DE102007050455B4 - Uninterruptible power supply - Google Patents
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Abstract
Unterbrechungsfreie Stromversorgung umfassend:
- eine Vielzahl von Batteriezellen, die in Reihe geschaltet sind,
- Mittel zum Abgreifen einer ersten Spannung von einer ersten Anzahl von Zellen, die mit einem ersten Gleichrichter in Verbindung stehen, oder über eine erste Verbraucherschiene;
- Mittel zum Abgreifen einer zweiten Spannung von einer zweiten Anzahl von Zellen, deren Anzahl geringer ist als die der ersten Anzahl von Zellen, die mit einem zweiten Gleichrichter in Verbindung stehen, oder über eine zweite Verbraucherschiene;
- ein Schaltelement (K1), das beim Unterschreiten eines vorgegebenen Spannungsschwellwertes durch Entladen der ersten Anzahl von Zellen, die erste Anzahl von Zellen auf die zweite, oder über die zweite Verbraucherschiene, umschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl von Zellen so ausgelegt ist, dass nominal 60V abgegriffen werden können, und an der zweiten Anzahl von Zellen nominal 48V abgegriffen werden können, wobei das Schaltelement durch einen Schwellwertschalter angesteuert wird.
Uninterruptible power supply comprising:
a plurality of battery cells connected in series,
- means for tapping a first voltage from a first number of cells associated with a first rectifier or via a first load rail;
- means for tapping a second voltage from a second number of cells, the number of which is less than that of the first number of cells communicating with a second rectifier, or via a second load rail;
- A switching element (K1), which switches when falling below a predetermined voltage threshold by discharging the first number of cells, the first number of cells to the second, or via the second load rail, characterized in that the first number of cells is designed in that nominally 60V can be tapped and tapped at the second number of nominally 48V cells, the switching element being driven by a threshold switch.
Description
Die Erfindung betrifft eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, die insbesondere für Telekommunikationsgeräte eingesetzt wird.The invention relates to an uninterruptible power supply, which is used in particular for telecommunications equipment.
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 secured by emergency power supplies or uninterruptible power supplies (UGV). These ensure that even in the event of a power failure, operation is secured for a certain period of time, or a safe shutdown of the system becomes possible.
In der Druckschrift
Die
Zur unterbrechungsfreien Versorgung von Telekommunikationseinrichtungen mit Gleichspannung (60V) werden eine Gleichrichteranlage (60V) und eine Batterie (60V) benötigt. Soll an einem Standort eine neue Technik mit 48V und eine vorhandene Technik mit 60V 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.For the uninterrupted supply of telecommunication equipment with DC voltage (60V), a rectifier (60V) and a battery (60V) are required. If a new technology with 48V and an existing technology with 60V is to be supplied at one location, a new rectifier system and a new 48V battery must be set up for the 48V technology. The rectifier system can be adjusted by the current modular design relatively well to the initial / expansion needs. This is already much more difficult with the battery, since size, number and age have to be matched. A high fluctuation rate with small payback rates is very likely. Furthermore, it can also easily lead to space problems (production area).
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 (48V und 60V) in einer Batterie(-Spannung) zu Grunde zu legen.Object of the present invention is to use the existing 60V battery for the 48V consumers with or to increase the battery capacity, the common performance (48V and 60V) in a battery (voltage) as the basis.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by an invention having the features of the independent claim. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent 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 hat mit der Ladung der Batterie in der Regel nichts zu tun. In jedem Betriebszustand ist die 48V-Anlage vom 60V-Teil entkoppelt. Die Ladung der Batterie erfolgt vorzugsweise aus der 60V-Gleichrichtergruppe.It is built to supply the 48V consumers a 48V rectifier system. The battery line (s) of the 48V system is connected via a decoupling diode to a tap between the 22nd and 23rd cell of the 60V battery. The 48V system operates in "no battery" mode and usually has nothing to do with battery charging. In every operating state, the 48V system is decoupled from the 60V section. The charge of the battery is preferably from the 60V rectifier group.
Bei Beginn eines Netzausfalls liegt an der Verbraucherschiene etwa 42-48V je nach Entladebelastung der Batterie an. Nach kurzer Zeit schaltet ein Schütz die jetzt auf etwas unter 60V abgesunkene Spannung (30. Zelle) unterbrechungsfrei auf die 48V-Verbraucherschiene.At the beginning of a power failure, the consumer rail will supply approximately 42-48V depending on the battery's discharge load. After a short time, a contactor switches the voltage, which has now fallen to just below 60V (30th cell), to the 48V consumer bus without interruption.
Das Abgriffsventil sollte entsprechend der Verfügbarkeitsanforderung der UGV redundant ausgelegt werden. 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.The tap valve should be designed redundantly according to the availability requirement of the UGV. After mains return, the contactor disconnects the 48V load bus again from the 30th cell of the 60V battery. The 48V rectifiers take over the supply of consumers again. Since the connection to the tap on the 22nd cell always remains (only decoupled via diodes), there is no interruption in the supply of the telecommunication devices. Only the permitted voltage limits are exhausted.
