DE102015217021A1 - Method and device for monitoring accumulators - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Überwachung von Akkumulatoren (5a, 5b) für eine unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung einer an ein Netzteil (2) angeschlossenen Last (3), wobei die Akkumulatoren (5a, 5b) bei Netzteil-Betrieb parallel zur Versorgung der angeschlossenen Last (3) geladen werden, wobei die Akkumulatoren (5a, 5b) in redundante Strompfade (4a, 4b) geschaltet sind und über elektronische Schutzschalter (7a, 7b) geladen werden, und wobei im Fehlerfall eines der Akkumulatoren (5a, 5b) der dem betroffenen Strompfad (4a, 4b) zugeordnete elektronische Schutzschalter (7a, 7b) auslöst und der entsprechende Strompfad (4a, 4b) abgeschaltet wird.The invention relates to a method and a device (1) for monitoring accumulators (5a, 5b) for an uninterruptible DC power supply to a load (3) connected to a power supply unit (2), the accumulators (5a, 5b) operating in parallel with power supply operation to charge the connected load (3), the accumulators (5a, 5b) being connected in redundant current paths (4a, 4b) and being charged via electronic circuit breakers (7a, 7b), and in case of failure one of the accumulators (5a , 5b) of the affected current path (4a, 4b) associated electronic circuit breaker (7a, 7b) triggers and the corresponding current path (4a, 4b) is turned off.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Akkumulatoren für eine unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung einer an ein Netzteil angeschlossenen Last, bei dem die Akkumulatoren bei Netz- oder Netzteil-Betrieb parallel zur Versorgung der angeschlossenen Last geladen werden. Sie betrifft weiter eine danach arbeitende Vorrichtung. Unter Akkumulator wird ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie, beispielsweise auch eine wiederaufladbare Batterie, verstanden.The invention relates to a method for monitoring accumulators for an uninterruptible DC power supply to a load connected to a power supply, in which the accumulators are charged during mains or power supply operation parallel to the supply of the connected load. It further relates to a device operating thereafter. The term "rechargeable accumulator" is understood to mean electrical energy, for example also a rechargeable battery.

Insbesondere bei der Notwendigkeit einer sicheren Energieversorgung, beispielsweise zur Sicherstellung einer Notbeleuchtung oder der Innenbeleuchtung eines Windkraftwerks, werden Anlagen, Geräte oder sonstige Einrichtungen häufig unterbrechungsfrei versorgt. Hierzu eingesetzte Vorrichtungen, die als USV-Anlagen oder USV-Einrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) bezeichnet werden, weisen üblicherweise aufladbare Batterien oder Akkumulatoren (Pufferbatterien oder Pufferakkumulator) als elektrische Energiespeicher auf, die in einem Gleichstrom- und Gleichspannungsnetz (DC-Netz) zur Versorgung einer oder mehrerer Lasten einem DC-Netzteil, beispielsweise über eine zusätzliche Ladeeinheit, nachgeordnet werden.In particular, in the need for a secure power supply, for example, to ensure emergency lighting or the interior lighting of a wind power plant, systems, equipment or other facilities are often supplied uninterrupted. For this purpose used devices, which are referred to as UPS systems or UPS devices for uninterruptible power supply (UPS), usually have rechargeable batteries or accumulators (backup batteries or Pufferakkumulator) as electrical energy storage in a DC and DC power network (DC network) to supply one or more loads to a DC power supply unit, for example via an additional charging unit.

Im normalen Netzbetrieb werden die Lasten vom DC-Netzteil energetisch versorgt. Liegt eine Unterbrechung des öffentlichen Spannungsnetzes oder ein Defekt des DC-Netzteils vor, so werden die Lasten von den dem DC-Netzteil üblicherweise parallel geschalteten Batterien oder Akkumulator für einen der Ladekapazität der eingesetzten elektrischen Speicher entsprechenden Zeitraum versorgt.In normal network operation, the loads are energized by the DC power supply. If there is an interruption of the public voltage network or a defect in the DC power supply, the loads are supplied by the batteries or accumulators usually connected in parallel to the DC power supply for a period corresponding to the charge capacity of the electrical storage used.

Dabei ist die im Batteriebetrieb der USV-Vorrichtung entnehmbare Leistung und damit auch der maximal fließende Strom typischerweise begrenzt.In this case, the removable power during battery operation of the UPS device and thus the maximum current flowing is typically limited.

