CN103765719A - 用于电流中断的应急系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用于电流中断的应急系统，所述应急系统包括来自具有NiMH电池、NiCd电池、NiZn电池、Ag2O/Zn电池或锂离子电池的组的单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池以及用于对所述电池充电的充电电子设备，其中，所述充电电子设备提供充电电压，其中，所述电池在直至80℃、优选直至85℃的温度下也不过充电。此外，描述一种用于数据处理装置的印刷电路板以及一种用于运行数据处理装置的方法，其中，使用这种应急系统。也描述了单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池与所提到的充电电子设备的组合作为具有双层电容器的特性的电子器件的使用。

Description

用于电流中断的应急系统
技术领域
本发明涉及一种用于电流中断的应急系统，所述应急系统尤其可以保障数据处理装置的运行。所述应急系统包括单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池以及用于对所述电池充电的充电电子设备，其可以共同布置在数据处理装置的印刷电路板上。
背景技术
用于电流中断的应急系统由许多技术领域已知。尤其在数据处理领域中要求避免通过由于电流中断和电流断开使数据处理装置不受控制的切断而引起的数据丢失。合适的应急系统在这些情况下应暂时接管数据处理装置的至少最重要部件的能量供应，以便能够实现其按规定的关断。
已知的是，不仅利用可再充电的电池而且利用电容器来保障数据处理装置的易失性存储器。例如在EP 1 011 163 B1中描述了可再充电的镍金属氢化物电池，所述镍金属氢化物电池基本上适合于这种应用。尤其是所谓的双层电容器（“超级电容器”）适合用作电容器。所述双层电容器作为用于电流中断的应急系统的能量源的使用例如在DE 20 2004 017 545 U1中得以描述。
双层电容器具有大的优点：它们能非常快速地提供很高的脉冲电流。然而，所述双层电容器的容量根据电容器的性质受限制。此外，所述双层电容器如所有电容器那样具有下降的电压特性曲线。
可再充电的电池（诸如在EP 1 011 163 B1中所述的可再充电的电池）提供明显更高的容量。然而，所述可再充电的电池有以下缺点：它们在可能在运行中在数据处理装置中出现的相对高的温度下可能被过充电，这可能导致所述可再充电的电池的预期寿命的急剧减少。
发明内容
本发明基于以下任务：提供一种用于电流中断的应急系统，所述应急系统不具有现有技术的缺点。
所述任务通过具有权利要求1的特征的用于电流中断的应急系统解决。根据本发明的应急系统的优选实施方式在从属权利要求2至8中说明。此外，具有权利要求9的特征的印刷电路板、具有权利要求10的特征的方法和具有权利要求12的特征的使用是本发明的主题。根据本发明的方法的优选实施方式在从属权利要求11中说明。对此，所有权利要求的措辞通过引用成为本说明书的内容。
根据本发明的用于电流中断的应急系统包括单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池以及用于对所述电池充电的充电电子设备。
所述电池尤其可以是NiMH电池（镍金属氢化物）、NiCd电池（镍镉）、NiZn电池（镍锌）、Ag2O/Zn电池（氧化银锌）或锂离子电池。所有这些电化学系统基本上合适。然而，特别优选地，所述电池是具有含水的碱性电解质的电池。相应地，特别优选基于NiCd、NiMH和NiZn的电池。
相对于由现有技术已知的应急系统，根据本发明的应急系统尤其特征在于：充电电子设备提供充电电压，其中，电池在直至80℃、优选甚至直至85℃的温度下也不过充电。
特别优选地，所述充电电子设备如此构造，使得它提供充电电压，其中，电池被转移到充电状态和/或保持在充电状态，在所述充电状态中，所述电池被充电到其标称容量（在20±2℃时）的1%和30%之间、优选5%和25%之间、尤其10%和20%之间的值。
在充电过程和结束充电过程（Endladevorgaengen）时电池的电压变化曲线基本上与温度很强烈地相关。例如在低温（例如在0和20℃之间）时需要相对高的电压，以便给上述类型的电池完全充电。在高温（例如在60和80℃之间）时，电池在相同的电压（以及另外相同的充电参数）的情况下可能非常快速地过充电。
基本上必须与系统相关地确定电压界限，从所述电压界限起，电池在给定的温度时不过充电。但基本上始终适用的是，在电池被转移到所述充电状态（充电到其标称容量的5%和30%之间）时的充电电压情况下在提到的温度下也不发生过充电。
在所说明的充电状态中的电池特别好地适合作为用于电流中断的应急系统的能量供给单元，因为它们能够以短序列输出多个很高的脉冲电流。由于所述电池的低充电状态，所述电池能够在通常在数据处理装置中占主导的温度下从不被过充电。因此，所述电池在所述条件下具有几乎是无限的寿命。
