DE4237835A1 - Interruptable power supply (UPS) - is suitable for 19 inch cabinet racks and can be cascaded with other units - Google Patents

Interruptable power supply (UPS) - is suitable for 19 inch cabinet racks and can be cascaded with other units

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Abstract

A universal battery acting as an uninterruptable power supply (UPS) is supplied from the mains and is suitable for 19 inch cabinet racks. Several units can be cascaded together. There is monitoring of the state of battery charge and monitoring for cell failure. There are no disturbances reflected back into the mains. The output voltage from the UPS is not identical to the battery voltage itself. ADVANTAGE - A universal U

Description

Stand der Technik mit FundstellenState of the art with sites

Es ist bekannt, daß Einheiten, die die zumindest zeitweise Überbrückung von Elektroenergie-Versorgungsnetz- Störungen und -Ausfällen zur Aufgabe haben, Batterien als Elektroenergiespeicher zugeordnet sind. Die erforderlichen Hilfseinrichtungen für das Laden und Entladen der Batterien einschließlich Überwachung, Anzeige und Meldung der normalen Betriebszustände bildet dabei eine untrennbare Verbindung zu dieser Einheit. Die Unterlagen der verschiedensten Hersteller von Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) weisen dies aus.It is known that units that at least temporarily bridge electrical power supply networks Malfunctions and failures are the task, batteries are assigned as electrical energy storage. The necessary auxiliary devices for charging and discharging the batteries including monitoring, Displaying and reporting the normal operating conditions forms an inseparable connection to it Unit. The documents of various manufacturers of uninterruptible power supplies (UPS) show this.

Es ist weiterhin bekannt, daß einzelne USV-Hersteller modulare Anordnungen der Batterien anbieten, die aber nicht ohne USV betreibbar sind (she. Unterlagen für 19″-Batterieeinschübe von Magnetech/Leer). Es ist auch bekannt, daß einzelne Hersteller von USV Redundanzschaltungen für die gesamte Einrichtung anbieten (she. Unterlagen der Firma Borri/Italien).It is also known that individual UPS manufacturers offer modular arrangements of the batteries cannot be operated without UPS (see documentation for 19 ″ battery inserts from Magnetech / Leer). It is also known that individual manufacturers of UPS offer redundancy circuits for the entire facility (see. Documents from the company Borri / Italy).

Kritik des Standes der TechnikCritique of the state of the art

Immer ist es erforderlich, die Gesamteinheit, z. B. die USV, den jeweilig erforderlichen Batterieeinheiten anzupassen.It is always necessary to have the entire unit, e.g. B. the UPS, the battery units required in each case adapt.

Problemproblem

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, Elektroenergie-Batteriespeicher zu schaffen, die einen universellen Einsatz für verschiedene Verbraucher zulassen.The invention specified in claim 1 is based on the problem of storing electrical energy batteries create that allow universal use for different consumers.

Erzielbare Vorteile der ErfindungAchievable advantages of the invention

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß statt einer Vielzahl von unterschiedlichen kompletten Einheiten mit Batterien zur zeitweisen Überbrückung von Elektroenergie- Versorgungsnetz-Störungen und -Ausfällen nunmehr die Einrichtungen, die die Elektroenergie mit Hilfe von Batterien speichern, aus den kompletten Einheiten herausgelöst werden und ein universeller Einsatz durch eine autonome Funktionsfähigkeit und Kaskadierbarkeit erreicht wird, wobei die Einspeisung für jeden Elektronenergie-Batteriespeicher direkt aus dem Elektroenergie-Versorgungsnetz erfolgt.The advantages that can be achieved with the invention are in particular that instead of a multitude of different ones complete units with batteries for temporary bridging of electrical energy Grid disturbances and failures are now the facilities that use electrical energy Save batteries, be detached from the complete units and universal use by one autonomous functionality and cascadability is achieved, with the feed for everyone Electron energy battery storage takes place directly from the electrical energy supply network.