Es ist zudem wünschenswert oder erforderlich, dass bei einer solchen USV-Vorrichtung mit dem DC-Netzteil parallel geschalteten Akkumulatoren diese hinsichtlich deren Funktionszustands überwacht werden, um im Akkumulator- oder Batteriebetrieb die erforderliche Leistung liefern zu können. Hierzu sind sogenannte Batterieüberwachungen denkbar, die typischerweise auf Strom-, Spannungs- und/oder Temperaturmessungen basieren, was in der Regel einen entsprechend hohen Mess- und Auswertungsaufwand bedingt.It is also desirable or necessary that in such a UPS device with the DC power supply parallel connected accumulators they are monitored in terms of their functional state to deliver the required power in battery or battery operation can. For this purpose, so-called battery monitoring are conceivable, which are typically based on current, voltage and / or temperature measurements, which usually requires a correspondingly high measurement and evaluation effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren und eine Vorrichtung zur zuverlässigen Überwachung von Akkumulatoren für eine unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung, insbesondere möglichst ohne messtechnischen Aufwand, anzugeben.The invention has for its object to provide a particularly suitable method and apparatus for reliable monitoring of batteries for an uninterruptible DC power supply, in particular as possible without metrological effort specify.

Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen UnteransprücheWith regard to the method, the stated object with the features of claim 1 and in terms of the device with the features of claim 5 is achieved according to the invention. Advantageous developments and refinements are the subject of the respective subclaims

Zur Überwachung der Akkumulatoren für eine unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung einer an ein Netzteil angeschlossenen Last werden die Akkumulatoren bei Netzteil-Betrieb parallel zur Versorgung der angeschlossenen Last geladen (aufgeladen). Dabei werden die in redundante Strompfade geschalteten Akkumulatoren über elektronische Schutzschalter geladen, d. h. der Ladestrom für die Akkumulatoren fließt über die elektronischen Schutzschalter. Im Fehlerfall des oder jedes Akkumulators in einem der redundanten Strompfade löst der dem betroffenen Strompfad zugeordnete elektronische Schutzschalter aus, und der entsprechende Strompfad wird abgeschaltet.To monitor the batteries for an uninterruptible DC power supply of a load connected to a power supply, the accumulators are charged (charged) during power supply operation parallel to the supply of the connected load. In this case, the accumulators connected in redundant current paths are charged via electronic circuit breakers, d. H. the charge current for the accumulators flows through the electronic circuit breakers. In the case of failure of the or each accumulator in one of the redundant current paths triggers the affected current path associated electronic circuit breaker, and the corresponding current path is turned off.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass mittels eines Gleichstrom-/Gleichspannungs-Netzteils mit nachgeordneten Akkumulatoren eine zuverlässige unterbrechungsfreie Stromversorgung der angeschlossenen Lasten sichergestellt ist, wenn die Akkumulatoren in redundanten Strompfaden, beispielsweise in zwei Strompfaden mit jeweils zwei hintereinander geschalteten Akkumulatoren, angeordnet sind und deren Überwachung ebenfalls redundant erfolgt. Bei einem solchen Aufbau mit redundanten Akkumulator-Strompfaden im Fehlerfall mit einem oder mehreren defekten Akkumulatoren in einem der Strompfade kann zumindest ein weiterer Strompfad einen ausreichend hohen Entladestrom aus den fehlerfreien (intakten) Akkumulatoren liefern, um einen elektronischen Schutzschalter auszulösen, d. h. dessen Auslösestromschwelle zu erreichen oder zu überschreiten. Wird nun jeder redundante Akkumulator-Strompfad mittels eines solchen elektronischen Schutzschalters überwacht, so kann mittels einer geeigneten Verschaltung der Entladestrom des redundanten Strompfades über denjenigen elektronischen Schalter geführt werden, der dem im Fehlerfall betroffenen Akkumulator-Strompfad zugeordnet ist.The invention is based on the consideration that a reliable uninterruptible power supply of the connected loads is ensured by means of a DC / DC power supply with downstream accumulators, when the batteries are arranged in redundant current paths, for example in two current paths, each with two accumulators connected in series and their monitoring also takes place redundantly. In such a structure with redundant accumulator current paths in case of failure with one or more defective accumulators in one of the current paths, at least one further current path can supply a sufficiently high discharge current from the faultless (intact) accumulators to trigger an electronic circuit breaker, i. H. its triggering current threshold to reach or exceed. If each redundant accumulator current path is monitored by means of such an electronic circuit breaker, the discharging current of the redundant current path can be conducted via an electronic switch which is assigned to the accumulator current path affected in the event of a fault by means of a suitable interconnection.

