EP2577838A1 - Power supply and method for operating the power supply - Google Patents

Power supply and method for operating the power supply

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EP2577838A1
EP2577838A1 EP11720071.7A EP11720071A EP2577838A1 EP 2577838 A1 EP2577838 A1 EP 2577838A1 EP 11720071 A EP11720071 A EP 11720071A EP 2577838 A1 EP2577838 A1 EP 2577838A1
Authority
EP
European Patent Office
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accumulator
power supply
current
output
power
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11720071.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Harald Schweigert
Wolfgang BÖHM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2577838A1 publication Critical patent/EP2577838A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection

Definitions

  • the invention relates to a power supply comprising a controller and a power unit, wherein at a first output of the power unit, a DC output voltage is applied, to which a load with variable power consumption can be connected.
  • a supply network to which the power supply is connected usually has no perfect
  • Examples are cable cars and chairlifts, which require a battery backup according to various regulations, to a control voltage (usually 24V) for emergency supply of
  • buffer accumulators In this case, coming to use buffer accumulators should achieve the longest possible life in order to keep the maintenance of a plant low. With such rechargeable batteries, care is therefore taken to ensure a gentle charging and discharging process as well as protection against battery deep discharge.
  • a UPS system is a comprehensive solution because the accumulator can be charged by the charge controller with a tuned and optimized charging current characteristic without affecting the load. At the same time, this method is very expensive, since usually a separate UPS module is required in addition to the power supply.
  • the power supply is selected in such a way that there is a possibility for limiting the output current to a defined value above the rated current.
  • Buffer accumulator is via a backup or a
  • the output voltage of the power supply is adjusted so that it corresponds to the charging voltage of the accumulator. As long as the accumulator is not fully charged, the power supply is operated at its power limit.
  • Controlled charge is not possible.
  • the load will be charged after charging the accumulator
  • the invention is based, for a
  • Charging current or discharge current of the accumulator is set by controlling the DC output voltage. This is the result
  • Charging current or discharge current of the accumulator can be determined without its own UPS assembly. The accumulator and the too
  • Charging current This allows accurate control of the charging current by varying the output voltage.
  • the load voltage fluctuates with the accumulator charging voltage, but this does not matter due to the tolerances of the connected load.
  • the arrangement eliminates a charge controller circuit and still allows a controlled charge of the accumulator.
  • the DC output voltage is passed via the current measuring device to the second output.
  • a charging circuit is thus of an output terminal of the
  • the charging circuit can branch off even before the output terminal or include its own secondary-side auxiliary winding of a transformer. In the latter case, there is a fixed coupling between this auxiliary winding and a secondary-side main winding. It is also here, for example, only an actuator and a pulse width modulator required.
  • the load is by means of a first
  • This first diode or this first switch in a simple manner prevent the charging current from flowing directly into the load.
  • the first switch is only in the
  • Current measuring device comprises a shunt resistor and is connected to the controller.
  • the controller comprises a shunt resistor and is connected to the controller.
  • a charging makes a complete switching away from the power supply necessary, is switched off in one case by means of control of the other switches.
  • the output voltage is slightly lowered by means of control and the second diode couples the
  • the power supply comprises a
  • Power supply provides that by means of control for a predetermined duration, a lowering of the DC output voltage, so that the load is supplied by accumulator for this predetermined period. This serves, for example, the
  • Fig. 9 voltage waveforms
  • the power supply shown in Fig. 1 comprises a power unit 1 and a controller 5.
  • Power unit 1 has a primary side P, which can be connected to a supply network. At a first output OUT1 a secondary side S of the converter 2 is based on a reference potential G DC output voltage U L. At this a load 3 is connected.
  • the DC output voltage U L is fed via a current measuring device to a second output OUT2.
  • this current measuring device comprises a shunt resistor Rl.
  • Charging current measuring unit 5a of the controller 5 measured, indicated in Fig. By dotted arrows. Likewise, the
  • Output voltage measuring unit 5b of the controller 5 measured. Between the second output OUT2 and the reference potential G, an accumulator 4 is turned on.
  • the battery voltage U A is measured by means of a battery voltage measuring unit 5 c of the controller 5.