Weitere Ausgestaltung der ErfindungFurther embodiment of the invention

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1 erfolgt
in Anspruch 2 dahingehend, daß der konstruktive Aufbau in 19″-Ausführung vorgenommen wird,
in Anspruch 3 dadurch, daß die Batterieblöcke auf Zellenausfall überwacht werden,
in Anspruch 4 durch eine Auswertung des Ladezustandes der eingebauten Batterien,
in Anspruch 5 dahingehend, daß eine umfangreiche Überwachung des Betriebsverhaltens vorgenommen nd zur Weitergabe bereitgestellt wird,
in Anspruch 6 dadurch, daß die Elektronenergie-Batteriespeicher keine störenden Rückwirkungen auf das Elektroenergie-Versorgungsnetz ausüben,
in Anspruch 7 dahingehend, daß die zum Elektroenergie-Versorgungsnetz potentialtrennenden Wickelgüter mit einer wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Frequenz betrieben werden,
in Anspruch 8 damit, daß die Elektroenergie-Batteriespeicher neben einer Pufferfunktion bei Elektroenergie- Versorgungsnetz-Störung und -Ausfall eine Elektroenergieumsetzung aus dem speisenden Elektroenergie- Versorgungsnetz vornehmen und zur Speisung von Verbrauchern bereitstellen,
in Anspruch 9 durch eine Zusatzeinrichtung, die die Zuschaltung der Ausgangsspannung der Elektroenergie- Batteriespeicher auf die Verbraucher über von außen kommende Signale oder Kontakte ermöglicht,
in Anspruch 10 dadurch, daß Elektroenergie-Batteriespeicher durch eine zugeordnete Einspeiseeinheit eingespeist und auch darüber die Ausgänge an Verbraucher verteilt werden,
in Anspruch 11 dahingehend, daß die mehreren Elektroenergie-Batteriespeichern zugeordnete Einspeiseeinheit auch eine zentrale Anzeige der Betrieb- und Störzustände dieser Speicher und der Einspeiseeinheit vornimmt und Auswertungen an zentrale Einheiten bereitstellt,
in Anspruch 12 insofern, daß den kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeichern eine Einspeiseeinheit zugeordnet ist, die auch das redundante Betreiben der Elektroenergiespeicher ermöglicht,
in Anspruch 13 dadurch, daß Redundanz der kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeicher durch Speisung aus unterschiedlichen Elektroenergie-Versorungsnetzen erreicht wird und
in Anspruch 14 dahingehend, daß die Ausgangsspannung der Elektroenergie-Batteriespeicher nicht identisch mit der Batteriespannung ist. An advantageous embodiment of the invention according to claim 1 is carried out
in claim 2 to the effect that the construction is carried out in a 19 ″ version,
in claim 3 in that the battery blocks are monitored for cell failure,
in claim 4 by evaluating the state of charge of the installed batteries,
in claim 5 to the effect that extensive monitoring of the operating behavior is carried out and made available for transmission,
in claim 6 in that the electronic energy battery storage does not have any disruptive repercussions on the electrical energy supply network,
in claim 7 to the extent that the winding goods potential-isolating to the electrical power supply network are operated at a frequency substantially above the network frequency,
in claim 8, so that the electrical energy battery storage, in addition to a buffer function in the event of an electrical energy supply network failure and failure, carry out an electrical energy conversion from the supplying electrical energy supply network and provide it for supplying consumers,
in claim 9 by an additional device which enables the connection of the output voltage of the electrical energy battery storage to the consumer via signals or contacts coming from outside,
in claim 10 in that electrical energy battery storage is fed in by an assigned feed unit and the outputs are also distributed to consumers via this,
in that the supply unit assigned to a plurality of electrical energy battery stores also provides a central display of the operating and fault states of these stores and the supply unit and provides evaluations to central units,
in that the cascaded electrical energy battery storage is assigned a feed-in unit which also enables the redundant operation of the electrical energy storage,
in claim 13 in that redundancy of the cascaded electrical energy battery storage is achieved by feeding from different electrical energy supply networks and
in claim 14 in that the output voltage of the electric energy battery storage is not identical to the battery voltage.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Several embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below described.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Prinzipieller Aufbau eines Elektroenergie-Batteriespeichers Fig. 1 Basic structure of an electrical energy battery storage

