축전지 용량 산정

Battery Sizing

축전지 용량 산정은 UPS 뒤에 붙는 전지가 몇 Ah여야 하는지를 계산하는 실기 단원이에요. UPS 용량·백업 시간·셀 전압에서 방전 특성을 거쳐 Ah를 구하는 흐름이 핵심이에요. 방전율에 따라 보이는 용량이 달라져 여유를 두는 습관이 중요해요. 용량·백업 시간 슬라이더로 산정 흐름과 방전 곡선을 살펴봐요.

UPS 뒤에 축전지, 몇 Ah?

UPS 50kVA를 설치하고 15분간 무정전을 보장해야 합니다. 축전지 셀 전압 2.0V(납축전지)를 사용할 때, 필요한 축전지 용량(Ah)과 직렬 셀 수는?

🔋 축전지 산정 흐름

① UPS 용량(kVA) → 부하 전력(kW) → DC 전류(A)

② DC 전압 ÷ 셀 전압 → 직렬 셀 수

③ DC 전류 × 방전시간 ÷ 보수율 → 축전지 Ah

④ × 안전율(1.25) → 최종 용량

용량 산정 흐름 + 방전 특성

UPS 용량50 kVA

백업 시간15 분

셀 전압2 V

🔑 그래프 읽는 법

① 방전 곡선: 초기 전압 급락 → 평탄 구간 → 종지전압 근처 급락

② 빨간 점선 = 백업 시간 → 이 시점에서 종지전압 이상이어야 함

③ 백업 시간 ↑ → 필요 Ah ↑ (비례 이상으로 증가)

④ 셀 전압 ↓(리튬 1.2V) → 직렬 셀 수 ↑, 같은 Ah로 더 오래 사용

핵심 공식과 풀이

축전지 용량

C [Ah] = I × TK × L

I: 방전전류[A], T: 방전시간[h], K: 보수율, L: 환산시간계수

직렬 셀 수

N = V_DCV_cell

V_DC: DC 링크 전압, V_cell: 셀 전압 (납 2.0V, 리튬 3.7V)

🔧 공식 → 풀이

①용량 공식과 셀 수를 먼저 정하고

②실제 수치를 대입하여 답안을 완성한다

풀이 과정

I = 40kW × 1000192V = 208.3A, N = 1922 = 96셀C = 208.3 × 0.25h0.85 × 1.25 = 77 Ah

UPS 50kVA, 역률0.8, 백업15분, 보수율0.85, 안전율1.25

최종 답안

축전지: 80 Ah × 96셀 (직렬)

Ah는 10단위 올림, 셀 수와 함께 기재

함정 포인트 & 변형 문제

⚠️ 자주 틀리는 포인트

① 방전시간 단위: 분 → 시간 변환 빠뜨림 (15분 = 0.25h)

② 보수율(K)과 안전율(1.25)은 다른 계수 → 둘 다 적용해야 함

③ 납축전지(2.0V) vs 알카리(1.2V) vs 리튬(3.7V) → 셀 전압 혼동

④ 종지전압 = 셀 전압의 약 85% → 문제에서 주어지는 값 사용

보수율 기준

K = 0.8 (25°C 기준), 온도보상: 매 1°C ↓ → K × 0.006 감소

저온 환경일수록 보수율 ↓ → 필요 용량 ↑

🔄 변형 문제 패턴

① 소방용 축전지: 비상조명 30분 + 유도등 20분 → 용도별 시간 다름

② 병렬 뱅크: 1뱅크 고장 시 나머지로 커버 → 용량 × 2

③ 충전기 용량 산정: C/10 또는 C/5 전류 + 상시부하 전류

실전 답안 체크리스트

축전지 Ah

C = I · TK · L

× 안전율 1.25

셀 직렬수

N = V_DCV_cell

올림 적용

🎯 시험 포인트

① DC 전류 산출: kW → A 변환 시 DC 링크 전압(192V, 384V 등) 확인

② 방전시간을 '시간(h)' 단위로 환산했는지 반드시 체크

③ 보수율(0.8) × 안전율(1.25) → 순서 무관하나 둘 다 적용

④ 최종 Ah는 표준 규격(50, 100, 150, 200…)으로 올림 선정

⑤ 답안에 'OO Ah × OO셀 직렬' 형태로 셀 수도 함께 기재

📝 대표 기출문제

①[기출유형] UPS 100kVA(역률 0.8), DC 192V, 백업 30분, 보수율 0.8, 안전율 1.25일 때 축전지 용량을 구하시오. (답: I=417A, C=417×0.5/(0.8)×1.25 = 326Ah → 350Ah)

②[기출유형] DC 384V, 셀 전압 2.0V일 때 직렬 셀 수를 구하시오. (답: 384/2.0 = 192셀)

③[기출유형] 축전지 200Ah, 충전율 C/10일 때 충전기 용량을 구하시오. (답: 200/10 = 20A + 상시부하 전류)