尽管绝对来看很低的充电状态，在根据本发明使用的电池中可供使用的电流量显著超过等体积的双电流电容器的电流量。通常能够容易地取得具有直至约5至10倍脉冲长度的脉冲电流。
在所述温度下电池不过充电的充电电压能够由技术人员简单地确定。在优选的实施方式中适用的是：
·NiMH电池被选择为用于应急系统的电池并且电池的每电池单元的充电电压是1.325V±5mV，
· NiCd电池被选择为电池并且电池的每电池单元的充电电压是1.335V±5mV，
· NiZn电池被选择为电池并且电池的每电池单元的充电电压是1.90V±50mV，
· Ag2O/Zn电池被选择为电池并且电池的每电池单元的充电电压是1.605V±5mV，
· 锂离子电池被选择为电池并且电池的每电池单元的充电电压是1.875V±25mV（对于LiCoO2作为活性材料）。
由充电电子设备提供的充电电压在优选的实施方式中是恒定的，因此在充电时不变化（恒压充电方法）。在前进式充电的情况下，充电电流由于在由充电电子设备提供的电压与电池的电压之间的变得更小的电压差而下降。一旦这些电压已平衡，则仅仅剩余电流仍流动，用于补偿电池的自放电。因此，电池首先被转移到定义的充电状态，并且然后被保持在所述充电状态上。所述过程在每一次电流中断之后重复，在所述电流中断时使用根据本发明的应急系统。
对于技术人员已知的是，如何构建具有在此要求的特性的充电电子设备。因此，例如可以借助合适的电阻将充电电压调整到所要求的值上。
如上面已经提到的那样，根据本发明的应急系统的电池基本上可以是单电池单元的或多电池单元的电池。在多电池单元的电池的情况下优选的是，电池的各个电池单元彼此串联连接。在这种情况下，上述的电压值分别也仅仅涉及一个电池单元。如果例如使用具有两个彼此串联连接的镍金属氢化物电池单元的镍金属氢化物电池，则充电电压优选是2.65V+/-10mV。
如果电池的各个电池单元彼此并联连接，则上述的电压值涉及整个电池。如果例如使用具有两个彼此并联连接的镍金属氢化物电池单元的镍金属氢化物电池，则充电电压优选是1.325+/-5mV。
在已经多次提到的EP 1 011 163 B1中描述的蓄电池能够很好地用作用于根据本发明的应急系统的电池。EP 1 011 163 B1的内容由此通过引用全部成为本说明书的内容。
特别优选地，电池和充电电路布置在共同的外壳中，其中，在外壳处设置有电接触部用于使充电电路与外部电压源接触和用于使应急系统的电池与要供以应急电流的装置接触。
如此构造的根据本发明的应急系统能够容易地被施加在用于数据处理装置的常见印刷电路板上。这种印刷电路板也是本发明的主题。
作为待保护的数据处理装置，尤其是在网络环境中的这种数据处理装置合适，也即服务器系统，其中数据安全性方面起很大作用。但是当然，根据本发明的应急系统以及根据本发明的印刷电路板基本上也能够毫无问题地安装在单工作地计算机以及安装在移动终端设备——如笔记本电脑中。
本发明也包括一种用于运行数据处理装置（诸如所提到的服务器）的方法。与上面关于根据本发明的应急系统的实施相符地，根据本发明如此运行具有单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池和用于对所述电池本身充电的充电电子设备的数据处理装置，使得电池由所述（相应地构造的）充电电子设备保持在充电状态中，其中，电池在直至80℃、优选直至85℃的温度下也不过充电。
特别优选地，电池在此由充电电子设备保持在如上面已经所定义的充电状态上。
本发明的在以下参数情况下运行电池的基本思想当然不仅仅在用于电流中断的应急系统的领域上是令人感兴趣的：在所述参数情况下所述电池能够不过充电，但同时具有与双层电容器的电特性相同的电特性。更确切地说，根据本发明的做法能够在双层电容器起作用的所有技术领域上提供解决方案。相应地，如上面已经描述的单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池与在上面定义的参数的情况下运行的充电电子设备的组合作为具有双层电容器的特性的电子器件的使用是本发明的主题。
根据下面描述的附图更详细地阐述根据本发明的应急系统以及其他根据本发明的主题。在这一点上应该明确地强调：根据本发明的应急系统或根据本发明的其他主题的所有在本申请中描述的可任选的方面可以分别本身单独地或与一个或多个所描述的其他可任选的方面组合地在本发明的实施方式中实现。下面的描述仅仅用于阐述和用于更好地理解本发明并且决不应理解为限制性的。
附图说明
图1示出不同的温度下单电池单元的镍金属氢化物电池的充电特性。
具体实施方式
示出电池在-10℃、0℃、+10℃、+25℃、+45℃、+55℃、+65℃和+85℃时的充电特性。可以看出，具有85℃的温度的电池的电压在充电时不超过值1.32V。为了对具有例如25℃的温度的电池完全充电，要求显著更高的电压。但是相反地，如果电池加热到85℃，在这些电压下镍金属氢化物电池的充电无疑会导致电池的过充电。