Fig. 2 Elektroenergie-Batteriespeicher in Parallelschaltung kaskadiert Fig. 2 cascaded electrical energy battery storage in parallel

Fig. 3 Elektroenergie-Batteriespeicher in Reihenschaltung kaskadiert Fig. 3 cascaded electrical energy battery storage in series connection

Fig. 4 Kaskadierte Elektroenergie-Batteriespeicher mit Einspeiseeinheit Fig. 4 Cascaded electrical energy battery storage with feed unit

Fig. 5 Erweiterter Aufbau eines Elektroenergie-Batteriespeichers mit ausgangsseitiger Spannungsanpassung Fig. 5 Extended structure of an electrical energy battery storage with voltage adjustment on the output side

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Elektroenergie-Batteriespeichers (2) der Erfindung entsprechend. Das Elektroenergie-Versorgungsnetz (1) speist die Einrichtung (3), die die erforderliche Elektroenergieumformung zur Speisung der Batterien (4) und für das Ausgangsnetz (7) vornimmt. Fig. 1 shows the basic structure of an electrical energy battery storage ( 2 ) according to the invention. The electrical energy supply network ( 1 ) feeds the device ( 3 ) which carries out the necessary electrical energy conversion for supplying the batteries ( 4 ) and for the output network ( 7 ).

Die Ausgestaltung der Umformeinheit (3) kann gem. Unteranspruch 6 netzrückwirkungsfrei und gem. Unteranspruch 7 durch hochfrequente Elektroenergie-Umwandlung erfolgen.The design of the forming unit ( 3 ) can be Subclaim 6 without network interference and acc. Subclaim 7 take place by high-frequency electrical energy conversion.

Das Ausgangsnetz (7) kann gem. Unteranspruch 9 durch ein externes Signal/Kontakt aus einer externen Einheit (8) über den Schalter (9) zu- und abgeschaltet werden. Den starkstromtechnischen Schutz übernehmen die Einrichtungen (5). Stör- und normale Betriebszustände wertet die Überwachungs- und Anzeigeeinheit (6) aus, ergänzt gem. Unteranspruch 3 durch die Ausfallüberwachung von Batteriezellen und gem. Unteranspruch 4 durch die Ladezustandsüberwachung. Auswertungen des gesamten Betriebsverhaltens stehen für die Weitergabe an zentrale Einheiten (8) gem. Unteranspruch 5 bereit.The output network ( 7 ) can acc. Claim 9 can be switched on and off by an external signal / contact from an external unit ( 8 ) via the switch ( 9 ). The facilities ( 5 ) provide the high-voltage protection. The monitoring and display unit ( 6 ) evaluates fault and normal operating states, supplemented in accordance with. Sub-claim 3 by the failure monitoring of battery cells and gem. Sub-claim 4 by the charge status monitoring. Evaluations of the entire operating behavior stand for the transfer to central units ( 8 ) acc. Sub-claim 5 ready.

Fig. 2 zeigt kaskadierte Elektroenergie-Batteriespeicher (2.1) bis (2.m) gem. Fig. 1, die das Ausgangsnetz (7) parallelgeschaltet versorgen. Redundanzen nach Unteranspruch 13 können durch unterschiedliche Elektroenergie-Versorgungsnetze (1.1) bis (1.n) erreicht werden. Fig. 2 shows cascaded electrical energy battery storage ( 2.1 ) to ( 2 .m) acc. Fig. 1, which supply the output network ( 7 ) connected in parallel. Redundancies according to sub-claim 13 can be achieved by different electrical energy supply networks ( 1.1 ) to ( 1 .n).