  • the DC output voltage U L is influenced by means of control 5.
  • the controller 5 comprises an influencing unit 5 d, which has a
  • Output voltage controller set an increased setpoint when a drop in the charging current I L is detected. On the other hand, if the charging current I L increases because, for example, the load 3 consumes less current, the output voltage regulator is given a lowered nominal value.
  • FIG. 2 essentially corresponds to that in FIG. 1, with the difference that a first diode D 1 is arranged between the second output OUT 2 and the load 3.
  • the anode is connected to the second output OUT2, so that current flows from the accumulator 4 into the load 3 as soon as the DC output voltage U L drops below the accumulator voltage U A.
  • a second diode D2 is arranged in Fig. 3 in the charging power line of the accumulator 4, wherein this for a
  • Another switch can be used, which is switched off by the controller in buffer mode and thereby interrupts the charging power line.
  • FIG. 4 A circuit variant for preventing a deep discharge of the accumulator 4 is shown in Fig. 4.
  • the drawn in FIGS. 2 and 3, the first diode is replaced by a first switch Sl, which is controlled by means of control 5. If the supply by the power unit 1 is omitted, the controller 5 is further supplied by the accumulator 4.
  • the first switch Sl is thus also at
  • FIG. 1 Another circuit variant with deep discharge protection is shown in FIG. In this case, instead of a first switch S1, a first diode D1 is arranged again, and immediately before the accumulator 4, a second switch S2 is provided, controlled by means of control 5. In addition, a supply V for the controller 5 from the first output OUT1
  • the battery 4 In buffer mode, if necessary, the battery 4 is de-energized by switching off the second switch S2 and thus protected against total discharge.
  • the circuit variant shown in FIG. 6 essentially corresponds to that in FIG. 5, but the first diode D 1 is connected to a first controllable by means of a controller 5
  • Battery conditioning sets optimized charging and discharging pulses to extend the life of the accumulator 4.
  • the first switch Sl can be closed to the
  • This circuit also provides deep discharge protection by the second switch S2 is opened.
  • FIG. 1 A further circuit variant with a second switch S2 for protection against over-discharge is shown in FIG.
  • an auxiliary switch SH is arranged, which allows a complete separation of the controller 5 from the accumulator 4. This ensures that even during a longer interruption of operation no discharge of the accumulator 4 by voltage divider of
  • Accumulator voltage measuring unit 5c takes place.
  • the accumulator 4 is thus enabled by all possible consumers.
  • the DC output voltage U L is not raised, but lowered below the battery voltage U A. This results in a current flow from the accumulator 4 through the load circuit.
  • a test load is usually connected to the accumulator at predetermined intervals and brought about a short-term load or the current flowing load current used as a load.

Abstract

The invention relates to a power supply, to a controller (5), and to a power element (1), wherein a DC compensation voltage (UL) is present at a first output (OUT1) of the power element (1), to which a load (3) having variable current draw can be connected. A second output (OUT2) of the power element (1) is thereby fed through a current measurement device, wherein a rechargeable battery (4) is connected to the said second output (OUT2). A charging current (IL­) or discharge current of the rechargeable battery (4) measured by means of the current measuring device is set by controlling the DC compensating voltage (UL). The charging current or discharge current of the rechargeable battery (4) can thereby be determined even without a dedicated UPS assembly.

Description

Stromversorgung und Verfahren zum Betreiben der Power supply and method for operating the
Stromversorgung power supply
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung, eine Steuerung und einen Leistungsteil umfassend, wobei an einem ersten Ausgang des Leistungsteils eine Ausgangsgleichspannung anliegt, an welche eine Last mit variablem Stromverbrauch anschließbar ist. The invention relates to a power supply comprising a controller and a power unit, wherein at a first output of the power unit, a DC output voltage is applied, to which a load with variable power consumption can be connected.
