DE102007050455A1

DE102007050455A1 - Uninterrupted power supply for telecommunication device, has switch switching one set of cells to another set of cells over consumer busbar when voltage falls below given threshold value by unloading former set of cells

Info

Publication number: DE102007050455A1
Application number: DE200710050455
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hogeback; Thomas Wessel
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-10-20
Also published as: DE102007050455B4

Abstract

The supply has two measuring units for measuring voltage of two different sets of battery cells, which are in connection with two rectifiers over two consumer bus bars. A switch (K1) switches one set of cells to another set of cells over the consumer busbar when the voltage falls below a given threshold value by unloading the former set of cells. The rectifier/consumer busbar comprises a different operating range. A diode (V1) is arranged between the cells and the electric rectifier for reducing the voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, die insbesondere für Telekommunikationsgeräte eingesetzt wird.The The invention relates to an uninterruptible power supply, the especially for telecommunications equipment is used.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Telekommunikationsanlagen werden oftmals durch Notstromversorgungen bzw. unterbrechungsfreie Stromversorgungen (UGV) abgesichert. Diese stellen sicher, dass auch bei einem Stromausfall ein Betrieb über einen gewissen Zeitraum abgesichert ist, bzw. ein sicheres Herunterfahren des Systems möglich wird.telecommunications systems are often by emergency power supplies or uninterruptible Power supplies (UGV) secured. These make sure that even in the event of a power failure, operation over a period of time is secured, or a safe shutdown of the system is possible.

Zur unterbrechungsfreien Versorgung von Telekommunikationseinrichtungen mit Gleichspannung (60 V) werden eine Gleichrichteranlage (60 V) und eine Batterie (60 V) benötigt. Soll an einem Standort eine neue Technik mit 48 V und eine vorhandene Technik mit 60 V versorgt werden, muss für die 48V-Technik eine neue Gleichrichteranlage und eine neue 48V-Batterie aufgebaut werden. Die Gleichrichteranlage lässt sich durch die heutige Modulbauweise relativ gut an den Anfangs/Erweiterungsbedarf anpassen. Bei der Batterie ist das bereits wesentlich schwieriger, da Größe, Anzahl und Alter abgestimmt sein müssen. Eine hohe Fluktuationsrate mit kleinen Amortisationsraten ist sehr wahrscheinlich. Des Weiteren kann es auch leicht zu Platzproblemen (Produktionsfläche) kommen.to uninterrupted supply of telecommunications equipment with DC voltage (60 V) are a rectifier (60 V) and a battery (60 V) is needed. Should a new technology with 48 V and an existing one at a location Technology supplied with 60 V, must for the 48V technology a new Rectifier system and a new 48V battery to be built. The rectifier system let yourself Due to the modern modular design, it is relatively well suited to the initial / expansion requirements to adjust. This is already much more difficult with the battery there size, number and age must be coordinated. A high fluctuation rate with small payback rates is very high probably. Furthermore, it can also easily cause space problems (Production area) come.

Übersicht über die ErfindungOverview of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorhandene 60V-Batterie auch für die 48V-Verbraucher mit zu nutzen bzw. bei Erhöhung der Batteriekapazität die gemeinsame Leistung (48 V und 60 V) in einer Batterie(-Spannung) zu Grunde zu legen.task The present invention is also the existing 60V battery for the 48V consumers to use with or on increase the battery capacity the common power (48 V and 60 V) in one battery (voltage) to underlie.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.Is solved This object is achieved by an invention having the features of the independent claims.

