Comment dimensionner l'autonomie de la batterie d'un onduleur pour une charge réelle
«Nous avons besoin d'un onduleur de 6 kVA pour fonctionner pendant 20 minutes» est un point de départ, pas une spécification de batterie. Le même onduleur peut alimenter un rack réseau de 1,5 kW ou un groupe d'instruments de 4 kW. Ces charges puiseront des quantités très différentes dans sa batterie.
La puissance nominale en kVA indique la capacité de sortie de l'onduleur. L'autonomie dépend de la puissance qui reste connectée pendant la panne, de la configuration de la batterie et de la performance des batteries sélectionnées à ce taux de décharge. Une étiquette marquée 100 Ah ne règle pas non plus la question.
Le chemin de dimensionnement :
- Mesurez le kW protégé et notez quand la charge change.
- Convertissez cette charge en une demande de décharge de batterie à l'aide des données du mode batterie de l'onduleur.
- Vérifiez les minutes requises par rapport au tableau de décharge exact de la batterie et à la configuration approuvée de l'onduleur ; vérifiez le système installé sous charge.
Le premier calcul pointe vers les données de batterie qui méritent d'être vérifiées.
Commencez par l'équipement qui doit continuer à fonctionner après la coupure du courant du secteur. Mesurez ou obtenez sa puissance de fonctionnement en kW et notez si la charge change pendant la panne. Une salle de serveurs peut délester les équipements non essentiels après plusieurs minutes. Une ligne de production peut avoir un moteur qui démarre pendant que l'alimentation est sur batterie. Un seul chiffre en régime permanent manquera les deux situations.
Enregistrez également le kVA ou le facteur de puissance et tout courant de démarrage ou de pointe. L'autonomie est principalement un problème d'énergie et de taux de décharge ; l'onduleur lui-même doit toujours supporter le kW continu, le kVA et les pics de courte durée de la charge. Si ces puissances nominales ne conviennent pas, une batterie plus grande ne résoudra pas le choix de l'onduleur. Notre guide de dimensionnement des onduleurs industriels et médicaux couvre cette première vérification plus en détail.
Pour une charge variable, fournissez au fournisseur un court programme de charge : par exemple, la puissance requise pendant les cinq premières minutes, ce qui peut être arrêté, et ce qui reste pour le reste de la panne. Un seul chiffre d'autonomie indiqué à une charge constante peut ne pas représenter cette séquence.
Choisissez le temps cible à partir du travail que l'onduleur doit terminer : maintenir l'équipement en marche pour un arrêt ordonné, assurer la transition vers un générateur, ou supporter le fonctionnement continu jusqu'à ce qu'une autre alimentation soit disponible. Ce sont des promesses différentes. La durée moyenne des pannes d'un site est une information utile, mais elle ne peut pas remplacer le temps de fonctionnement requis pour la charge protégée.
«20 minutes» devrait signifier 20 minutes à la charge protégée, jusqu'au moment où l'alimentation est rétablie ou que l'équipement s'est arrêté en toute sécurité. Si un générateur est impliqué, comptez toute la transition : démarrage, atteinte de la tension et de la fréquence utilisables, transfert de l'alimentation, et l'onduleur acceptant cette entrée. Le temps de démarrage du moteur seul n'est pas le temps de batterie requis.
Décidez si la cible s'applique uniquement à une batterie neuve, entièrement chargée, à une température ambiante spécifiée, ou si elle doit toujours être atteinte plus tard dans la durée de vie de la batterie. Ce sont des exigences de conception différentes. Si des pannes répétées sont possibles, vérifiez la quantité de charge que le système peut récupérer entre les événements plutôt que de supposer que chaque événement commence avec une batterie pleine. Notre guide de chargement des batteries d'onduleurs explique pourquoi la capacité du chargeur et la fenêtre de recharge disponible sont importantes.
Le premier calcul le plus simple est :
Puissance de la batterie (kW) ≈ charge CA protégée (kW) ÷ rendement CC-CA en mode batterie
Utilisez le rendement ou les données de courant de décharge de la batterie pour le modèle d'onduleur réel et le niveau de charge. Incluez les charges CC auxiliaires si le fabricant ne les a pas déjà incluses. Pour une conception finale, utilisez l'outil d'autonomie du fabricant ou les données de courant de décharge : le rendement de l'onduleur et la tension de la batterie peuvent changer à mesure que la batterie se décharge.
Voici une illustration détaillée utilisant des hypothèses hypothétiques :
- Charge protégée mesurée : 3,0 kW
- Autonomie requise : 20 minutes
- Rendement supposé de l'onduleur en mode batterie : 90%
- Configuration de batterie supposée : une chaîne série de seize blocs VRLA de 12 V, six cellules par bloc
La puissance estimée côté batterie est de 3,0 ÷ 0,90 = 3,33 kW. Répartie sur 16 blocs, cela représente environ 208 W par bloc, ou 34,7 W par cellule sur 96 cellules. C'est la demande de décharge à vérifier dans le tableau de la batterie.