Insbesondere in Industrieanlagen findet man häufig die Especially in industrial plants you will often find the
Situation vor, dass eine Last mittels einer Stromversorgung versorgt ist und dabei einen nicht vorherbestimmten Strom entnimmt. Ein Versorgungsnetz, an welches die Stromversorgung angeschlossen ist, weist in der Regel keine vollkommene Situation that a load is powered by a power supply and thereby takes a non-predetermined power. A supply network to which the power supply is connected usually has no perfect
Ausfallsicherheit auf. Es sind deshalb verschiedene Maßnahmen bekannt, um bei Netzausfällen für eine gewisse Zeit eine weitere Versorgung der Last sicherzustellen. Dies ist vor allem bei sicherheitsrelevanten Anwendungen der Fall. EinResilience on. There are therefore various measures known to ensure a power supply for a certain time, a further supply of the load. This is the case especially for safety-relevant applications. One
Beispiel sind Seilbahnen und Sessellifte, welche entsprechend diverser Vorschriften eine Batteriepufferung benötigen, um eine Steuerspannung (meist 24V) zur Notversorgung von Examples are cable cars and chairlifts, which require a battery backup according to various regulations, to a control voltage (usually 24V) for emergency supply of
Signalen sowie Steuer- und Kommunikationseinrichtungen aufrecht zu erhalten. Signals as well as control and communication facilities to maintain.
Dabei sollen zum Einsatz kommende Pufferakkumulatoren eine möglichst lange Lebensdauer erreichen, um den Wartungsaufwand einer Anlage niedrig zu halten. Bei solchen Akkumulatoren wird daher gegebenenfalls auf einen schonenden Lade- und Entladevorgang sowie auf einen Schutz vor Akkumulator- Tiefentladung geachtet. In this case, coming to use buffer accumulators should achieve the longest possible life in order to keep the maintenance of a plant low. With such rechargeable batteries, care is therefore taken to ensure a gentle charging and discharging process as well as protection against battery deep discharge.
Berücksichtigt wird dies beispielsweise beim Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage (USV-Anlage) für eine Gleichspannung, wobei ein Pufferakkumulator mittels eines Ladereglers und einer Abschaltung bei Tiefentladung betrieben wird. Bei solchen Anlagen wird die Last meist mit der Nenn-Ausgangsspannung der Stromversorgung versorgt. Nur im Notfall wird die Last auf die meist höhere Spannung des geladenen Akkumulators umgeschaltet. This is taken into account, for example, when using an uninterruptible power supply system (UPS) for a DC voltage, wherein a Pufferakkumulator means of a charge controller and a shutdown at deep discharge is operated. In such systems, the load is usually supplied with the nominal output voltage of the power supply. Only in an emergency, the load is switched to the usually higher voltage of the charged battery.
Eine USV-Anlage stellt eine umfassende Lösung dar, weil der Akkumulator durch den Laderegler mit einer abgestimmten und optimierten Ladestrom-Charakteristik geladen werden kann, ohne dass die Last beeinflusst wird. Gleichzeitig ist diese Methode sehr aufwendig, da meist eine eigene USV-Baugruppe zusätzlich zur Stromversorgung benötigt wird. A UPS system is a comprehensive solution because the accumulator can be charged by the charge controller with a tuned and optimized charging current characteristic without affecting the load. At the same time, this method is very expensive, since usually a separate UPS module is required in addition to the power supply.
Man kennt deshalb auch Lösungen ohne eigene USV-Baugruppe. Dabei wird die Stromversorgung in der Weise ausgewählt, dass eine Möglichkeit zur Begrenzung des Ausgangsstromes auf einen definierten Wert oberhalb des Nennstromes besteht. Ein Therefore, we also know solutions without our own UPS module. In this case, the power supply is selected in such a way that there is a possibility for limiting the output current to a defined value above the rated current. One
Pufferakkumulator wird über eine Sicherung oder einen Buffer accumulator is via a backup or a
Sicherungsautomaten direkt an den Ausgang einer solchen Automatic circuit breakers directly to the output of such
Stromversorgung geschaltet, also parallel zur angeschlossenen Last. Bei einem Netzausfall übernimmt der Akkumulator direkt die Versorgung der Last. Power switched, ie parallel to the connected load. In the event of a power failure, the accumulator takes over the supply of the load directly.