Es wird zur Versorgung der 48V-Verbraucher eine 48V-Gleichrichteranlage aufgebaut. Die Batterieleitung(en) der 48V-Anlage wird über eine Entkopplungsdiode an einen Abgriff zwischen der 22. und 23. Zelle der 60V-Batterie angeschlossen. Die 48V-Anlage wird in der Betriebsart „ohne Batterie" betrieben und ist an der Ladung der Batterie nicht beteiligt. In jedem Betriebszustand ist die 48V-Anlage vom 60V-Teil entkoppelt. Die Ladung der Batterie erfolgt ausschließlich aus der 60V-Gleichrichtergruppe. In Folge, dass die Zellen 1...22 nicht von der 48V-Gleichrichtergruppe geladen werden, können bei der Wiederaufladung einzelne Batteriezellen (Zelle 23...30) nicht überladen werden.It A 48V rectifier system is installed to supply the 48V consumers. The battery line (s) the 48V system is over a decoupling diode to a tap between the 22nd and 23rd cell connected to the 60V battery. The 48V system is operated in the operating mode "without battery" and is not involved in the charge of the battery. In every operating condition the 48V system is decoupled from the 60V part. The charge of the battery takes place exclusively from the 60V rectifier group. As a result, the cells 1 ... 22 can not be charged by the 48V rectifier group, at Do not overload single battery cells (cells 23 ... 30) during recharge become.

Bei Beginn eines Netzausfalls liegt an der Verbraucherschiene etwa 42–48 V je nach Entladebelastung der Batterie an. Nach kurzer Zeit schaltet ein Schutz die jetzt auf etwas unter 60 V abgesunkene Spannung (30. Zelle) unterbrechungsfrei auf die 48V-Verbraucherschiene.at Beginning of a power failure lies at the consumer rail about 42-48 V each after discharging the battery. After a short time turns on Protect the voltage that has dropped to just below 60 V (30. Cell) without interruption on the 48V consumer rail.

Das Abgriffsventil sollte entsprechend der Verfügbarkeitsanforderung der UGV redundant ausgelegt werden.The Tap valve should be according to the availability requirement of the UGV be designed redundant.

Nach Netzwiederkehr trennt das Schütz die 48V-Verbraucherschiene wieder von der 30. Zelle der 60V-Batterie ab. Die 48V-Gleichrichter übernehmen wieder die Versorgung der Verbraucher. Da die Verbindung zum Abgriff an der 22. Zelle immer bestehen bleibt (nur entkoppelt über Dioden), tritt keine Unterbrechung bei der Versorgung der Telekommunikationseinrichtungen auf. Lediglich die erlaubten Spannungsgrenzen werden ausgeschöpft.To Mains return disconnects the contactor the 48V consumer rail again from the 30th cell of the 60V battery. The 48V rectifier take over again the supply of consumers. Because the connection to the tap at the 22nd cell always remains (only decoupled via diodes), There is no interruption in the supply of telecommunications equipment on. Only the permitted voltage limits are exhausted.

Im Rahmen eines Betriebsversuchs sind die Spannungskurven auf der 48V-Schiene gemessen worden. Hieraus ist die in 5 dargestellte modifizierte „Umschalteinrichtung/Feld für eine kombinierte 48 V/60 V UGV-Anlage" entwickelt worden. Um die nach ETSI-EN 300 132-2 geforderten Spannungsgrenzen einzuhalten, werden zusätzlich 3 Reduktionsdioden an der 30. Zelle erforderlich. In Ausnahmefällen- können durch örtliche Bedingungen noch ein bis zwei zusätzliche Reduktionsdioden erforderlich werden.As part of an operational test, the voltage curves were measured on the 48V rail. From this is the in 5 In order to comply with the voltage limits required by ETSI-EN 300 132-2, an additional 3 reduction diodes are required on the 30th cell, in exceptional cases by local conditions, one to two additional reduction diodes will be required.

Ein Spannungsüberwachungsrelais erkennt durch Abfall der Batteriespannung einen Netzausfall. Spannungsabhängig wird nun die 48V-Schiene unterbrechungsfrei auf die 30. Zelle geschaltet (U_{batt(3o zelten)} = 59,5 V). Die Rückschaltung nach Netzrückkehr erfolgt ebenfalls spannungsabhängig →U_{batt(30 Zellen)} = 60,0 ... 60, 5 V).A voltage monitoring relay detects a power failure by dropping the battery voltage. _Depending on the voltage, the 48V rail is now switched to the 30th cell _without interruption (U _{batt (3o tent)} = 59.5 V). The _switch- back after mains return is also voltage-dependent → U _{batt (30 cells)} = 60.0 ... 60, 5 V).