Fig. 3 zeigt kaskadierte Elektroenergie-Batteriespeicher (2.1) bis (2.m) gem. Fig. 1, die das Ausgangsnetz (7) in Reihenschaltung versorgen. Die Einspeisung der Elektroenergie-Batteriespeicher (2.1) bis (2.m) gem. Fig. 1 erfolgt durch das Elektroenergie-Versorgungsnetz (1). Fig. 3 shows cascaded electrical energy battery storage ( 2.1 ) to ( 2 .m) acc. Fig. 1, which supply the output network ( 7 ) in series. The feed of the electrical energy battery storage ( 2.1 ) to ( 2 .m) acc. Fig. 1 takes place through the electrical energy supply network ( 1 ).

Fig. 4 zeigt kaskadierte Elektroenergie-Batteriespeicher (2.1) bis (2.m), deren Eingangsenergie über die Schalteinrichtungen (11) der Einspeiseeinheit (10) nach Unteranspruch 10 aus einem oder mehreren Elektroenergie-Versorgungsnetzen (1.1) bis (1.n) versorgt werden. Die Ausgangsverteilung der Elektroenergie- Batteriespeicher (2.1) bis (2.m) erfolgt über die Schalteinrichtungen (13) der Einspeiseeinheit (10) auf die Verbraucher (14.1) bis (14.K). Eine Auswertung der normalen Betriebs- und Störzustände der kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeicher (2.1) bis (2.m) und der Einspeiseeinheit (10) erfolgt durch die Überwachungseinheit (12) die wiederum Auswertungen an zentrale Einheiten (15) bereitstellt. In der Einspeiseeinheit (10) realisieren die Überwachungseinheit (12) in Verbindung mit den Schalteinrichtungen (11) und (13) Redundanzschaltungen gem. Unteranspruch 12. Fig. 4 shows cascaded electrical energy battery storage ( 2.1 ) to ( 2 .m), the input energy via the switching devices ( 11 ) of the feed unit ( 10 ) according to subclaim 10 from one or more electrical energy supply networks ( 1.1 ) to ( 1 .n) be supplied. The output distribution of the electrical energy battery storage ( 2.1 ) to ( 2 .m) takes place via the switching devices ( 13 ) of the feed unit ( 10 ) to the consumers ( 14.1 ) to ( 14 .K). The monitoring unit ( 12 ) evaluates the normal operating and fault conditions of the cascaded electrical energy battery storage ( 2.1 ) to ( 2 .m) and the supply unit ( 10 ), which in turn provides evaluations to central units ( 15 ). In the feed unit ( 10 ), the monitoring unit ( 12 ) in conjunction with the switching devices ( 11 ) and ( 13 ) implement redundancy circuits in accordance with. Subclaim 12.

Fig. 5 zeigt den Elektroenergie-Batteriespeicher (2) gem. Fig. 1, der das Ausgangsnetz (7) über eine zusätzliche, ausgangsseitige Spannungsanpassung (16) gem. Unteranspruch 14 versorgt. Die Einspeisung erfolgt aus dem Elektroenergie-Versorgungsnetz (1). Fig. 5 shows the electrical energy battery storage ( 2 ) acc. Fig. 1, the output network ( 7 ) via an additional, output-side voltage adjustment ( 16 ) acc. Subclaim 14 supplied. It is fed in from the electrical energy supply network ( 1 ).

Claims (14)