Eine hierzu besonders geeignete Vorrichtung zur Überwachung der in redundanten Strompfaden aufgenommenen oder angeordneten Akkumulatoren weist hierzu eingangsseitige Spannungsanschlüsse und ausgangsseitige Lastanschlüsse auf, wobei die redundanten Akkumulator-Strompfade zu den eingangsseitigen Spannungsanschlüssen parallel (geschaltet) sind. Beim Anschluss der Vorrichtung bzw. der entsprechenden Schaltung an das zur Gleichstromversorgung einer Last dienende Netzteil, beispielsweise eines 24 V(DC) Netzteils, an die eingangsseitigen Spannungsanschlüsse der Vorrichtung, werden vom Netzteil parallel zur Last über die Strompfade die Ladeströme für die Akkumulatoren geführt. Die Ladeströme fließen hierbei über die den jeweiligen redundanten Strompfaden zugeordneten elektronischen Schutzschalter, wozu diese über ein Stromrichtungsglied, insbesondere eine Diode, zwischen den eingangsseitigen Spannungsanschluss und den jeweiligen Strompfad geschaltet sind. Das Stromrichtungsglied ist dabei derart geschaltet, dass der Ladestrom über den entsprechenden elektronischen Schutzschalter in dem diesem zugeordneten Akkumulator-Strompfad fließt, ein Entladestrom hieraus jedoch gesperrt ist, also nicht über den elektronischen Schutzschalter fließen kann.A particularly suitable apparatus for monitoring the accumulators accommodated or arranged in redundant current paths has, for this purpose, input-side voltage connections and output-side load connections, the redundant accumulator-current paths being parallel (connected) to the input-side voltage connections. When connecting the device or the corresponding circuit to the serving for DC power supply of a load power supply, such as a 24 V (DC) power supply, to the input side voltage terminals of the device, are parallel to the load from the power supply over the current paths led the charging currents for the accumulators. In this case, the charging currents flow via the electronic circuit breakers assigned to the respective redundant current paths, for which purpose they are connected via a current-direction element, in particular a diode, between the input-side voltage connection and the respective current path. The current-direction element is connected in such a way that the charging current flows via the corresponding electronic circuit breaker in the accumulator current path assigned thereto, but a discharge current is blocked therefrom, ie can not flow via the electronic circuit breaker.

Um nun im Fehlerfall einen Entladestrom des oder jedes redundanten Strompfades zur Auslösung des elektronischen Schutzschalters über den betroffenen Akkumulator-Strompfad zu führen und einen direkten Ladestrom unter Umgehung der elektronischen Schutzschalter in die redundanten Akkumulator-Strompfade zu verhindern bzw. zu sperren, ist geeigneterweise in jeden redundanten Strompfad ein weiteres Stromrichtungsglied, vorzugsweise wiederum in Form einer Diode, geschaltet.In order to lead a discharge current of the or each redundant current path to trigger the electronic circuit breaker on the affected accumulator current path now in case of failure and to prevent or block a direct charging current bypassing the electronic circuit breaker in the redundant accumulator current paths is suitably in each redundant current path another current direction element, preferably in turn connected in the form of a diode.

Die elektronischen Schutzschalter sind geeigneterweise mit Mitteln zur aktiven Strombegrenzung ausgestattet. Hierzu eignet sich besonders ein steuerbarer elektronischer Schalter in Form beispielsweise eines Transistors, insbesondere eines MOSFETs. Dabei werden geeigneterweise elektronische Schutzschalter mit einem Nennstrom eingesetzt, der größer ist als der über die Strompfade fließende Ladestrom der Akkumulatoren. Hierdurch wird sichergestellt, dass im Normalbetrieb der über den elektronischen Schutzschalter fließende Ladestrom für die Akkumulatoren des zugeordneten Strompfades nicht zum Auslösen des elektronischen Schutzschalters ausreicht.The electronic circuit breakers are suitably equipped with active current limiting means. For this purpose, a controllable electronic switch in the form of, for example, a transistor, in particular a MOSFET, is particularly suitable. In this case, suitable electronic circuit breaker with a rated current is used, which is greater than the current flowing over the current paths charging current of the accumulators. This ensures that during normal operation of the current flowing through the electronic circuit breaker charging current for the accumulators of the associated current path is not sufficient to trigger the electronic circuit breaker.

Da ein Fehlerfall typischerweise einen Überstrom oder Kurzschluss im betroffenen Strompfad infolge defekter Akkumulatoren verursacht, erreicht der aus dem redundanten Strompfad von dessen Akkumulatoren gelieferte Endladestrom, der über den elektronischen Schutzschalter des betroffenen fehlerhaften Strompfades automatisch geführt wird, die Ausleseschwelle des elektronischen Schutzschalters. Im Kurzschlussfall, bei welchem beispielsweise zusätzlich zum Entladestrom aus dem redundanten Strompfad auch ein Kurzschlussstrom aus dem Netzteil über den elektronischen Schutzschalter des betroffenen Strompfades geführt wird, erfolgt zunächst vorteilhafterweise eine Strombegrenzung mittels des elektronischen Schutzschalters auf einen Maximalstrom, bevor nach Ablauf eines einstellbaren Zeitgliedes die Auslösung des elektronischen Schutzschalters erfolgt und der im Fehlerfall betroffene Strompfad abgeschaltet, d. h. vom eingangsseitigen Spannungsanschluss der Vorrichtung abgetrennt wird.Since a fault typically causes an overcurrent or short circuit in the affected current path due to defective accumulators, the discharge current supplied from the redundant current path of its accumulators, which is automatically conducted via the electronic circuit breaker of the affected fault current path, reaches the readout threshold of the electronic circuit breaker. In the event of a short circuit, in which, for example, in addition to the discharge from the redundant current path and a short-circuit current from the power supply via the electronic circuit breaker of the affected current path is initially carried advantageously advantageously a current limit by means of the electronic circuit breaker to a maximum current before the expiration after an adjustable timer the electronic circuit breaker is switched off and the affected in the event of a fault current path, d. H. is disconnected from the input side voltage terminal of the device.

