Interview mit Apostolos Baltos USV als Industrie-4.0-Komponente

Apostolos Baltos, Entwicklungsingenieur bei Bicker Elektronik, und Redakteur Ralf Higgelke (rechts) bei der Demonstration der Eigenschaften einer UPSi-xxxx.
Apostolos Baltos, Entwicklungsingenieur bei Bicker Elektronik, und Redakteur Ralf Higgelke (rechts) bei der Demonstration der Eigenschaften einer UPSi-xxxx.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen wurden bislang zentral installiert. Aber im Zuge von Industrie 4.0 werden immer öfter dezentrale USVs an den Maschinen eingesetzt werden. Wir befragten dazu Apostolos Baltos, der bei Bicker Elektronik eine solche DC-USV entwickelt hat.

DESIGN&ELEKTRONIK: Herr Baltos, worin unterscheidet sich eine DC-USV für Industrieanwendungen von einer klassischen USV, wie wir sie von einem Rechenzentrum her kennen? 

Apostolos Baltos: Grundsätzlich ist zu sagen, dass eine DC-USV wie unsere UPSi fast immer dezentral an der Maschine, oder am Kleinrechner sitzt, daher eine kleine Bauform hat und weniger Leistung liefern muss als ein zentrales System. Eine zentrale USV, mit der eine Gruppe von Verbrauchern versorgt werden soll, ist immer groß und hat wegen des eingangsseitigen AC/DC-Wandlers und des ausgangsseitigen DC/AC-Umrichters naturgemäß einen schlechteren Wirkungsgrad. Mit unserer UPSi erreichen wir Werte von bis zu 97 Prozent.

Ein weiterer Unterschied liegt in der Wartung: Bei einer zentralen USV sind sehr viele Zellen parallel und in Reihe geschaltet, bei einer dezentralen DC-USV jeweils nur relativ wenige Zellen. Fällt nun eine Akkuzelle aus – und das ist ein typischer Fehlerfall –, dann fällt bei der zentralen Lösung die gesamte USV aus, bei einer dezentralen Lösung eben nur die eine. Dies ist wesentlich weniger aufwendig in der Wartung.

Nicht vergessen darf man auch, dass die Einsatzszenarien in Industrieanwendungen bei weitem vielfältiger sind als im IT-Bereich. Anwender müssen sich sehr genau überlegen, was sie absichern wollen und was nicht. Ein Beispiel: Nehmen wir an, ein Industrie-PCs hat eine Leistungsaufnahme von etwa hundert Watt. Bei einem größeren Display mit hoher Helligkeit kann der Anteil des Monitors bei etwa 40 Prozent liegen.

Nun muss der Anwender entscheiden, ob der Monitor bei einem Stromausfall wirklich weiterlaufen muss oder nicht. Braucht er ihn nicht zu versorgen, kann er an der DC-USV sparen. Der Akku wird kleiner und damit auch günstiger, denn etwa die Hälfte des Preises einer USV-Lösung geht auf den Akku.

Ein anderes Beispiel wäre der Einsatzort und die Einsatztemperatur: Lässt sich der Akku von der heißen Maschine absetzen, sind klassische Lithium-Ionen-Akkus eine gute Wahl, da sie aufgrund ihrer hohen Energiedichte im Verhältnis kostengünstiger sind als andere Akkuchemien. Muss der Energiespeicher nah an der Maschine oder in einer wärmeren Umgebung platziert werden und damit höhere Einsatztemperaturen verkraften, eignen sich Lithium-Eisenphosphat-Akkus oder Superkondensatoren, kurz Supercaps, besser. Wir beraten unsere Kunden in dieser Hinsicht gerne. Dazu haben wir ein Flussdiagramm und einen Fragenkatalog erarbeitet, an denen sich Anwender orientieren können.

Was sind die Randbedingungen und Anforderungen an eine DC-USV, die Sie bei der Entwicklung berücksichtigen mussten? 

Ich möchte hier vier Aspekte herausstellen: Zuverlässigkeit, Kosten, flexible Speicherlösungen und digitale Features.

Zuverlässigkeit ist immer sehr wichtig, denn eine USV wird eingebaut, weil die Aufrechterhaltung der Funktion wichtig ist. Naturgemäß darf eine USV aber nur wenig kosten, denn diese wird oft notgedrungen eingesetzt und bedeutet für den Anwender zusätzliche Kosten, die nicht direkt mit der Funktion seines Systems in Verbindung stehen. Bei den Speicherlösungen bieten wir flexible Optionen. Durch unterschiedliche Akkutechnologien lassen sich viele Applikationen mit einem hohen Optimierungsgrad umsetzen. So können wir hinsichtlich Lebensdauer, Temperaturbereich oder Anschaffungskosten optimieren. Eine DC-USV benötigt auch einige digitale Features und Kommunikationsschnittstellen, um sie an digitale Systeme anzubinden und die Akku-Restkapazität zu berechnen.