Die Ausgangsspannung der Stromversorgung ist so eingestellt, dass sie der Ladeschlussspannung des Akkumulators entspricht. Solange der Akkumulator nicht voll geladen ist, wird die Stromversorgung an ihrer Leistungsgrenze betrieben. Die The output voltage of the power supply is adjusted so that it corresponds to the charging voltage of the accumulator. As long as the accumulator is not fully charged, the power supply is operated at its power limit. The
Differenz zwischen Verbrauch der Last und der Leistungsgrenze wird als Ladestrom in den Akkumulator geleitet. Eine Difference between consumption of the load and the power limit is passed as charging current in the accumulator. A
kontrollierte Ladung ist dabei nicht möglich. Die Last wird nach dem Aufladen des Akkumulators mit der Controlled charge is not possible. The load will be charged after charging the accumulator
Ladeschlussspannung betrieben. Dies ist jedoch in der Regel aufgrund einer ausreichenden Toleranz des  Charging end voltage operated. However, this is usually due to a sufficient tolerance of the
Versorgungsspannungsbereichs der Last (zumindest bei 24V- Verbrauchern) unproblematisch.  Supply voltage range of the load (at least for 24V consumers) unproblematic.
Neben dem bereits angesprochenen unkontrollierbaren Ladestrom besteht ein weiterer Nachteil darin, dass bei einer absichtlichen Abschaltung der Anlage immer auch der In addition to the already mentioned uncontrollable charging current, another disadvantage is that in a deliberate shutdown of the plant always the
Akkumulator separat weggeschaltet werden muss. Ansonsten besteht die Gefahr einer Tiefentladung mit einer daraus resultierenden Beschädigung des Akkumulators. Accumulator must be switched off separately. Otherwise there is a risk of over-discharge with resulting damage to the accumulator.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine The invention is based, for a
Stromversorgung der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Power supply of the type mentioned to indicate an improvement over the prior art. According to the invention, this object is achieved by a
Stromversorgung gemäß Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10. Weiterentwicklungen finden sich in den  Power supply according to claim 1 and a method according to claim 10. Further developments can be found in the
Unteransprüchen . Die einfache Lösung sieht vor, dass ein zweiter Ausgang des Leistungsteils über eine Strommessvorrichtung geführt ist, dass an dem zweiten Ausgang ein Akkumulator angeschlossen ist und dass ein mittels Strommessvorrichtung gemessener Subclaims. The simple solution provides that a second output of the power unit is passed through a current measuring device, that at the second output, a battery is connected and that measured by a current measuring device
Ladestrom oder Entladestrom des Akkumulators durch Steuern der Ausgangsgleichspannung eingestellt ist. Dadurch ist derCharging current or discharge current of the accumulator is set by controlling the DC output voltage. This is the result
Ladestrom bzw. Entladestrom des Akkumulators auch ohne eigene USV-Baugruppe bestimmbar. Der Akkumulator und die zu Charging current or discharge current of the accumulator can be determined without its own UPS assembly. The accumulator and the too
versorgende Last sind an nur einen Leistungsteil supplying load are at only one power unit
angeschlossen . connected.
Der wesentliche Unterschied zu bekannten Stromversorgungen liegt darin, dass für den Akkumulator keine eigene The main difference to known power supplies is that for the accumulator no own
Ausgangsspannung geregelt wird. Es wird die ohnedies Output voltage is regulated. It will be the same anyway
vorhandene Ausgangsgleichspannung zur Versorgung einer Last variiert, um damit den Ladestrom oder Entladestrom des Akkumulators einzustellen bzw. einem vorgegebenen Wert nachzuregeln . existing DC output voltage for supplying a load varies in order to adjust the charging current or discharge current of the accumulator or readjust a predetermined value.
Beim Laden wird der Ladestrom mittels Strommessvorrichtung gemessen und die Ausgangsgleichspannung in der Weise When charging the charging current is measured by means of current measuring device and the DC output voltage in the way
verändert, dass der Ladestrom einem vorgegebenen Wert changed that the charging current a predetermined value
entspricht. Bedingt durch einen Innenwiderstand des Akkumulators ergibt sich eine Stromkennlinie für den equivalent. Due to an internal resistance of the Accumulator results in a current characteristic for the
Ladestrom. Dies erlaubt eine genaue Regelung des Ladestromes durch Variation der Ausgangsspannung. Dabei schwankt die Lastspannung mit der Akkumulator-Ladespannung, was aber aufgrund der Toleranzen der angeschlossenen Last keine Rolle spielt. Die Anordnung erspart eine Ladereglerschaltung und erlaubt dennoch eine kontrollierte Ladung des Akkumulators. Charging current. This allows accurate control of the charging current by varying the output voltage. The load voltage fluctuates with the accumulator charging voltage, but this does not matter due to the tolerances of the connected load. The arrangement eliminates a charge controller circuit and still allows a controlled charge of the accumulator.