Auf diese Weise wird erreicht, dass im Überlast- oder Kurzschlussfall infolge defekter Akkumulatoren nicht das Netzteil zum Selbstschutz abschaltet, sondern zuvor der elektronische Schutzschalter auslöst und den defekten Akkumulator-Strompfad vom Netzteil abtrennt. Die angeschlossenen Lasten können somit weiterhin unterbrechungsfrei vom Netzteil bzw. bei dessen Ausfall von den verbleibenden intakten Akkumulatoren versorgt werden.In this way it is achieved that in overload or short circuit due to defective batteries does not turn off the power supply for self-protection, but previously triggers the electronic circuit breaker and disconnects the defective accumulator current path from the power supply. The connected loads can thus continue to be supplied without interruption by the power supply or, in the event of its failure, by the remaining intact rechargeable batteries.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mittels des Verfahrens und der Vorrichtung einerseits eine zuverlässige Überwachung der redundanten Akkumulator-Strompfade ohne eine messtechnisch aufwendige (kontinuierliche) Batterieüberwachung und andererseits im Fehlerfall eine automatische Abtrennung des betroffenen Akkumulator-Strompfades erfolgt, wobei der hierzu erforderliche Auslösestrom für den entsprechenden elektronischen Schutzschalter aus dem redundanten Akkumulator-System selbst geliefert wird.The advantages achieved by the invention are in particular that by means of the method and the device on the one hand a reliable monitoring of the redundant accumulator current paths without a metrologically complex (continuous) battery monitoring and on the other hand, in case of failure, an automatic separation of the affected accumulator current path, wherein the For this required tripping current for the corresponding electronic circuit breaker from the redundant accumulator system itself is supplied.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur schematisch den schaltungstechnischen Aufbau einer einem Netzteil nachgeordneten Vorrichtung zur Überwachung von in redundanten Strompfaden angeordneten Akkumulatoren für eine unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung einer angeschlossenen Last.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Therein, the single figure shows schematically the circuit design of a power supply downstream device for monitoring arranged in redundant current paths accumulators for an uninterruptible DC power supply of a connected load.

Die in der Figur gezeigte Vorrichtung 1 weist eingangsseitige Spannungsanschlüsse E1 und E2 sowie ausgangsseitige Lastanschlüsse A1 und A2 auf. Die Eingangsanschlüsse E1 und E2 sind an ein Netzteil 2 angeschlossen. Das Netzteil 2 liefert vorzugsweise eine Gleichspannung (Nennspannung) UDC = 24 V und einen maximalen Gleichstrom von Imax = 2,5 A. An die ausgangsseitigen Lastanschlüsse A1 und A2 ist eine Last 3 angeschlossen.The device shown in the figure 1 has input side voltage terminals E1 and E2 and output side load terminals A1 and A2. The input terminals E1 and E2 are connected to a power supply 2 connected. The power supply 2 preferably supplies a DC voltage (rated voltage) U DC = 24 V and a maximum direct current of I max = 2.5 A. To the output side load terminals A1 and A2 is a load 3 connected.

Im Ausführungsbeispiel ist der Spannungsanschluss E1 mit dem Pluspol des Netzteils 2 verbunden, während der weitere Spannungsanschluss E2 an den Minuspol des Netzteils 2 angeschlossen ist. Somit führt der Spannungsanschluss E1 das Spannungspotential +24 V. Das Potential am weiteren Spannungsanschluss E2, der den Masse- oder Ground-Anschluss bildet, ist Null, beträgt also 0 V (Null Volt).In the exemplary embodiment, the voltage terminal E1 is connected to the positive pole of the power supply 2 connected while the other voltage terminal E2 to the negative terminal of the power supply 2 connected. Thus, the voltage terminal E1, the voltage potential +24 V. The potential at the other voltage terminal E2, which forms the ground or ground terminal is zero, ie 0 V (zero volts).

