복력을 향상시킬 수 있습니다. 올바른 접근 방법은 현재 시스템을 제한하는 요소에 달려 있습니다. 즉, 저장된 에너지, 배터리 방전 능력, UPS 출력 전력, 또는 기존 전원 아키텍처입니다.

배터리 추가가 항상 답은 아닙니다. 충분한 UPS 출력 용량을 가지고 있지만 배터리 실행 시간이 부족한 시스템은 추가적인 배터리 용량이 필요할 수 있습니다. 더 높은 부하를 지원하지 못하는 시스템은 UPS 업그레이드가 필요할 수 있으며, 중복성을 개선하려면 전원 아키텍처에 변경이 필요할 수 있습니다.

이 가이드를 사용하여 확장 요구 사항을 식별하고, 기존 시스템이 지원할 수 있는 사항을 결정한 후, 새로운 장비에 대한 약속을 하기 전에 실용적인 경로를 선택하세요.

확장해야 할 것이 무엇인가요?

해결해야 할 운영 문제부터 시작하세요. 아래 표를 사용하여 관련된 섹션으로 바로 이동하십시오.

요청 사항	섹션으로 이동	핵심 결정
백업 실행 시간 연장	추가 배터리 용량 계산	필요한 추가 사용 가능한 에너지는 얼마나 되나요?
더 높은 비판적 하중을 지원하세요	UPS 및 배터리 전원 확인하기	UPS 출력이 제한되어 있는지, 또는 배터리 방전 능력이 부족한 것인가요?
중복성을 증가시켜주세요	확장 방법 선택하기	시스템이 견뎌야 할 실패 시나리오는 어떤 것인가?
배터리를 주문하기 전에 호환성을 확인하십시오	배터리 호환성 확인	기존 UPS는 제안된 배터리 구성에 지원합니까?
고령화된 배터리 시스템 확장	교체할까요 아니면 재설계할까요?	확장이 교체나 재설계보다 더 실용적인가요?

이 요구사항들은 겹칠 수 있습니다. 예를 들어, 서버를 추가하면 필요한 백업 에너지와 배터리 방전 전력 모두를 증가시킬 수 있습니다. 그런 경우, 런타임만을 고려하여 확장을 설계하는 대신 두 가지 제약 조건을 모두 평가해야 합니다.

1. 필요한 추가 배터리 용량 계산하기

임계 하중이 약간 변함없이 유지되지만 필요한 백업 시간이 증가하는 경우, 배터리 시스템이 추가로 제공해야 하는 에너지를 추정하십시오.

추가 에너지 수요를 추정하십시오

유용한 첫 번째 계산은:

추가 부하 에너지 (kWh) = 비상 부하 (kW) × 추가 운전 시간 (시간)

데이터 센터가 100kW의 일정한 중요한 부하를 지원하면서 백업 시간을 10분에서 15분으로 연장해야 한다고 가정해 보겠습니다.

추가 런타임은 5분입니다:

100 kW × 5/60 시간 = 8.33 kWh

이것은 부하에 제공되어야 하는 추가 에너지입니다. 이는 8.33 kWh 배터리 확장이 충분할 것임을 의미하지 않습니다.

배터리가 UPS 변환 손실을 고려한 후에 지정된 운영 조건 하에서 사용 가능한 배터리 에너지량을 제공해야 합니다. 방전률, 온도, 배터리 노후화 및 제조사의 운영 한계는 모두 결과에 영향을 줄 수 있습니다.

초기 계획을 위해, 관계는 다음과 같이 표현할 수 있습니다:

추정된 명목 배터리 에너지 ≈ 필요한 부하 측 에너지 ÷ (UPS 효율 × 적용 가능한 사용 가능 용량 비율)

사용 가능한 용량 비율은 관련된 운영 및 수명 종료 가정을 반영해야 합니다. 사용 중인 용량 또는 작동 시간 데이터에 이미 포함되어 있지 않은 경우에만 추가적인 감소를 적용하십시오. 그렇지 않으면 동일한 제한이 두 번 계산될 수 있습니다.

이 추정치는 필요한 확장 규모를 결정하는 데 도움이 되지만, 최종 배터리 사양으로 간주되어서는 안 됩니다. UPS 응용 분야는 일반적으로 상대적으로 짧은 기간 동안 고배전률을 요구하므로, 명목상 kWh만으로는 실행 시간을 정확히 예측할 수 없습니다.