Im einfachsten Fall ist die Ausgangsgleichspannung über die Strommessvorrichtung an den zweiten Ausgang geführt. Als Ladekreis wird also von einer Ausgangsklemme der In the simplest case, the DC output voltage is passed via the current measuring device to the second output. As a charging circuit is thus of an output terminal of the
Stromversorgung mittels Strommessvorrichtung der zweite Power supply by means of current measuring device of the second
Ausgang abgeleitet. Alternativ dazu kann der Ladekreis auch schon vor der Ausgangsklemme abzweigen oder eine eigene sekundärseitige Hilfswicklung eines Transformators umfassen. Im letzteren Fall besteht eine fixe Kopplung zwischen dieser Hilfswicklung und einer sekundärseitigen Hauptwicklung. Es ist also auch hier beispielsweise nur ein Stellglied und ein Pulsweitenmodulator erforderlich . Derived output. Alternatively, the charging circuit can branch off even before the output terminal or include its own secondary-side auxiliary winding of a transformer. In the latter case, there is a fixed coupling between this auxiliary winding and a secondary-side main winding. It is also here, for example, only an actuator and a pulse width modulator required.
Vorteilhafterweise ist die Last mittels eines ersten Advantageously, the load is by means of a first
Schalters oder einer ersten Diode an den Akkumulator Switch or a first diode to the accumulator
geschaltet. Diese erste Diode bzw. dieser erste Schalter verhindern auf einfache Weise, dass der Ladestrom direkt in die Last weiter fließt. Der erste Schalter wird erst im connected. This first diode or this first switch in a simple manner prevent the charging current from flowing directly into the load. The first switch is only in the
Pufferbetrieb eingeschaltet. Buffering mode switched on.
Von Vorteil ist es, den Schalter als Leistungs-MOSFET It is advantageous to use the switch as a power MOSFET
auszubilden . to train.
Eine einfache Ausprägung sieht vor, dass die A simple expression provides that the
Strommessvorrichtung einen Shuntwiderstand umfasst und mit der Steuerung verbunden ist. Alternativ dazu ist die Current measuring device comprises a shunt resistor and is connected to the controller. Alternatively, the
Strommessvorrichtung als Stromwandler ausgebildet und mit der Steuerung verbunden. Um den Akkumulator vor Tiefentladung zu schützen, ist in einer weiteren Ausprägung ein zweiter Schalter in der Current measuring device designed as a current transformer and connected to the controller. In order to protect the accumulator from deep discharge, in a further embodiment, a second switch in the
Akkumulatorleitung vorgesehen. Mittels einer sekundärseitigen Elektronik der Stromversorgung wird eine drohende Accumulator provided. By means of a secondary-side electronics of the power supply is an impending
Tiefentladung erkannt und der zweite Schalter mittels Deep discharge detected and the second switch means
Steuerung abgeschaltet. Dabei wird die sekundärseitige Control switched off. This is the secondary side
Elektronik im Notbetrieb weiterhin von dem Akkumulator über den Lastkreis und die Ausgangsspannungsklemmen versorgt. Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass in einer In emergency mode, electronics continue to be supplied by the accumulator via the load circuit and the output voltage terminals. Another improvement provides that in one
Ladestromleitung, über die der Akkumulator aufgeladen wird, ein weiterer Schalter oder eine zweite Diode angeordnet ist. Im Pufferbetrieb verhindert der weitere Schalter durch  Charging power line through which the accumulator is charged, another switch or a second diode is arranged. In buffer mode, the other switch prevents
Abschaltung mittels Steuerung bzw. die zweite Diode durch Sperrung, dass Energie aus dem Akkumulator in die Shutdown by means of control or the second diode by blocking that energy from the accumulator in the
Stromversorgung zurückfließt. Der gesamte Strom fließt somit aus dem Akkumulator in die Last. Dies ist vor allem dann von Bedeutung, wenn der Akkumulator für eine bestimmte Zeit nicht mit einer Spannungsquelle versehen werden soll. Wenn  Power flows back. The entire current thus flows from the accumulator into the load. This is especially important if the accumulator should not be provided with a voltage source for a certain time. If
beispielsweise eine Ladevorschrift eine völlige Wegschaltung von der Stromversorgung notwendig macht, wird in einem Fall mittels Steuerung der weitere Schalter abgeschaltet. Im anderen Fall wird mittel Steuerung die Ausgangsspannung geringfügig abgesenkt und die zweite Diode koppelt den For example, a charging makes a complete switching away from the power supply necessary, is switched off in one case by means of control of the other switches. In the other case, the output voltage is slightly lowered by means of control and the second diode couples the
Akkumulator von der Stromversorgung ab. Accumulator from the power supply.