Parallel zu den eingangsseitigen Spannungsanschlüssen E1, E2 sowie zu den ausgangsseitigen Lastanschlüssen A1, A2 sind im Ausführungsbeispiel zwei Strompfade 4a und 4b parallel geschaltet. In die redundanten Strompfade 4a und 4b sind im Ausführungsbeispiel jeweils zwei Akkumulatoren 5a bzw. 5b in Reihe geschaltet. Die beiden redundanten Strompfade 4a und 4b sind über eine Diodenschaltung 6 an den eingangsseitigen Spannungsanschluss E1 geführt. Dabei ist jedem der redundanten Strompfade 4a und 4b mit den darin jeweils hintereinander geschalteten und als wiederaufladbare elektrische Speicher dienenden Akkumulatoren 5a bzw. 5b eine Diode D1 zugeordnet, die vorzugsweise kathodenseitig an den eingangsseitigen Spannungsanschluss E1 angeschlossen ist. Hinsichtlich der technischen Stromrichtung des vom Netzteil 2 gelieferten Laststroms IL, welcher über den eingangsseitigen Spannungsanschluss E1 und die Last 3 zum eingangsseitigen Spannungsanschluss E2 fließt, sind die Dioden D1 der beiden redundanten Strompfade 4a bzw. 4b in Sperrrichtung geschaltet.Parallel to the input side voltage terminals E1, E2 and to the output side load terminals A1, A2 are in the embodiment of two current paths 4a and 4b connected in parallel. In the redundant current paths 4a and 4b In the exemplary embodiment, two accumulators each 5a respectively. 5b connected in series. The two redundant current paths 4a and 4b are via a diode circuit 6 to the input side voltage terminal E1 guided. In this case, each of the redundant current paths 4a and 4b with each successively connected and serving as a rechargeable electric storage batteries 5a respectively. 5b associated with a diode D1, which is preferably connected on the cathode side to the input-side voltage terminal E1. Regarding the technical current direction of the power supply 2 supplied load current I L , which via the input side voltage terminal E1 and the load 3 flows to the input side voltage terminal E2, the diodes D1 of the two redundant current paths 4a respectively. 4b switched in the reverse direction.

Jedem der redundanten Strompfade 4a und 4b ist ein elektronischer Schutzschalter 7a bzw. 7b zugeordnet. Der jeweilige elektronische Schutzschalter 7a, 7b ist mit dessen LINE-Eingang EL an den eingangsseitigen Spannungsanschluss E1 und mit dessen Ground-Anschluss EG an den zweiten eingangsseitigen Spannungsanschluss E1 angeschlossen. Der typische Last- oder LOAD-Anschluss des elektronischen Schutzschalters 7a, 7b dient in der Vorrichtung 1 als Ladeanschluss A1 und ist über eine Diode D2 an den zugeordneten Strompfad 4a, 4b angeschlossen. Der typische Reset- und Signalanschluss des elektronischen Schutzschalter 7a, 7b ist mit RE bzw. mit Si bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Last 3 eine Sicherung oder ein Fail-Safe-Element 8 vorgeschaltet.Each of the redundant current paths 4a and 4b is an electronic circuit breaker 7a respectively. 7b assigned. The respective electronic circuit breaker 7a . 7b is connected with its LINE input E L to the input-side voltage terminal E1 and with its ground terminal EG to the second input-side voltage terminal E1. The typical load or LOAD port of the electronic circuit breaker 7a . 7b serves in the device 1 as charging terminal A 1 and is connected via a diode D2 to the associated current path 4a . 4b connected. The typical reset and signal connection of the electronic circuit breaker 7a . 7b is designated R E or Si. In the embodiment, the load 3 a fuse or a fail-safe element 8th upstream.

Im normalen Netzteilbetrieb fließt zusätzlich zum Laststrom IL über die elektronischen Schutzschalter 7a, 7b und die diesem zugeordneten Strompfade 4a, 4b ein Ladestrom IA für die Akkumulatoren 5a, 5b. Bei gleichartigen Schutzschaltern 7a, 7b und Akkumulatoren 5a, 5b sind die Ladeströme in den redundanten Strompfaden 4a und 4b etwa gleich. Bei einem maximalen Ladestrom Imax des Netzteils 2 mit Imax = 2,5 A beträgt der Ladestrom IA in jedem der Strompfade 4a, 4b etwa 1,25 A.In normal power supply operation in addition to the load current I L flows through the electronic circuit breaker 7a . 7b and the associated current paths 4a . 4b a charging current I A for the accumulators 5a . 5b , For similar circuit breakers 7a . 7b and accumulators 5a . 5b are the charging currents in the redundant current paths 4a and 4b about the same. At a maximum charging current I max of the power supply 2 with I max = 2.5 A, the charging current I A in each of the current paths 4a . 4b about 1.25 A.

Bei Netzausfall oder defektem Netzteil 2 liefern die Akkumulatoren 5a, 5b der redundanten Strompfade 4a, 4b für eine begrenzte Zeit den Laststrom IL für die Last 3.In case of power failure or defective power supply 2 deliver the accumulators 5a . 5b the redundant current paths 4a . 4b for a limited time the load current I L for the load 3 ,