크기 가정에 대한 더 자세한 설명은 UPS 배터리 크기 계산 방법.

견적을 확장 결정으로 전환하세요

추가 에너지 수요를 추정한 후, 기존 시스템의 의도된 하중 하에서 실제 작동 시간 또는 제조사 계산 값과 필요한 작동 시간을 비교하십시오.

• UPS는 추가 배터리 용량을 지원하며, 기존 시스템은 필요한 방전 전력을 제공할 수 있습니다: 제조사 방전 데이터 또는 검증된 UPS 실행 시간 도구를 사용하여 추가 배터리 구성 요소를 결정하십시오.
• 배터리 시스템이 허용된 방전 한계에 도달합니다: 승인된 대체 구성이 필요한 배출 능력을 제공할 수 있는지 확인하십시오. 명목 용량을 추가하는 것만으로는 문제를 해결하지 못할 수 있습니다.
• 필요한 구성이 UPS 제조업체가 지원하는 한도를 초과합니다: 더 큰 배터리 범위를 계산하지 마고 연결할 수 있다고 가정하지 마십시오. 승인된 시스템 수정 또는 재설계를 평가하십시오.

100 kW 예제의 경우, 8.33 kWh 수치는 부하에서 추가로 필요한 에너지를 나타냅니다. 실제 배터리 확장은 기존 시스템의 성능, 배터리 방전 특성 및 허용된 구성에서 결정되어야 합니다.

결정: 먼저 런타임 간격을 설정한 후, 이를 닫기 위해 추가로 필요한 배터리 구성 요소를 결정하십시오. 로드 측 에너지 계산을 직접 구매량으로 사용하지 마십시오.

2. UPS 및 배터리가 더 높은 부하를 지원하는지 확인하세요

새로운 서버, 저장 장비 또는 기타 핵심 장치가 부하를 증가시키면 먼저 UPS 출력 능력을 확인하십시오. 그 후에 배터리 시스템이 필요한 DC 전력을 공급할 수 있는지 평가하십시오.

단계 1: UPS가 새 부하를 지원할 수 있는지 확인하세요

제안된 로드가 시스템의 허용 출력 및 중복 제한 내에 있는지 확인하기 위해 UPS 기술 문서와 현재 모듈 구성 사용하세요.

필요한 경우 kW 및 kVA 모두에서 등급화된 출력을 확인하십시오. 예상 부하의 전력 인자, 관련 과부하 제한 사항 및 복구를 위해 사용 가능한 용량을 확인하십시오.

추가 부하가 UPS의 지원 출력 용량을 초과하면, 배터리 추가는 UPS의 정격 출력 전력을 증가시키지 않습니다. 추가적인 UPS 전원 모듈, 더 큰 UPS, 또는 재설계된 전원 시스템을 고려한 후 배터리 구매를 결정하십시오.

UPS가 제시된 부하를 지원하면서 필요한 중복 수준을 충족할 수 있다면, 배터리 측 평가로 이동합니다.

단계 2: 배터리가 필요한 전력을 공급할 수 있는지 확인하세요

배터리 시스템은 정전 중 UPS를 지원하기 위해 충분한 DC 전력을 공급해야 합니다. 그 능력은 허용된 방전 전류, 운영 전압, 배터리 설계, BMS 한도 및 시스템에 승인된 구성에 따라 달라집니다.

예비 견적을 위해:

배터리 측 DC 전류 ≈ 필요 DC 전력 ÷ 배터리 DC 전압

실제 현재 전류는 변환 손실과 방전 중 DC 전압에 따라 달라집니다. 이 관계를 통해 근사한 전류 요구량을 이해하는 데 사용하되, 최종 케이블, 보호 장치 또는 배터리 등급을 결정하기 위해서는 사용하지 마십시오.

다음으로, 필요한 전력과 전류를 제조업체의 방전 데이터 및 해당 전압과 운영 조건에서 허용되는 작동 한계와 비교하십시오.

• UPS 출력이 부족합니다: UPS 전원 업그레이드 또는 시스템 재설계를 평가하세요.
• UPS 출력은 충분하지만, 배터리 방전 능력이 부족합니다: 승인된 배터리 구성이 더 높은 전력 요구 사항을 충족할 수 있는지 확인하세요.
• 둘 다 부족합니다: 배터리 확장을 독립적인 해결책으로 보는 대신 통합된 UPS 및 배터리 업그레이드를 평가하십시오.