Vorteilhafterweise umfasst die Stromversorgung einen Advantageously, the power supply comprises a
MikroController. Dieser ist in einfacher Weise zur Microcontroller. This is in a simple way to
Durchführung der Steueraufgaben eingerichtet. Implementation of the control tasks set up.
Ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen A method for operating an inventive
Stromversorgung sieht vor, dass mittels Steuerung für eine vorgegebene Dauer eine Absenkung der Ausgangsgleichspannung erfolgt, sodass für diese vorgegebene Dauer die Last mittels Akkumulator versorgt wird. Dies dient beispielsweise derPower supply provides that by means of control for a predetermined duration, a lowering of the DC output voltage, so that the load is supplied by accumulator for this predetermined period. This serves, for example, the
Feststellung der Restlebenddauer des Akkumulators oder der Ladestandsermittlung. Des Weiteren werden damit gewolltes Pulsladen und kurze Entladezyklen zur Verlängerung der Determination of the remaining life of the accumulator or the charge status determination. Furthermore, it will be wanted Pulse loading and short discharge cycles to extend the
Lebensdauer realisiert. Dies ist insbesondere bei Lithium- Ionen-Akkumulatoren von Bedeutung, da diese Akkumulatoren bei längerem Standby-Betrieb ohne Entladung defekt werden. Lifespan realized. This is particularly important in lithium-ion batteries of importance, as these batteries are defective during prolonged standby operation without discharge.
Interne chemische Reaktionen können nur durch gelegentliche größere Stromflüsse verhindert werden. Internal chemical reactions can only be prevented by occasional larger currents.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. In a schematic representation:
Fig. 1 Basisschaltung Fig. 1 basic circuit
Fig. 2 Schaltung mit erster Diode  Fig. 2 circuit with the first diode
Fig. 3 Schaltung mit erster und zweiter Diode  Fig. 3 circuit with first and second diode
Fig. 4 Schaltung mit Tiefentladeschutz Fig. 4 circuit with deep discharge protection
Fig. 5 Schaltung mit erster Diode und zusätzlichem zweiten  Fig. 5 circuit with the first diode and additional second
Schalter  switch
Fig. 6 Schaltung mit Tiefentladeschutz und zusätzlichem  Fig. 6 circuit with deep discharge protection and additional
zweiten Schalter  second switch
Fig. 7 Schaltung mit Tiefentladeschutz , zusätzlichem Fig. 7 circuit with deep discharge protection, additional
zweiten Schalter und überbrückter zweiten Diode second switch and bridged second diode
Fig. 8 Schaltung mit Schalter zur Trennung des AkkumulatorsFig. 8 circuit with switch for the separation of the accumulator
Fig. 9 Spannungsverläufe Die in Fig. 1 dargestellte Stromversorgung umfasst einen Leistungsteil 1 und eine Steuerung 5. Ein Wandler 2 des Fig. 9 voltage waveforms The power supply shown in Fig. 1 comprises a power unit 1 and a controller 5. A converter 2 of the
Leistungsteils 1 weist eine Primärseite P auf, welche an ein Versorgungsnetz anschließbar ist. An einem ersten Ausgang OUT1 einer Sekundärseite S des Wandlers 2 liegt eine auf ein Bezugspotenzial G bezogene Ausgangsgleichspannung UL an. An diese ist eine Last 3 angeschlossen. Power unit 1 has a primary side P, which can be connected to a supply network. At a first output OUT1 a secondary side S of the converter 2 is based on a reference potential G DC output voltage U L. At this a load 3 is connected.