Durch diese Nachrüstung ist eine neue Schaltungsvariante entstanden, die eine Zusammenschaltung von 60V- und 48V-Verbraucher an einer Batterie ermöglicht. Diese Schaltungsvariante verhindert, dass bei Abgriff verschiedener Spannungen aus einer Batterie eine schädliche „Schieflast" im Lade- und Entladezustand der Batterie entsteht.By this retrofit has emerged a new circuit variant, which is an interconnection from 60V and 48V consumers on a battery allows. This circuit variant prevents that when different tap Voltages from a battery create a harmful "unbalanced load" during charging and discharging the battery is created.

Bei diesem Konzept ist es kostenneutral, in welchem Zeitrahmen die Kommunikationstechnik von 60 V auf 48 V umgestellt wird. In jedem Fall wird die Energie aus einer Batterie bereitgestellt.at With this concept, it is cost - neutral in which time frame the communication technology of 60 V to 48 V is converted. In any case, the energy gets out a battery provided.

Abgesehen von dem normalen Mehrbedarf schwenkt der Energiebedarf von der 60V- auf die 48V-Seite. Ferner bedarf es keiner zusätzlichen Produktionsfläche für Batterien. Erst- und Folgeinvestition einer 48V-Batterie entfällt. Bei einem Technikwechsel (Versorgung von 60 V auf 48 V oder umgekehrt) ist keine ständige Anpassung der Batteriegrößen erforderlich (60V-Batterie kleiner, 48V-Batterie größer)Apart from the normal extra demand, the energy requirement swings from the 60V to the 48V side. Furthermore, there is no need for additional production space for batteries. Initial and follow-up investment of a 48V battery is eliminated. In case of a technical change (supply from 60 V to 48 V or vice versa reversed) no constant adjustment of the battery sizes is required (60V battery smaller, 48V battery larger)

Je nach Verschiebung der Last können die getakteten Gleichrichter (nach Spannungsumschaltung) bei neueren Anlagen gleichen Herstellers von der 60V-Gruppe zur 48V-Gruppe umgesetzt werden.ever after shifting the load can the clocked rectifier (after voltage switching) in newer Systems from the same manufacturer implemented by the 60V group to the 48V group become.

Die Batteriegesamtkapazität (in der Summe 60 V und 48 V) ist je Standort, auf Grund von Reserven durch Abstufungsgrößen von zwei auf einer Batteriegruppe, geringer (nur eine baubedingte Reserve).The Battery total capacity (in total 60 V and 48 V) is per location, due to reserves by grading sizes of two on one battery group, lower (only one construction-related reserve).

Der volle Energieinhalt der 60V-Batterie kann auch für 48V-Verbraucher ausgeschöpft werden. Batterieauswechslungen auf Grund des höheren Strombedarfs der 48V-Einrichtungen entfallen somit bei gleichem LeistungsbedarfOf the full energy content of the 60V battery can also be exploited for 48V consumers. battery replacements because of the higher Electricity requirements of the 48V devices thus account for the same power requirement

Spannungswanderlösungen, die zusätzliche Verlustleistungen mit sich bringen, entfallen.Voltage hiking solutions the additional power losses bring with you, eliminated.

Dass die Zukunft hinsichtlich der Versorgungsspannung bei Telekommunikationseinrichtungen bei 48 V liegt, kann man bereits heute erkennen. Die ersten 48V-Anlagen werden bzw. sind bereits als Zweitanlagen in einigen Betriebsstellen aufgebaut.That the future in terms of supply voltage for telecommunications equipment at 48 V, you can already see today. The first 48V systems are or are already as secondary plants in some operating points built up.