Im Rahmen eines Betriebsversuchs sind die Spannungskurven auf der 48V-Schiene gemessen worden. Hieraus ist die in
Ein Spannungsüberwachungsrelais erkennt durch Abfall der Batteriespannung einen Netzausfall. Spannungsabhängig wird nun die 48V-Schiene unterbrechungsfrei auf die 30. Zelle geschaltet (Ubatt(30 Zellen) = 59,5V). Die Rückschaltung nach Netzrückkehr erfolgt ebenfalls spannungsabhängig → Ubatt(30 Zellen) = 60,0 ... 60,5V).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 (30 cells) = 59.5V). The switch- back after mains return is also voltage-dependent → U batt (30 cells) = 60.0 ... 60.5V).
Durch diese Nachrüstung ist eine neue Schaltungsvariante entstanden, die eine Zusammenschaltung von 60V- und 48V-Verbraucher an einer Batterie ermöglicht. This retrofit has created a new circuit variant that allows the connection of 60V and 48V consumers to one battery.
Bei diesem Konzept ist es kostenneutral, in welchem Zeitrahmen die Kommunikationstechnik von 60V auf 48V umgestellt wird. In jedem Fall wird die Energie aus einer Batterie bereitgestellt. 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 60V auf 48V oder umgekehrt) ist keine ständige Anpassung der Batteriegrößen erforderlich (60V-Batterie kleiner, 48V-Batterie größer)With this concept, it is cost-neutral in which timeframe the communication technology is switched from 60V to 48V. In any case, the energy is provided from a battery. 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 60V to 48V or vice versa) 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.Depending on the shift of the load, the clocked rectifiers (after voltage switching) can be converted from the 60V group to the 48V group in newer systems of the same manufacturer.
Die Batteriegesamtkapazität (in der Summe 60V und 48V) ist je Standort, auf Grund von Reserven durch Abstufungsgrößen von zwei auf einer Batteriegruppe, geringer (nur eine baubedingte Reserve).The total battery capacity (total 60V and 48V) is lower per site due to reserves of grading sizes of two on one battery group (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 Leistungsbedarf Spannungswanderlösungen, die zusätzliche Verlustleistungen mit sich bringen, entfallen.The full energy content of the 60V battery can also be used for 48V consumers. Battery replacement due to the higher power requirements of the 48V devices thus accounts for the same power consumption voltage transient solutions that bring additional power losses, eliminated.
Dass die Zukunft hinsichtlich der Versorgungsspannung bei Telekommunikationseinrichtungen bei 48V liegt, kann man bereits heute erkennen. Die ersten 48V-Anlagen werden bzw. sind bereits als Zweitanlagen in einigen Betriebsstellen aufgebaut.It can already be seen today that the future for telecommunication equipment is 48V. The first 48V systems are or are already set up as secondary systems in some operating points.
Da die Umstellung nicht schlagartig erfolgt, sondern schleichend, kann gesagt werden, dass in den nächsten
Die Konstruktion und Dimensionierung, in Anlehnung an Standartbaugrößen von Schützen und Dioden, muss mit den Herstellerfirmen von Gleichrichteranlagen abgesprochen werden. Die Vorstellung liegt bei 200A für kleine und mittlere Betriebsstellen in einem Wandgehäuse und bei 1000A (kaskardierbar) für große Betriebsstellen im Schrank.The design and dimensioning, based on standard sizes of contactors and diodes, must be discussed with the manufacturers of rectifier systems. The concept is 200A for small and medium-sized operating points in a wall-mounted housing and 1000A (cascadable) for large operating points in the cabinet.
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 60V auf 48V. 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.Since the non-procurement costs of the 48V battery are eliminated in the first step by the procurement costs of this new facility, the actual saving begins only with the first necessary extension / replacement of the 48V battery by additional demand applications. The whole thing is particularly saving when changing the technology supply from 60V to 48V. The required overall performance of the operation remains the same or decreases due to new technology. The required battery power is available and is taken from the one battery depending on the required need of both power supply types.
Bei dieser flexiblen Bauweise der UGV können Komplettumrüstungen der Telekommunikationseinrichtungen zeitlich wesentlich weiter gestreckt werden.With this flexible design of the UGV, complete retrofitting of telecommunications equipment can be considerably extended in terms of time.
Figurenlistelist of figures
Im Folgenden werden die Figuren beschrieben, auf die die folgende detaillierte Beschreibung Bezug nimmt. Es zeigt:
-
1 den funktionellen Aufbau einer 48/60V UGV Anlage, einer Gleichrichterbaugruppe für 60V und einer Gleichrichtergruppe für 48V, sowie einem Schalter, der entsprechend umschaltet; -
2 den Verlauf der Entladespannung einer Bleibatteriezelle; -
3 die Spannungsgrenzen auf der 48V Schiene; -
4 die Spannungskurven bei Netzausfall ; -
5 einen detaillierten Schaltungsaufbau.
-
1 the functional design of a 48 / 60V UGV system, a rectifier assembly for 60V and a rectifier group for 48V, as well as a switch that switches accordingly; -
2 the course of the discharge voltage of a lead-acid battery cell; -
3 the voltage limits on the 48V rail; -
4 the voltage curves in case of power failure; -
5 a detailed circuit structure.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung:Detailed description of the invention:
Der
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
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
Die
Die
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.After e.g. approx. 5 minutes, the mains voltage supply is restored, which causes the contactor to switch back to voltage-controlled. The charge of the battery is introduced from the 60V rectifier group.
Claims (11)
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