Comparaison hypothétique — pas une spécification ou une garantie d'autonomie TAFENG. La charge fait une différence visible même avec le même rendement supposé de l'onduleur et la même chaîne de batterie :
| Charge CA protégée | Demande de batterie estimée | Puissance requise par cellule |
|---|---|---|
| 1,5 kW | 1,67 kW | 17,4 W |
| 3,0 kW | 3,33 kW | 34,7 W |
| 4,0 kW | 4,44 kW | 46,3 W |
Ces chiffres définissent la demande de batterie. Le tableau de décharge vous indique alors si une batterie donnée peut répondre à cette demande pendant 20 minutes.
Ouvrez maintenant le tableau de décharge à puissance constante du modèle de batterie proposé. Trouvez la valeur de 20 minutes à la température et à la tension de fin de décharge autorisées par l'onduleur. La batterie doit fournir au moins la puissance requise par cellule après application des allowances de vieillissement et de température du projet. Si le fabricant fournit des watts par bloc de 12 V à la place, comparez avec 208 W par bloc. Ne mélangez pas un tableau par cellule avec un calcul par bloc.
Le rendement supposé de 90 % et la chaîne de seize blocs rendent le calcul visible ; ils doivent être remplacés par les données réelles de l'onduleur. En particulier, ne déduisez jamais un nombre de batteries approuvé simplement en divisant une tension CC nominale par 12.
Multiplier la tension nominale de la batterie par les Ah donne une énergie nominale. Cela ne vous dit pas quelle quantité d'énergie le parc peut fournir en 20 minutes avant que l'onduleur n'atteigne sa tension de coupure. Une puissance nominale en Ah est mesurée sous un taux de test et une température spécifiés ; une décharge courte de l'onduleur peut être beaucoup plus exigeante.
Le câblage en série et en parallèle est également important. Dans une chaîne série, les tensions des blocs s'additionnent tandis que la puissance nominale en Ah reste celle d'un bloc. Une seconde chaîne approuvée en parallèle augmente la capacité disponible, mais l'onduleur et les fabricants de batteries doivent autoriser la configuration et spécifier sa protection. Ne multipliez pas les Ah par le nombre de blocs dans une seule chaîne série.
Les fabricants de batteries publient donc des données de décharge par temps, tension de fin et température. Une conception de 20 minutes doit utiliser une puissance nominale de 20 minutes ou une méthode de dimensionnement approuvée par le fabricant, et non une puissance nominale en Ah de dix ou vingt heures étirée en une promesse de 20 minutes. Vérifiez le modèle exact de la batterie : deux batteries avec la même indication Ah peuvent avoir des performances différentes à haut débit.
Avant de faire un devis, vérifiez le parc de batteries par rapport à la tension CC approuvée de l'onduleur, aux réglages du chargeur et au nombre de chaînes autorisé. Une batterie qui semble correcte sur le papier peut toujours être la mauvaise configuration pour l'onduleur. Vérifiez ensuite les dispositifs de protection, la taille des câbles et la distance jusqu'à l'armoire. Le guide de distance armoire-batterie explique pourquoi le courant CC et la chute de tension des câbles sont importants, surtout vers la fin de la décharge.
Pour un onduleur en ligne nécessitant une autonomie prolongée, ce modèle d'onduleur en ligne à batterie externe est une option à discuter avec TAFENG. La configuration de la batterie doit être approuvée pour le modèle d'onduleur, la charge et le site spécifiques. L'ajout de stockage n'augmente pas la puissance nominale de sortie de l'onduleur, et il ne rend pas l'autonomie illimitée.
Avant de valider, testez le système installé avec la charge protégée prévue et une procédure de test convenue. Enregistrez la charge initiale de la batterie, la température ambiante, le profil de charge et le moment où l'onduleur cesse de l'alimenter. Les courbes du fabricant servent de base à la sélection ; un test de mise en service vérifie l'installation que vous avez réellement construite.
Pour un système de secours par batterie d'onduleur en ligne, envoyez au fournisseur les détails qui détermineront la taille de la batterie :
- kW et kVA de fonctionnement mesurés, ainsi que tout changement de charge pendant la panne
- Charge de pointe ou de démarrage et sa durée
- Minutes requises et l'événement qui met fin au travail de la batterie
- Modèle ou chimie de batterie proposé, si déjà choisi
- La température ambiante réelle dans l'armoire à batteries, pas seulement le réglage de confort, et le modèle de l'onduleur
Avec ces détails, un fournisseur peut commencer un calcul défendable. Sans eux, «6 kVA, 100 Ah, 20 minutes» ne donne pas assez d'informations à un fournisseur pour faire un devis.