Da die Umstellung nicht schlagartig erfolgt, sondern schleichend, kann gesagt werden, dass in den nächsten 10 Jahren (oder auch bereits früher) in allen Betriebsstellen 48 V benötigt wird, entweder zusätzlich zur auslaufenden 60 V oder bereits nur noch 48 V. Sollte eine Komplettumstellung innerhalb einiger Jahre (oder noch kürzer) abgeschlossen sein, kann die in dieser Zeit doppelt genutzte 60V-Batterie problemlos durch Abbau von sechs Zellen in eine 48V-Batterie umgebaut werden (wirtschaftliche Weiternutzung vorausgesetzt) und die „Umschalteinrichtung 6048" kann wieder eingesetzt werden.There the changeover is not sudden, but creeping, can be said that in the next 10 years (or even earlier) 48 V is required in all operating points, either in addition to expiring 60 V or already only 48 V. Should be a complete conversion can be completed within a few years (or even shorter) the double-used in this time 60V battery easily through Removal of six cells to be converted into a 48V battery (economic Continued use provided) and the "switching device 6048" can be used again become.

Die Konstruktion und Dimensionierung, in Anlehnung an Standartbaugrößen von Schützen und Dioden, muss mit den Herstellerfirmen von Gleichrichteranlagen abgesprochen werden. Die Vorstellung liegt bei 200 A für kleine und mittlere Betriebsstellen in einem Wandgehäuse und bei 1000 A (kaskardierbar) für große Betriebsstellen im Schrank.The Construction and dimensioning, based on standard sizes of Protect and diodes, must be with the manufacturers of rectifier equipment be agreed. The presentation is at 200 A for small and middle operating points in a wall housing and at 1000 A (cascadable) for large operating points in the cupboard.

Da die Nichtbeschaffungskosten der 48V-Batterie im ersten Schritt durch die Beschaffungskosten dieser neuen Einrichtung aufgehoben werden, setzt die eigentliche Ersparnis erst bei der ersten notwendigen Erweiterung/Auswechslung der 48V-Batterie durch zusätzliche Bedarfsanmeldungen ein. Besonders sparend wird das Ganze bei einer Umstellung der Technikversorgung von 60 V auf 48 V. Die erforderliche Gesamtleistung der Betriebsstelle bleibt gleich oder sinkt durch neue Technik. Die geforderte Batterieleistung ist vorhanden und wird je nach erforderlichem Bedarf von beiden Spannungsversorgungsarten aus der einen Batterie entnommen.There the non-procurement cost of the 48V battery in the first step the procurement costs of this new facility are lifted, sets the actual savings only at the first necessary Extension / replacement of the 48V battery by additional Requests for registration. The whole thing is particularly saving in a conversion the technical supply from 60 V to 48 V. The required total power the plant remains the same or sinks due to new technology. The required battery power is available and will vary depending on the required Need of both types of power supply from one battery taken.

Bei dieser flexiblen Bauweise der UGV können Komplettumrüstungen der Telekommunikationseinrichtungen zeitlich wesentlich weiter gestreckt werden.at This flexible design of UGV can complete conversions the telecommunication facilities are extended considerably in time.

Figurenbeschreibung:Brief Description:

Im Folgenden werden die Figuren beschrieben, auf die die folgende detaillierte Beschreibung Bezug nimmt. Es zeigt:in the The following describes the figures to which the following detailed Description refers. It shows:

1 den funktionellen Aufbau einer 48/60 V UGV Anlage, einer Gleichrichterbaugruppe für 60 V und einer Gleichrichtergruppe für 48 V, sowie einem Schalter, der entsprechend umschaltet; 1 the functional design of a 48/60 V UGV system, a rectifier assembly for 60 V and a rectifier group for 48 V, as well as a switch that switches accordingly;

2 den Verlauf der Entladespannung einer Bleibatteriezelle; 2 the course of the discharge voltage of a lead-acid battery cell;

3 die Spannungsgrenzen auf der 48 V Schiene; 3 the voltage limits on the 48 V rail;

