Bicker Elektronik
Flexible DC-USV-Systeme und Energiespeicher
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Flexible Steuerungs- und Ladetechnik
Das DC-USV-System UPSI von Bicker Elektronik leitet im Normalbetrieb die DC-Eingangsspannung direkt an den Ausgang weiter, lädt parallel den Energiespeicher und überwacht alle relevanten Parameter, Ströme und Spannungen. Bei Spannungseinbrüchen oder Stromausfall trennt ein MOSFET innerhalb weniger Mikrosekunden den Eingang ab und die angeschlossene Last wird aus dem Energiespeicher heraus versorgt. Für den Lade- und Entladeprozess kommt ein bidirektionaler Wandler (Buck-Boost) als zentrales Element zum Einsatz, der Bauteile und Kosten einspart und gleichzeitig einen sehr effizienten und sicheren Betrieb gewährleistet.
Damit das UPSI-System flexibel mit verschiedenen Speichertechnologien eingesetzt werden kann, sind drei Ladeverfahren mit individueller Anpassung der Ladeschlussspannung implementiert: Constant Current, Constant Voltage und Constant Power. Die Temperaturkurven der Batteriepacks überwacht das BMS (Batterie-Management-System). Jeder Energiespeicher verfügt über ein Batteriemanagement-IC, das via I²C-Bus mit der USV-Steuerungselektronik kommuniziert. Ein Mikrocontroller (µC) erkennt Art und Daten des Akkus, so dass sich die Lade- und Entladeparameter individuell anpassen lassen. Somit kann der Kunde sich auch zu einem späteren Zeitpunkt für eine andere Batterietechnologie entscheiden und sogar per Hot-Swap-Funktion während des Betriebs wechseln.
Autarker Betrieb
Intelligente DC-USV-Systeme verfügen über ein Echtzeit-Monitoring und können via integrierter Kommunikationsschnittstellen fernüberwacht und -gesteuert werden. Die Vorprogrammierung aller Parameter ist insbesondere für den autarken Betrieb an schwer zugänglichen Standorten von großer Bedeutung. Bei PC-basierten Applikationen bietet die »Shutdown & Reboot«-Funktion des UPSI-Systems zudem die Möglichkeit, den versorgten Embedded-IPC bei längerer Absenz der Versorgungsspannung kontrolliert herunterzufahren und wichtige Betriebsdaten zu sichern. Zusätzlich verhindert die automatische Trennung des Batteriepacks, dass nach erfolgtem Shutdown der Energiespeicher durch den Wandler weiter belastet wird und so in die Tiefenentladung gerät, welche bei einigen Batterie-Chemien äußerst negative Folgen hinsichtlich der Lebensdauer hätte. Die integrierte Reboot-Funktion leitet nach wiederkehrender Versorgungsspannung selbstständig den Neustart des PC-Systems ein, ohne dass eine aufwändige Vorort-Intervention durch Servicepersonal notwendig wäre. Zusätzlich erlaubt eine Batterie-Start-Funktion den (getrennten) Energiespeicher manuell zu aktivieren und so das System initial aus der Batterie heraus zu starten, um beispielsweise eine Diagnose durchzuführen.
BMS mit Cell-Balancing
Das BMS überwacht und steuert den kompletten Lade- und Entladevorgang jeder Batteriezelle des Energiespeichers. Eine wichtige Kernaufgabe ist das sogenannte Cell-Balancing. Innerhalb eines Energiespeichers werden zur Erhöhung der Nennspannung mehrere Einzelzellen in Reihe geschaltet, deren Kapazität und Innenwiderstand sich aufgrund von Toleranzen und Zellalterung unterscheiden. Die Leistungsfähigkeit des Batteriepacks richtet sich in diesem Fall nach der schwächsten Zelle im Verbund, da diese beim Ladevorgang als erste den Spannungsgrenzwert für die Ladebegrenzung erreicht und somit die vollständige Aufladung der restlichen Zellen verhindert. Das Cell-Balancing (aktiv oder passiv) gleicht diese Unterschiede zwischen den einzelnen Verbund-Batteriezellen durch entsprechende Beschaltung aus und sorgt für eine ausgewogene und gleichmäßige Ladung aller Zellen, so dass die volle Kapazität des Energiespeichers nutzbar bleibt. In Kombination mit dem speziellen Batterie-Relax-Modus von Bicker Elektronik wird somit die Einsatz- und Lebensdauer der Energiespeicher signifikant erhöht und dadurch die Gesamtbetriebskosten (TCO) des DC-USV-Systems gesenkt.
Vor- und Nachteile der Batterietechnologien
Zusätzliche Informationen
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