Erfindungsgemäß wird die Ausgangsgleichspannung UL über eine Strommessvorrichtung an einen zweiten Ausgang OUT2 geführt. In Fig. 1 umfasst diese Strommessvorrichtung einen Shuntwiderstand Rl . Eine Alternative dazu bildet ein According to the invention, the DC output voltage U L is fed via a current measuring device to a second output OUT2. In Fig. 1, this current measuring device comprises a shunt resistor Rl. An alternative to this forms
Stromwandler. Der Ladestrom durch Erfassung des Power converter. The charge current by detecting the
Spannungsabfalls am Shuntwiderstand Rl mittels einer Voltage drop at the shunt resistor Rl by means of a
Ladestrom-Messeinheit 5a der Steuerung 5 gemessen, in Fig. durch gepunktete Pfeile angedeutet. Ebenso wird die Charging current measuring unit 5a of the controller 5 measured, indicated in Fig. By dotted arrows. Likewise, the
Ausgangsgleichspannung UL laufend mittels einer DC output voltage U L running by means of a
Ausgangsspannungs-Messeinheit 5b der Steuerung 5 gemessen. Zwischen zweitem Ausgang OUT2 und dem Bezugspotenzial G ist ein Akkumulator 4 angeschaltet. Die Akkumulatorspannung UA wird mittels einer Akkumulatorspannungs-Messeinheit 5c der Steuerung 5 gemessen. Um einen gewünschten Ladestrom IL oder Entladestrom einzustellen, wird die Ausgangsgleichspannung UL mittels Steuerung 5 beeinflusst. Die Steuerung 5 umfasst dazu eine Beeinflussungseinheit 5d, welche einem Output voltage measuring unit 5b of the controller 5 measured. Between the second output OUT2 and the reference potential G, an accumulator 4 is turned on. The battery voltage U A is measured by means of a battery voltage measuring unit 5 c of the controller 5. In order to set a desired charging current I L or discharge current, the DC output voltage U L is influenced by means of control 5. For this purpose, the controller 5 comprises an influencing unit 5 d, which has a
Ausgangsspannungsregler der Stromversorgung entsprechende Steuersignale übermittelt. Beispielsweise wird mittels Steuerung 5 dem Output voltage controller of the power supply corresponding control signals transmitted. For example, by means of the control 5 the
Ausgangsspannungsregler ein erhöhter Sollwert vorgegeben, wenn ein Abfallen des Ladestromes IL erkannt wird. Steigt der Ladestrom IL hingegen an, weil zum Beispiel die Last 3 weniger Strom aufnimmt, wird dem Ausgangspannungsregler ein abgesenkter Sollwert vorgegeben. Output voltage controller set an increased setpoint when a drop in the charging current I L is detected. On the other hand, if the charging current I L increases because, for example, the load 3 consumes less current, the output voltage regulator is given a lowered nominal value.
Damit ist eine einfache Regelung realisiert, wobei über die Beeinflussung des Ausgangsspannungsreglers der Ladestrom IL auf einen gewünschten Wert geregelt wird. Im Falle einer gewünschten Entladung des Akkumulators 4 wird die Ausgangsgleichspannung mittels Steuerung 5 soweit abgesenkt, dass der gewünschte Entladestrom aus dem For a simple control is realized, which is controlled by influencing the output voltage regulator of the charging current I L to a desired value. In the case of a desired discharge of the accumulator 4, the DC output voltage is lowered by means of control 5 so far that the desired discharge current from the
Akkumulator 4 in die Last 3 fließt. Mit der vorgestellten Lösung können auch mehrere Accumulator 4 flows into the load 3. With the presented solution can also several
Akkumulatoren 4 betrieben werden. Über mehrere Accumulators 4 are operated. Over several
Strommessvorrichtungen und weitere Ausgängen sind dabei unterschiedliche Lade- und Entlade-Charakteristiken pro Current measuring devices and other outputs are included different charge and discharge characteristics per
Akkumulator 4 realisierbar. Accumulator 4 feasible.