根据本发明，如此选择充电电压，使得在85℃的情况下也不能进行过充电。一旦电池具有所述电压，则可以结束充电过程。如从图1中可以清楚地得出的那样，在所有温度下在某些情况下（nach zum Teil）明显小于2小时就达到这种状态。电池的充电状态通常于是位于其标称容量（在20±2℃时）的5%和30%之间。在此出现的剩余电流仅仅补偿自放电并且（几乎）可以被维持任意长时间。
根据本发明的应急系统的高脉冲电流负荷能力能够从图2A至2E中得出。分别示出单电池单元的镍金属氢化物电池的结束充电曲线，所述镍金属氢化物电池在不同的温度下由充电电子设备保持在1.32V的电压上：
2A：在20℃下的镍金属氢化物（50mA/1.320V）
以30分钟的间隔通过7/4W-15sec脉冲放电
2B：在45℃下的镍金属氢化物（50mA/1.320V）
以30分钟的间隔通过7/4W-15sec脉冲放电
2C：在60℃下的镍金属氢化物（50mA/1.320V）
以30分钟的间隔通过7/4W-15sec脉冲放电
2D：在70℃下的镍金属氢化物（50mA/1.320V）
以30分钟的间隔通过7/4W-15sec脉冲放电
2E：在80℃下的镍金属氢化物（50mA/1.320V）
以30分钟的间隔通过7/4W-15sec脉冲放电。

Claims (12)

1.用于电流中断的应急系统，所述应急系统包括来自具有NiMH电池、NiCd电池、NiZn电池、Ag2O/Zn电池或锂离子电池的组的单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池以及用于对所述电池充电的充电电子设备，其中，所述充电电子设备提供（优选恒定的）充电电压，其中，所述电池在直至80℃、优选直至85℃的温度下也不过充电。
2.根据权利要求1所述的应急系统，其特征在于，所述充电电子设备提供充电电压，在所述充电电压的情况下所述电池被转移到充电状态和/或保持在充电状态中，在所述充电状态中所述电池充电到其标称容量（在20±2℃时）的5%和30%之间、尤其10%和20%之间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的应急系统，其特征在于，所述电池是NiMH电池并且每电池单元的充电电压是1.325V+/-5mV。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的应急系统，其特征在于，所述电池是NiCd电池并且每电池单元的充电电压是1.335V±5mV。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的应急系统，其特征在于，所述电池是NiZn电池并且每电池单元的充电电压是1.900V±50mV。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的应急系统，其特征在于，所述电池是Ag2O/Zn电池并且每电池单元的充电电压是1.605V±5mV。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的应急系统，其特征在于，所述电池是具有LiCoO2作为活性材料的锂离子电池并且每电池单元的充电电压是1.875V±25mV。
8.根据以上权利要求中任一项所述的应急系统，其特征在于，所述电池和所述充电电路布置在共同的外壳中，其中，设置电接触部用于使所述充电电路与外部电压源接触和用于使所述电池与在所述外壳处的待供以应急电流的装置接触。
9.印刷电路板，所述印刷电路板用于尤其在网络环境中的数据处理装置，其特征在于，所述印刷电路板具有根据以上权利要求中任一项所述的应急系统。
10.用于运行尤其在网络环境中的数据处理装置的方法，所述数据处理装置具有应急系统，所述应急系统包括来自具有NiMH电池、NiCd电池、NiZn电池、Ag2O/Zn电池或锂离子电池的组的单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池以及用于对所述电池充电的充电电子设备，其中，所述电池由所述充电电子设备保持在充电状态，其中，所述电池在直至80℃、优选直至85℃的温度下也不过充电。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电池由充电电子设备保持到其标称容量（在20±2℃时）的5%和30%%之间、尤其10%和20%之间的充电状态。
12.单电池单元的或多电池单元的可再充电的电池和用于对所述电池充电的充电电子设备的组合作为具有双层电容器（超级电容器）的特性的电子器件的使用，所述充电电子设备提供充电电压，在所述充电电压的情况下所述电池被转移到充电状态和/或保持在充电状态中，在所述充电状态中所述电池充电到其标称容量（在20±2℃时）的5%和30%之间、尤其10%和20%之间。
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