Im Fehlerfall mit einem oder mehreren defekten Akkumulatoren 5a oder 5b in einem der redundanten Strompfade 4a bzw. 4b ist davon auszugehen, dass der betroffene Strompfad vergleichsweise niederohmig wird. Verursacht beispielsweise einer der Akkumulatoren 5a im Strompfad 4a einen Kurzschluss, was durch den blitzartigen Pfeil an einem der beiden Akkumulatoren 5a dieses Strompfades 4a symbolisiert ist, so fließt bei Netzteilbetrieb zusätzlich zum vom Netzteil 2 gelieferten Strom I ein Entladestrom IE aus dem redundanten Strompfad 4b über den elektronischen Schutzschalter, der dem betroffenen Strompfad 4a zugeordnet ist. Hierdurch wird nunmehr die Auslöseschwelle des elektronischen Schutzschalters 7a erreicht oder überschritten, so dass dieser auslöst und den betroffenen Strompfad 4a vom eingangsseitigen Spannungsanschluss E1 und somit vom Netzteil 2 abtrennt.In case of failure with one or more defective accumulators 5a or 5b in one of the redundant current paths 4a respectively. 4b It can be assumed that the affected current path becomes comparatively low-resistance. Causes for example one of the accumulators 5a in the current path 4a a short circuit, resulting in the lightning-like arrow on one of the two accumulators 5a this current path 4a is symbolized, so flows in power supply operation in addition to the power supply 2 supplied current I a discharge current I E from the redundant current path 4b via the electronic circuit breaker, the affected current path 4a assigned. As a result, now the trigger threshold of the electronic circuit breaker 7a reached or exceeded, so that this triggers and the affected current path 4a from the input side voltage terminal E1 and thus from the power supply 2 separates.

Geeigneterweise ist der Nennstrom der elektronischen Schutzschalter derart gewählt, d. h. in der Vorrichtung 1 werden elektronische Schutzschalter 7a, 7b mit einem solchen Nennstrom IN eingesetzt, der einerseits größer ist als der Ladestrom IA für die Akkumulatoren 5a, 5b in den redundanten Strompfaden 4a und 4b, der jedoch andererseits kleiner ist als der Entladestrom IE, welcher im Fehlerfall über den elektronischen Schutzschalter 7a des betroffenen Strompfades 4a fließt.Suitably, the rated current of the electronic circuit breakers is selected such, ie in the device 1 become electronic circuit breakers 7a . 7b used with such a rated current I N , on the one hand greater than the charging current I A for the batteries 5a . 5b in the redundant current paths 4a and 4b on the other hand, on the other hand, is smaller than the discharge current I E , which in the event of a fault on the electronic circuit breaker 7a the affected current path 4a flows.

Fließt im Fehlerfall über den elektronischen Schutzschalter 7a des betroffenen Strompfades 4a ein Kurzschlussstrom, so wird dieser auf einen Maximalwert mit vorzugsweise 1,25 × IN für ein vorgegebenes Zeitintervall aktiv begrenzt. Bei Erreichen der Abschaltzeit bei einem elektronischen Schutzschalter 7a, 7b mit einem Nennstrom IN = 4 A erfolgt die Abschaltung nach Ablauf von beispielsweise 200 ms. Auf diese Weise reagieren die elektronischen Schutzschalter 7a, 7b bei derartigen Überlastbedingungen im Fehlerfall schneller als das Netzteil 2, wobei der maximal mögliche Überstrom stets auf das beispielsweise 1,25-fache des gewählten Nennstroms IN aktiv begrenzt wird. Sobald somit der jeweilige elektronische Schutzschalter 7a, 7b in dem diesen zugeordneten Strompfad 4a, 4b einen Überlast- oder Kurzschlussfall erkennt, so sperrt der elektronische Schutzschalter 7a, 7b dessen Lastausgangstransistor und unterbricht damit den Stromfluss im Stromkreis mit dem fehlerhaften Akkumulator-Strompfad 4a oder 4b.Flows in case of failure via the electronic circuit breaker 7a the affected current path 4a a short-circuit current, so this is actively limited to a maximum value with preferably 1.25 × I N for a predetermined time interval. When the switch-off time for an electronic circuit breaker is reached 7a . 7b with a rated current I N = 4 A, the shutdown takes place after expiry of, for example, 200 ms. This is how the electronic circuit breakers react 7a . 7b In such overload conditions in case of failure faster than the power supply 2 , Wherein the maximum possible overcurrent is always actively limited to, for example, 1.25 times the selected rated current I N. As soon as the respective electronic circuit breaker 7a . 7b in the associated current path 4a . 4b detects an overload or short circuit, the electronic circuit breaker locks 7a . 7b its load output transistor and thus interrupts the flow of current in the circuit with the faulty accumulator current path 4a or 4b ,