4 die Spannungskurven bei Netzausfall; 4 the voltage curves in case of power failure;

5 einen detaillierten Schaltungsaufbau. 5 a detailed circuit structure.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung:Detailed description of the invention:

Der 1 ist eine Gleichrichterbaugruppe zu entnehmen, die für den 60 V Betrieb mit der dazugehörigen 60 V Batterie (30 Zellen) eingesetzt wird und die ihre Spannung von der 30. Zelle bezieht. An der Gleichrichter Gruppe für die 48 V Spannung ist über eine Entkopplung die 22. Zelle der Batterie angeschaltet. Es versteht sich, dass die Auswahl nicht auf die 22 bzw. 30 Zelle beschränkt ist. In Abhängigkeit der Spannung, die die Batterien zur Verfügung stellen, und den Bereichen, in denen die Gleichrichter arbeiten, können auch andere Aufteilungen für die Anschlüsse gewählt werden. Die Aufteilung in 22 und 30 Zellen ist jedoch bei vielen Telekommunikationssystemen möglich. Eine Beschränkung hierauf ist jedoch nicht beabsichtigt.Of the 1 is a rectifier assembly, which is used for the 60 V operation with the associated 60 V battery (30 cells) is used and which draws its voltage from the 30th cell. At the rectifier group for the 48 V voltage, the 22nd cell of the battery is connected via a decoupling. It is understood that the selection is not limited to the 22 or 30 cell. Depending on the voltage supplied by the batteries and the areas in which the rectifiers operate, other layouts may be chosen for the connections. However, the division into 22 and 30 cells is possible in many telecommunication systems. However, a limitation on this is not intended.

Ferner weist die Schaltung einen Schalter (bzw. Schütz) auf, der bei einem Unterschreiten einer vorgegebenen Spannung (in der bevorzugten Ausführungsform von 1,9 V/Zelle) umschaltet, um auch die Restspannung der 30 Zellen an die 48V-Verbraucherschiene zu schalten. Die 5 zeigt die Schaltung des Schützes in einem größeren Detailgrad. Das Schütz (K1) wird durch einen Schwellwertschalter/Relais angesteuert, der das Schütz schaltet, wenn die Spannung unter eine vordefinierte Schwelle fällt.Furthermore, the circuit has a switch (or contactor), which switches when falling below a predetermined voltage (in the preferred embodiment of 1.9 V / cell) to also switch the residual voltage of the 30 cells to the 48V power rail. The 5 shows the circuit of the contactor in a greater degree of detail. The contactor (K1) is controlled by a threshold switch / relay which switches the contactor when the voltage falls below a predefined threshold.

Die Sicherungen dienen zum Schutz der Dioden und der weiteren Komponenten, die hinter den Sicherungen angeordnet sind. Die Dioden dienen zur Entkopplung und haben ferner eine Reduktionsfunktion, um die nach ETSI-EN 300 132-2 geforderten Spannungsgrenzen einzuhalten (V1–V5). Diese Dioden-Kaskaden dienen somit, um im Spannungsbereich bzw. Arbeitsbereich des Gleichrichters zu bleiben. Die 5 zeigt weiterhin, dass die Batterien auch parallel geschaltet sein können, um eine höhere Leistung zu erreichen. Hierfür sind die Dioden V1 und V2 vorgesehen, die zusätzlich noch durch Sicherungen abgesichert sind. Die Dioden erzeugen in der Regel einen Spannungsabfall von 0,8 V bis 1 V.The fuses protect the diodes and other components located behind the fuses. The diodes are used for decoupling and also have a reduction function in order to comply with the voltage limits required by ETSI-EN 300 132-2 (V1-V5). These diode cascades thus serve to remain in the voltage range or working range of the rectifier. The 5 further shows that the batteries can also be connected in parallel to achieve a higher performance. For this purpose, the diodes V1 and V2 are provided, which are additionally secured by fuses. The diodes usually generate a voltage drop of 0.8 V to 1 V.

