Dezentrale und kompakte USVs Whitepaper zur USV-Auswahl

Das modulare DC-USV-System UPSI mit wartungsfreien Supercap-Energiespeichern und sicheren LiFePO4-Batteriepacks
Das modulare DC-USV-System UPSI mit wartungsfreien Supercap-Energiespeichern und sicheren LiFePO4-Batteriepacks

DC-USV-Systeme sind mit unterschiedlichen Batteriesystemen erhältlich. Vorteile und Eigenschaften der einzelnen Energiespeicher für eine solche Applikation stellt Bicker Elektronik in einem aktuellen Whitepaper vor.

Wenn es um die ausfallsichere Verfügbarkeit prozessrelevanter Systeme und Komponenten geht, beginnt die Kausalitätskette ganz elementar bei der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) und dem damit verbundenen Schutz vor Stromausfällen, Flicker, Schwankungen oder Spannungseinbrüchen der 12-V- bzw. 24-V-DC-Stromversorgung. Hierfür kommen zunehmend dezentrale und kompakte DC-USV-Systeme zum Einsatz, sie sind direkt an der Maschine platzierbar und lassen sich in die Systeme integrieren.

Dabei sind die Anforderungen an eine unterbrechungsfreie DC-Stromversorgung vielfältig und individuell. Nicht zuletzt soll eine derartige „Versicherung gegen Stromausfälle“ möglichst kostengünstig, langlebig, flexibel und zuverlässig umsetzbar sein. Um diese Ziele optimal zu erreichen, bedarf es einer genauen Analyse der Applikation und detaillierter Kenntnisse der Vor- und Nachteile unterschiedlicher Batterietechnologien sowie einer gesamtheitlichen Betrachtung der TCO (Total Cost of Ownership).

Bicker Elektronik stellt dazu das Whitepaper „Auswahl der richtigen Batterietechnologie für langlebige und sichere DC-USV-Systeme“ zur Verfügung. Es zeigt die technologischen Unterschiede und Auswahlkriterien für Energiespeicher auf. Supercaps, Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LiFePO4), konventionelle Lithium-Ionen-Zellen (LCO/NMC), Reinblei-Zinn- sowie klassische Blei-Gel-Batterien werden hinsichtlich zahlreicher Parameter verglichen, unter anderem in Bezug auf Zellaufbau, Sicherheit, Energie- und Leistungsdichte, Lebensdauer, Strombelastbarkeit, Arbeitstemperaturbereich, Wartung, Transport und Lagerung sowie Initial-und Folgekosten. Am Beispiel des modularen DC-USV-Systems UPSI von Bicker Elektronik, welches für den flexiblen Einsatz unterschiedlicher Batterietechnologien ausgestattet ist, werden Aufbau und Funktion der Steuerungs- und Ladetechnik inklusive Batteriemanagementsystem (BMS) erläutert.

Im Bereich kurzer und mittlerer Überbrückungszeiten beschreibt das Whitepaper Aufbau, Funktion und Beschaltung wartungsfreier Supercaps als hocheffiziente und besonders langlebige Energiespeicher mit mehr als 500.000 Lade- und Entladezyklen. PC-gestützte Systeme sind in der Lage, bei einem sich abzeichnenden längeren Stromausfall kontrolliert herunterzufahren, Aktoren können in eine definierte Grundposition bewegt oder der aktuelle Prozessschritt in der Automation abgeschlossen werden, um nur einige Anwendungsbeispiele zu nennen. Im Gegensatz zu Batterien, die Energie über den Umweg einer chemischen Reaktion speichern, basieren Supercaps auf elektrophysikalischen Prinzipien und sind innerhalb kürzester Zeit geladen und einsatzbereit.

Für längere Überbrückungszeiten bietet sich die Lithium-Ionen-Technologie an. Bei der Auswahl eines Li-Ionen-Energiespeichers für DC-USV-Systeme empfiehlt sich jedoch ein genauer Blick auf das eingesetzte Kathodenmaterial. Gerade bei Zellen mit chemisch und thermisch instabilem Kathodenmaterial wie Lithium-Kobalt-Oxid (LCO) oder Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) kann es unter bestimmten Bedingungen zu zellinternen exothermischen chemische Reaktionen kommen, die letztlich in einem unkontrollierbaren „Thermal Runaway“ enden (siehe brennende Elektroautos und Mobiltelefone). Mit Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) steht für das Kathodenmaterial eine wesentlich stabilere chemische Verbindung mit erhöhter Sicherheit und einer rund zehnfach höheren Zyklenfestigkeit zur Verfügung.

Mit dem Whitepaper vermittelt Bicker Elek­tronik wertvolles Fachwissen und setzt die verschiedenen Aspekte in Bezug zueinander. Systementwickler können so auf einer fundierten Wissensbasis zukunftssichere und nachhaltige Entscheidungen treffen. Über die Website www.bicker.de/whitepaper lässt sich das Whitepaper kostenlos abrufen.