Mit der Vorrichtung 1 ist somit eine redundante und kaskadierbare Überwachung der Akkumulatoren 5a, 5b und insbesondere die Erkennung eines defekten Akkumulators mittels der elektronischen Schutzschalter 7a, 7b bereitgestellt. Durch die mittels der Dioden D1 und D2 realisierte Trennung der Lade- und Entladekreise der Akkumulatoren 5a, 5b ist in einfacher Art und Weise sowie insbesondere ohne messtechnischen Aufwand unter Einsatz von strombegrenzenden Schutzschaltern 7a, 7b eine redundante Versorgung (Lade- und/oder Ladungserhaltungsstrom) der Akkumulatoren 5a, 5b gegeben, wobei der elektronische Schutzschalter 7a, 7b eines im Fehlerfall betroffenen Strompfades 4a, 4b mittels der fehlerfreien Akkumulatoren ausgelöst wird. Durch die Abschaltung des im Fehlerfall betroffenen Strompfades 4a, 4b mittels des zugeordneten elektronischen Schutzschalters 7a, 7b werden das Netzteil 2 oder eine zwischen dieses und die Vorrichtung 1 geschaltete Ladeeinrichtung sowie die fehlerfreien Akkumulatoren nicht mehr beeinträchtigt.With the device 1 is thus a redundant and cascadable monitoring of the batteries 5a . 5b and in particular the detection of a defective accumulator by means of the electronic circuit breaker 7a . 7b provided. By means of the diodes D1 and D2 realized separation of the charging and discharging circuits of the batteries 5a . 5b is in a simple manner and in particular without metrological effort using current-limiting circuit breakers 7a . 7b a redundant supply (charge and / or charge sustaining current) of the accumulators 5a . 5b given, the electronic circuit breaker 7a . 7b a current path affected in the event of a fault 4a . 4b is triggered by the error-free accumulators. By switching off the current path affected in the event of a fault 4a . 4b by means of the associated electronic circuit breaker 7a . 7b be the power adapter 2 or one between this and the device 1 Switched charging device and the error-free batteries no longer impaired.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. So kann die Vorrichtung 1 beispielsweise mehr als zwei redundante Akkumulator-Strompfade aufweisen. Auch können anstelle der Dioden D1, D2 auch andere Stromrichtungsglieder vorgesehen sein. Zudem können anstelle der Akkumulatoren auch andere elektrische Energiespeicher, beispielsweise wiederaufladbare Batterien, vorgesehen sein.The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention. So can the device 1 For example, have more than two redundant accumulator current paths. Also, instead of the diodes D1, D2, other current direction elements may be provided. In addition, other electrical energy storage devices, such as rechargeable batteries, may be provided instead of the accumulators.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
Netzteilpower adapter
33
Lastload
4a4a
Akkumulator-StrompfadBattery current path
4b4b
Akkumulator-StrompfadBattery current path
5a5a
Akkumulatoraccumulator
5b5b
Akkumulatoraccumulator
66
Diodenschaltungdiode circuit
7a7a
elektronischer Schutzschalterelectronic circuit breaker
7b7b
elektronischer Schutzschalterelectronic circuit breaker
88th
Sicherung/Fail-Safe-ElementBackup / fail-safe element
A1A1
Lastanschlussload connection
A2A2
Lastanschlussload connection
AL A L
Last-/LadeanschlussLoad / charging port
D1D1
Diodediode
D2D2
Diodediode
E1E1
Eingangsanschluss/PluspolInput terminal / positive
E2E2
Eingangsanschluss/MasseInput Connector / mass
EL E L
LINE-AnschlussLINE port
EG E G
Ground-AnschlussGround connection
IA I A
Ladestromcharging current
IE I E
Entladestromdischarge
IL I L
Laststromload current
IN I N
Nennstromcurrent
Imax I max
Maximalstrommaximum current
RE R E
Resetanschlussreset connection
SiSi
Signalanschlusssignal connection
UDC U DC
Gleich-/NennspannungAC / rated voltage

Claims (10)