결정: 배터리 방전 능력을 평가하기 전에 UPS의 출력 능력을 확인하세요. 이는 실제 제한이 UPS 자체인 경우 추가 배터리 용량에 투자하지 않도록 합니다.

3. 시스템에 적합한 확장 방법을 선택하세요

제한 요인을 식별한 후, 사용 가능한 확장 경로를 비교하십시오. 적절한 옵션은 기존 플랫폼의 문서화된 기능과 필요한 변경의 규모에 달려 있습니다.

옵션 1: 기존 시스템 내 배터리 모듈 추가

기존 배터리 플랫폼 내부에 모듈을 추가하는 것은 제조사가 모듈 수준의 확장을 명시적으로 지원하고 현재 시스템에 충분한 구성 여유가 있는 경우 적합할 수 있습니다.

이 접근 방식은 추가된 모듈이 플랫폼의 승인된 용량, 배출, 충전 및 제어 한도 내에 유지되는 한 기존 설치 변경 사항을 제한할 수 있습니다.

다음과 같은 경우 이 경로를 선택하세요: 기존 배터리 플랫폼은 추가 모듈을 지원하며, 필요한 증가는 승인된 구성 이하에서 처리될 수 있습니다.

옵션 2: 병렬 배터리 캐비닛 또는 스트링 추가

기존 캐비넷 배치가 충분한 용량 또는 방전 능력을 제공하지 못할 때 추가 캐비넷 또는 배터리 스타트가 적절할 수 있습니다.

그러나 병렬 운영은 시스템 설계에 의해 지원되어야 합니다. 명명된 전압을 일치시켜도 배터리 캐비닛 또는 스트링 간의 호환성을 보장하지 않습니다. 제안된 구성은 전류 공유, 분리, 보호 및 제어를 위한 승인된 배치가 있어야 합니다.

다음과 같은 경우 이 경로를 선택하세요: 배터리 플랫폼은 제안된 병렬 구성과 관련된 전기 및 제어 인프라를 지원하며 확장을 수용할 수 있습니다.

메인 디자인 질문이 추가 배터리 용량을 어떻게 보관하고 배열하는 것이라면, 보기 UPS 배터리 캐비닛과 배터리 랙: 데이터 센터에 어때?.

옵션 3: UPS 전원 모듈을 업그레이드하거나 시스템을 재설계하세요

UPS 출력 등급, 중복 구성 또는 기존 인프라가 필요한 확장을 방해하는 경우, 배터리를 추가하더라도 해당 제한은 제거되지 않습니다.

더 높은 부하를 지원하거나, 새로운 복구 목표를 달성하거나, 상당히 다른 전력 아키텍처를 수용하기 위해 UPS 모듈 업그레이드 또는 더 광범위한 시스템 재설계가 필요할 수 있습니다.

다음과 같은 경우 이 경로를 선택하세요: 필수 출력, 중복 또는 시스템 구성이 기존 플랫폼의 배터리 확장만으로 지원할 수 있는 범위를 초과합니다.

해결책을 제약 조건에 맞추세요

런타임 부족 시, UPS 및 배터리 플랫폼이 지원하는 경우 추가 배터리 용량이 충분할 수 있습니다. 더 높은 부하에 대해서는 UPS 출력 및 배터리 방전 능력이 모두 적절해야 합니다. 고장 내성성을 향상시키기 위해 설계는 시스템이 견뎌야 할 고장 시나리오 및 전원 경로를 고려해야 합니다.

이것들은 다른 공학적 목표입니다. 식별된 제약을 해결하는 확장 방법을 선택하십시오. 가장 많은 명목상 배터리 용량을 추가하는 옵션을 선택하는 대신에 말입니다.

4. 추가 배터리 주문 전 호환성 확인하기

잠재적인 확장 방법이 선택된 후, 제안된 구성이 기존 시스템에 통합될 수 있는지 확인하십시오. 각 검증은 설계가 지원되는지, 수정이 필요한지 또는 거부되어야 하는지를 결정해야 합니다.

지원되는 배터리 구성 확인

정확한 UPS 모델과 외부 배터리 시스템에 대한 제조사의 문서부터 시작하세요.