1. Elektroenergie-Batteriespeicher dadurch gekennzeichnet, daß ein universeller Einsatz durch eine autonome Funktionsfähigkeit und Kaskadierbarkeit erreicht wird und die Einspeisung direkt durch das Elektroenergie-Versorgungsnetz erfolgt.1. Electric energy battery storage characterized, that universal use is achieved through autonomous functionality and cascading and the feed-in takes place directly through the electrical energy supply network. 2. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der universelle Einsatz durch den konstruktiven Aufbau in 19″-Ausführung erleichtert wird.2. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that the universal use is facilitated by the construction in 19 ″ version. 3. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung von Ausfällen der Batteriezellen bei dem Einsatz von mehr als einem Batterieblock vorgenommen wird.3. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that the determination of failures of the battery cells when using more than one battery block is made. 4. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertung des Ladezustandes der eingebauten Batterien vorgenommen wird.4. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that an evaluation of the state of charge of the installed batteries is carried out. 5. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Batteriespeicher-Einheit eine Überwachung des normalen Betriebsverlaufs und von Störzuständen vorgenommen, auf dieser Einheit angezeigt und für zentrale Auswerteeinheiten bereitgestellt wird.5. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that on the battery storage unit monitoring the normal course of operation and fault conditions made, displayed on this unit and made available for central evaluation units. 6. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung aus dem Elektroenergie-Versorgungsnetz rückwirkungsfrei mit einem Leistungsfaktor cos phi annähernd 1 erfolgt.6. Electrical energy battery storage device according to claim 1, characterized, that the feed from the electrical power supply network is non-reactive with a power factor cos phi is approximately 1. 7. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Elektroenergie-Versorgungsnetz potentialtrennenden Wickelgüter mit einer wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Frequenz betrieben werden.7. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that they are to the electrical energy supply network potential-separating winding goods with a substantially above the frequency of the mains frequency. 8. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroenergie-Batteriespeicher neben einer Pufferfunktion bei Elektroenergie-Versorgungsnetz- Störungen und -Ausfällen eine Elektroenergieumsetzung aus dem Versorgungsnetz auf das Ausgangsnetz des Elektroenergie-Batteriespeichers unter Verwendung der in diesen eingebauten Umform- und Überwachungseinheiten vornehmen.8. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that the electrical energy battery storage in addition to a buffer function in electrical energy supply network Malfunctions and failures an electrical energy conversion from the supply network to the output network the electrical energy battery storage using the built-in forming and monitoring units make. 9. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltung der Ausgangsspannung auf die Verbraucher durch ein außerhalb des Elektroenergie- Batteriespeichers erzeugte Signal oder elektrischen Kontakt erfolgt.9. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that the connection of the output voltage to the consumer by an outside of the electrical energy Battery storage generated signal or electrical contact takes place. 10. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeichern eine Einspeiseeinheit zugeordnet ist, die die Elektroenergieverteilung für die Ein- und Ausgänge der kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeicher übernimmt.10. Electrical energy battery storage device according to claim 1, characterized, that a cascaded electrical energy battery storage is assigned a supply unit that the Electrical energy distribution for the inputs and outputs of the cascaded electrical energy battery storage takes over. 11. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeichern eine Einspeiseeinheit zugeordnet ist, die die Elektroenergieverteilung für die Ein- und Ausgänge der kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeicher und eine Auswertung und Anzeige der Betriebs- und Störzustände der kaskadierten Elektroenergie- Batteriespeicher und der Einspeiseeinheit übernimmt und Auswertungen an zentrale Einheiten bereitstellt.11. Electrical energy battery storage device according to claim 1, characterized, that a cascaded electrical energy battery storage is assigned a supply unit that the Electrical energy distribution for the inputs and outputs of the cascaded electrical energy battery storage and  an evaluation and display of the operating and fault conditions of the cascaded electrical energy Battery storage and the feed unit takes over and provides evaluations to central units. 12. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeichern eine Einspeiseeinheit zugeordnet ist, die die Elektroenergieverteilung für die Ein- und Ausgänge der kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeicher übernimmt und den Betrieb der kaskadierten Elektroenergie-Batteriespeicher als redundante Einrichtungen gewährleistet.12. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that a cascaded electrical energy battery storage is assigned a supply unit that the Electrical energy distribution for the inputs and outputs of the cascaded electrical energy battery storage takes over and the operation of the cascaded electrical energy battery storage as redundant devices guaranteed. 13. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kaskadierte Elektroenergie-Batteriespeicher zum Erreichen von Redundanzen aus unterschiedlichen Elektroenergie-Versorgungsnetzen gespeist werden.13. Electrical energy battery storage according to claim 1, characterized, that cascaded electrical energy battery storage to achieve redundancies from different Electrical energy supply networks are fed. 14. Elektroenergie-Batteriespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Elektroenergie-Batteriespeicher nicht identisch mit der Batteriespannung ist.14. Electrical energy battery storage device according to claim 1, characterized, that the output voltage of the electrical energy battery storage is not identical to the battery voltage is.
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