Verfahren zur Überwachung von Akkumulatoren (5a, 5b) für eine unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung einer an ein Netzteil (2) angeschlossenen Last (3), bei dem die Akkumulatoren (5a, 5b) bei Netzteil-Betrieb parallel zur Versorgung der angeschlossenen Last (3) geladen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatoren (5a, 5b) in redundante Strompfade (4a, 4b) geschaltet sind und über elektronische Schutzschalter (7a, 7b) geladen werden, wobei im Fehlerfall eines der Akkumulatoren (5a, 5b) der dem betroffenen Strompfad (4a, 4b) zugeordnete elektronische Schutzschalter (7a, 7b) auslöst und der entsprechende Strompfad (4a, 4b) abgeschaltet wird.Method for monitoring accumulators ( 5a . 5b ) for an uninterruptible DC power supply to a power supply ( 2 ) connected load ( 3 ), in which the accumulators ( 5a . 5b ) with power supply operation parallel to the supply of the connected load ( 3 ), characterized in that the accumulators ( 5a . 5b ) in redundant current paths ( 4a . 4b ) and via electronic circuit breakers ( 7a . 7b ), whereby in case of failure one of the accumulators ( 5a . 5b ) of the relevant current path ( 4a . 4b ) associated electronic circuit breaker ( 7a . 7b ) and the corresponding current path ( 4a . 4b ) is switched off. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Fehlerfall ein Entladestrom (IE) des oder jedes redundanten Strompfades (4a, 4b) über den elektronischen Schutzschalter (7a, 7b) des betroffenen Strompfades (4a, 4b) geführt wird.Method according to Claim 1, in which, in the event of a fault, a discharge current (I E ) of the or each redundant current path ( 4a . 4b ) via the electronic circuit breaker ( 7a . 7b ) of the affected current path ( 4a . 4b ) to be led. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der im Fehlerfall über den elektronischen Schutzschalter (7a, 7b) des betroffenen Strompfades (4a, 4b) fließende Strom aktiv auf einen Maximalstrom (Imax) begrenzt und der betroffene Strompfad (4a, 4b) bei Erreichen der Abschaltzeit des elektronischen Schutzschalters (7a, 7b) unterbrochen wird.Method according to Claim 1 or 2, in which, in the event of a fault, the electronic circuit breaker ( 7a . 7b ) of the affected current path ( 4a . 4b ) current is actively limited to a maximum current (I max ) and the affected current path ( 4a . 4b ) when the switch-off time of the electronic circuit breaker ( 7a . 7b ) is interrupted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei Netz- oder Netzteil-Ausfall die Versorgung der Last (3) über die Akkumulatoren (5a, 5b) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, wherein in case of mains or power supply failure, the supply of the load ( 3 ) about the accumulators ( 5a . 5b ) he follows. Vorrichtung (1) zur Überwachung von Akkumulatoren (5a, 5b) für eine unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung einer an ein Netzteil (2) angeschlossenen oder anschließbaren Last (3), – mit eingangsseitigen Spannungsanschlüssen (E1, E2) und mit ausgangsseitigen Lastanschlüssen (A1, A2), – mit zu den eingangsseitigen Spannungsanschlüssen (E1, E2) parallelen und die Akkumulatoren (5a, 5b) redundant aufnehmenden Strompfaden (4a, 4b), die mit dem den Ladestrom (IA) der Akkumulatoren (5a, 6b) führenden Spannungsanschluss (E1) verbunden sind, und – mit einer der Anzahl der redundanten Strompfade (4a, 4b) entsprechenden Anzahl von elektronischen Schutzschaltern (7a, 7b), die über mindestens ein Stromrichtungsglied (D1, D2) zwischen den den Ladestrom (IA) führenden Spannungsanschluss (E1) und den jeweiligen Strompfad (4a, 4b) geschaltet sind.Contraption ( 1 ) for monitoring accumulators ( 5a . 5b ) for an uninterruptible DC power supply to a power supply ( 2 ) connected or connectable load ( 3 ), - with input-side voltage connections (E1, E2) and with output-side load connections (A1, A2), - with parallel to the input-side voltage connections (E1, E2) and the accumulators ( 5a . 5b ) redundant receiving current paths ( 4a . 4b ), which corresponds to the charging current (I A ) of the accumulators ( 5a . 6b leading voltage terminal (E1) are connected, and - with one of the number of redundant current paths (E1) 4a . 4b ) corresponding number of electronic circuit breakers ( 7a . 7b ), the at least one current direction element (D1, D2) between the charging current (I A ) leading voltage terminal (E1) and the respective current path ( 4a . 4b ) are switched. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige elektronische Schutzschalter (7a, 7b) über eine Diode (D2) an den entsprechenden Strompfad (4a, 4b) angeschlossen ist.Contraption ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the respective electronic circuit breaker ( 7a . 7b ) via a diode (D2) to the corresponding current path ( 4a . 4b ) connected. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (D2) für den Ladestrom (IA) der Akkumulatoren (5a, 5b) in Durchlassrichtung und für den Entladestrom (IE) der Akkumulatoren (5a, 5b) in Sperrrichtung geschaltet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the diode (D2) for the charging current (I A ) of the accumulators ( 5a . 5b ) in the forward direction and for the discharge current (I E ) of the accumulators ( 5a . 5b ) is switched in the reverse direction. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Strompfad (4a, 4b) über eine Diode (D1) mit einem der eingangsseitigen Spannungsanschlüsse (E1) verbunden ist.Contraption ( 1 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that the respective current path ( 4a . 4b ) via a diode (D1) with one of the input side voltage terminals (E1) is connected. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (D1) für den Ladestrom (IA) der Akkumulatoren (5a, 5b) in Sperrrichtung und für den Entladestrom (IE) der Akkumulatoren (5a, 5b) in Durchlassrichtung geschaltet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the diode (D1) for the charging current (I A ) of the accumulators ( 5a . 5b ) in the reverse direction and for the discharge current (I E ) of the accumulators ( 5a . 5b ) is connected in the forward direction. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Schutzschalter (7a, 7b) mit einem Nennstrom (IN) eingesetzt sind, der größer ist als der über die Strompfade (4a, 4b) fließende Ladestrom (IA) der Akkumulatoren (5a, 5b).Contraption ( 1 ) according to one of claims 5 to 9, characterized in that electronic circuit breakers ( 7a . 7b ) are used with a rated current (I N ) which is greater than that via the current paths ( 4a . 4b ) flowing charging current (I A ) of the accumulators ( 5a . 5b ).
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