Die 3 zeigt die Berechnung der oberen und unteren Spannungsgrenzen. Wobei die 22 Zellen mit der unteren Spannung U_min = 22·1,91 V multipliziert werden, und dann der Abfall von 1,5 V der Diode berücksichtigt wird. Die weiteren Berechnungen sind selbst erklärend.The 3 shows the calculation of the upper and lower voltage limits. Where the 22 cells are multiplied by the lower voltage U _min = 22 x 1.91 V, and then the drop of 1.5 V of the diode is taken into account. The further calculations are self-explanatory.

Die 4 zeigt den Spannungsverlauf bei einem Netzausfall und einer späteren Rückkehr des Netzes. Man sieht deutlich, dass die Spannung des 48 V Bereichs beim Unterschreiten der Spannung von ca. 59 V deutlich ansteigt, da das Schütz dann geschaltet wird, um die Restspannung der 30-zelligen Batterie auf den 48 V Bereich zu schalten.The 4 shows the voltage during a power failure and a later return of the network. It can be seen clearly that the voltage of the 48 V range rises significantly below the voltage of about 59 V, since the contactor is then switched to switch the residual voltage of the 30-cell battery to the 48 V range.

Nach z. B. ca. 5 Minuten ist die Netzspannungsversorgung wieder hergestellt, die dazu führt, dass das Schütz spannungsgesteuert zurückschaltet. Die Ladung der Batterie wird aus der 60V-Gleichrichtergruppe eingeleitet.To z. B. about 5 minutes, the mains voltage supply is restored, which causes that the contactor switched back voltage-controlled. The charge of the battery is introduced from the 60V rectifier group.

Claims

Including uninterruptible power supply. - a variety of battery cells connected in series, - Medium for picking up a first voltage from a first number of Cells associated with a first rectifier, preferably over a first consumer rail; - means for tapping a second voltage of a second number of cells, their number is less than that of the first number of cells with a second rectifier, preferably via a second consumer rail; - A switching element, the at Fall below a predetermined voltage threshold by discharging the first number of cells, the first number of cells on the second, preferably over the consumer rail, toggles.

The uninterruptible power supply after the previous claim, wherein the rectifier / consumer rails have a different work area, and the default Voltage threshold falls below the working range of the first consumer rail determined.

The uninterruptible power supply after a or more of the preceding claims, wherein the first number of cells is designed so that a nominal 60 V are tapped can, and at the second number of cells nominally 48V are tapped can.

The uninterruptible power supply after the previous claim, wherein the output of the first rectifier nominally 60V and that of the second rectifier nominally 48V.

The uninterruptible power supply after the preceding claim, wherein the working area of the first rectifier / first Consumer rail in the range of about 50-72 volts and the work area of the second rectifier in the range of about 40.5-57 volts lies.

The uninterruptible power supply after the preceding claim, wherein the switching element is designed so that the switching takes place when falling below about 60V.

The uninterruptible power supply after a or more of the preceding two claims, wherein at least one Diode for reducing the voltage between the cells and the rectifier is arranged to the working range of the consumer voltages observed.

The uninterruptible power supply after a or more of the preceding claims, wherein the switch is a contactor is, which is controlled by a threshold switch.

The uninterruptible power supply after the previous claim, wherein the threshold switch falls below of about 59.5 volts turns on, so that the contactor switches and at about 60 V turns off so that the protection is opened.

The uninterruptible power supply after a or more of the preceding claims, wherein the first number of cells 30 and the second number of cells is 22.

The uninterruptible power supply after a or more of the preceding claims, wherein additional Cells are also arranged in parallel, so that a parallel tap he follows.

The uninterruptible power supply according to one or more of the preceding An claims, with fuses between the rectifiers / load bars and the cells are arranged.

The uninterruptible power supply after a or more of the preceding claims, wherein agent is present are to load all the cells.

The uninterruptible power supply after a or more of the preceding claims, wherein a variation of Switching means, tap / decoupling diodes, reduction diodes and tap another arrangement results.