허용된 DC 전압 범위, 지원되는 배터리 모델, 최대 승인된 모듈 또는 캐비닛 구성 및 병렬 운영에 대한 제한 사항을 식별하십시오.

제안된 구성이 문서화된 한도를 벗어날 경우, 주문하기 전에 대체 방법에 대해 기술적 승인을 받아야 합니다. 유사한 전압 등급 또는 커넥터를 가진 배터리가 교환하여 사용할 수 있다고 가정하지 마십시오.

충전 및 BMS 통합 확인

제안된 배터리가 UPS의 충전 요구 사항 및 허용되는 충전 및 방전 전류를 지원하는지 확인하십시오.

BMS 통신이 필요한 경우, 지원되는 인터페이스 및 프로토콜, 관련 펌웨어 호환성, 상태 보고, 배터리 경보 또는 보호 이벤트에 UPS가 어떻게 반응하는지 확인하십시오.

예를 들어, 배터리가 적절한 전압 범위를 가지고 있지만, UPS가 그 배터리의 BMS 상태를 해석하지 못하거나 보호 경보에 올바르게 반응하지 못하는 경우 여전히 부적합할 수 있습니다. 해결책은 간단한 연결 변경이 아니라 승인된 인터페이스 또는 다른 배터리 구성이 될 수 있습니다.

커스터마이즈된 전압, 통신, BMS 또는 기계적 요구 사항을 포함하는 프로젝트의 경우, 리튬 UPS 배터리 시스템을 맞춤 설정하는 방법.

제안된 확장이 현재 배포, 보호 장치 등급, 커넥터 또는 케이블 요구 사항에 영향을 미치는지 확인하십시오. 기존 구성 요소가 적절하게 유지된다고 가정하지 말고 승인된 설계와 비교하여 이러한 세부 사항을 평가하십시오.

설치가 확장을 지원할 수 있음을 확인하세요

제안된 캐비닛의 치수와 무게를 설치 영역과 비교하십시오. 필요한 유지보수 공간, 냉각 또는 환기 배치, 케이블 경로 및 관련 분배 장비의 용량을 확인하십시오.

물리적으로 맞는 캐비넷이라도 설치 전 케이블, 분배 또는 보호에 변경이 필요한 경우가 있습니다.

실시간 데이터 센터에 대해 허용된 설치 시간대, 고립 절차 및 작업 중 핵심 부하를 보호하기 위해 필요한 일시적 조치를 설정하십시오. 확장을 중단 없이 또는 기존 배터리 시스템이 전원이 켜진 상태에서 수행할 수 있다고 가정하지 마십시오.

주문을 하기 전에, 프로젝트 팀은 승인된 배터리 구성, 필요한 전기 또는 제어 변경 사항, 물리적 설치 요구 사항 및 인수 계획을 식별할 수 있어야 합니다. 구매 전에 관련 제조사나 시스템 통합업체와의 호환성 문제를 해결해야 합니다.

5. 확장 시스템을 위탁하고 성능을 검증하라

설치 후, 프로젝트를 정당화했던 요구사항에 대해 확장된 시스템을 테스트하십시오. 목표는 새로운 배터리가 연결되었는지 단순히 확인하는 것이 아니라 승인된 구성 검증 및 필요한 성능을 보여주는 것입니다.

설치 및 통합 확인

설치된 모듈 또는 캐비닛이 승인된 설계와 일치하는지 확인하십시오. 시스템을 서비스에 제공하기 전에 연결, 극성, 보호 장치 및 전기 측정에 대한 지정된 점검을 완료하십시오.

UPS가 배터리 시스템을 인식하고, BMS 통신, 배터리 상태, 충전 동작 및 관련 경고가 의도한 대로 작동하는지 확인하십시오. 승인 전에 제조사의 절차에 따라 통신 또는 보호 고장을 해결하십시오.

원래 확장 목표를 테스트하세요

설치 계획은 실제 프로젝트 요구사항을 반영해야 합니다:

• 더 긴 실행 시간을 위해: 합의된 부하 및 테스트 조건 하에서 시스템이 지정된 백업 기간을 충족하는지 확인하십시오.
• 더 높은 부하를 위해: UPS 및 배터리 시스템이 승인된 출력, 방전 및 전류 한도 내에서 작동하는지 확인하십시오.
• 개선된 중복성으로: 승인된 시스템 설계와 비교하여 필요한 운영 및 고장 시나리오를 검증하십시오.

설치 전에 테스트 방법과 수용 기준에 동의하십시오. 완전 방전 테스트는 모든 비상 시설에서 적절하지 않을 수 있으므로 검증 방법은 제조사의 절차와 현장의 운영 요구 사항을 따라야 합니다.

마지막으로, 설치된 도면, 배터리 구성 기록, 모니터링 설정 및 유지보수 문서를 업데이트하십시오. 이는 미래의 서비스 또는 확장 결정이 오래된 설계 가정 대신 설치된 시스템을 반영하도록 보장합니다.

6. 확장 대신 교체 또는 재설계를 언제 해야 하나요?

점진적인 확장은 항상 가장 신뢰성 있거나 비용 효율적인 옵션이 아닙니다. 기존 시스템이 필요한 구성 요건을 지원할 수 없거나 리모델링이 비례하지 않는 운영 위험을 초래하는 경우, 교체 또는 재설계가 더 적절할 수 있습니다.

다음과 같은 경우 대안을 고려하십시오:

• 배터리 플랫폼은 더 이상 지원되지 않습니다. 필수 모듈은 중단되었으며, 승인된 대체품이 없거나 제조사가 지원되는 확장 경로를 확인할 수 없습니다.
• 기존 배터리는 제조사의 요건에 따라 결합할 수 없습니다. 조건, 구성 또는 운영 특성의 차이가 제안된 확장이 적합하지 않을 수 있습니다.
• UPS 또는 전력 인프라가 한계에 도달했습니다. 새로운 하중, 충전 요구 사항 또는 이중성 목표는 배터리 확장만으로 해결할 수 없는 변경이 필요합니다.
• 시스템의 원래 아키텍처는 운영 요구사항을 더 이상 충족시키지 못합니다. 시설은 다른 중복 구성, 추가 전원 경로 또는 훨씬 더 높은 용량이 필요합니다.
• 리모델링은 안전하게 또는 경제적으로 실행하기가 어렵습니다. 설치 제약 조건, 정전 시간대, 운영 검증 요건 또는 유지보수 제한이 점진적인 확장에 불합리하게 만듭니다.

가능한 옵션의 전체 비용을 비교하세요

시스템의 예상 서비스 수명 동안 중요한 비용과 위험을 사용하여 지속적인 확장을 교체 또는 재설계와 비교하십시오. 추가 배터리, 필요한 경우 UPS 또는 분배 업그레이드, 설치 및 시운전, 운영 중단 및 가까운 미래에 또 다른 대규모 수정이 발생할 가능성 등을 포함하십시오.

예를 들어, 상대적으로 작은 배터리 추가가 초기 비용은 낮을 수 있지만 기존 UPS가 곧 교체가 필요할 경우 장기적인 가치가 낮을 수 있습니다. 반대로 현재 플랫폼에 충분한 여유 공간이 있고 간단하고 승인된 확장이 가능한 경우 전체 시스템을 교체하는 것은 불필요할 수 있습니다.

결정: 기존 시스템이 필요한 구성과 전체 비용 및 운영 리스크가 합리적인 경우에만 확장 계속하세요. 그렇지 않으면 새로운 배터리에 투자하기 전에 대체 또는 재설계를 평가하십시오.

결론: 검증된 시스템 한도를 기반으로 확장하라

실용적인 UPS 배터리 확장은 목표 결과부터 시작됩니다. 더 긴 실행 시간을 위해 용량 차이를 계산하고, 더 높은 부하를 지원할 때 UPS 출력을 배터리 방전 능력 전에 확인하며, 복원력을 향상시킬 때 전력 아키텍처를 평가하십시오. 그런 다음 승인된 구성 확인, 성능 검증, 기존 시스템이 한계에 도달할 때 확장과 교체 비교를 수행하십시오.

프로젝트 평가를 위해 UPS 모델, 현재 배터리 구성, 비상 부하, 필요한 실행 시간 및 의도된 확장 목표를 준비하세요. ACE 배터리 고객과 함께 일합니다 맞춤형 배터리 및 에너지 저장 솔루션. 이러한 세부 사항은 기존 구성이 확장될 수 있는지 또는 다른 배터리 설계가 필요한지 논의하는 유용한 시작점이 됩니다.