Die Anordnung in Fig. 2 entspricht im Wesentlichen jener in Fig. 1 mit dem Unterschied, dass zwischen den zweiten Ausgang OUT2 und der Last 3 eine erste Diode Dl angeordnet ist. Die Anode ist mit dem zweiten Ausgang OUT2 verbunden, sodass Strom aus dem Akkumulator 4 in die Last 3 fließt, sobald die Ausgangsgleichspannung UL unter die Akkumulatorspannung UA abfällt. The arrangement in FIG. 2 essentially corresponds to that in FIG. 1, with the difference that a first diode D 1 is arranged between the second output OUT 2 and the load 3. The anode is connected to the second output OUT2, so that current flows from the accumulator 4 into the load 3 as soon as the DC output voltage U L drops below the accumulator voltage U A.
Eine zweite Diode D2 ist in Fig. 3 in der Ladestromleitung des Akkumulators 4 angeordnet, wobei diese für einen A second diode D2 is arranged in Fig. 3 in the charging power line of the accumulator 4, wherein this for a
Ladestrom IL vom Leistungsteil 1 in den Akkumulator 4 Charge current I L from the power unit 1 in the accumulator. 4
durchlässig ist und in die Gegenrichtung sperrt. Auf dieseis permeable and locks in the opposite direction. To this
Weise wird verhindert, dass im Pufferbetrieb Energie aus dem Akkumulator 4 in den Leistungsteil 1 bzw. durch die This prevents energy in the buffer operation from the accumulator 4 in the power unit 1 or by the
Strommessvorrichtung zurückfließt. Als Alternative zu der zweiten Diode D2 ist ein weiterer Schalter einsetzbar, der von der Steuerung im Pufferbetrieb abgeschaltet wird und dabei die Ladestromleitung unterbricht. Current measuring device flows back. As an alternative to the second diode D2, another switch can be used, which is switched off by the controller in buffer mode and thereby interrupts the charging power line.
Eine Schaltungsvariante zur Verhinderung einer Tiefentladung des Akkumulators 4 ist in Fig. 4 dargestellt. Die in den Fig. 2 und 3 eingezeichnete erste Diode ist hier durch einen ersten Schalter Sl ersetzt, welcher mittels Steuerung 5 angesteuert ist. Wenn die Versorgung durch den Leistungsteil 1 entfällt, wird die Steuerung 5 mittels Akkumulator 4 weiter versorgt. Der erste Schalter Sl ist somit auch bei A circuit variant for preventing a deep discharge of the accumulator 4 is shown in Fig. 4. The drawn in FIGS. 2 and 3, the first diode is replaced by a first switch Sl, which is controlled by means of control 5. If the supply by the power unit 1 is omitted, the controller 5 is further supplied by the accumulator 4. The first switch Sl is thus also at
abgeschaltetem Leistungsteil 1 mittels Steuerung 5 switched off power unit 1 by means of control. 5
ansteuerbar. Sobald im Pufferbetrieb die Akkumulatorspannung UA einen unzulässigen Wert erreicht und die Gefahr einer Tiefentladung gegeben ist, schaltet die Steuerung 5 den ersten Schalter Sl ab und unterbricht dabei die Verbindung zwischen Akkumulator 4 und Last 3. Eine andere Schaltungsvariante mit Tiefentladeschutz ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist anstelle eines ersten Schalters Sl wieder eine erste Diode Dl angeordnet und unmittelbar vor dem Akkumulator 4 ist ein zweiter Schalter S2 vorgesehen, angesteuert mittels Steuerung 5. Zusätzlich ist vom ersten Ausgang OUT1 eine Versorgung V für die Steuerung 5 controllable. As soon as the accumulator voltage U A reaches an impermissible value in buffer operation and the danger of a deep discharge is given, the controller 5 switches off the first switch S1 and interrupts the connection between the accumulator 4 and the load 3. Another circuit variant with deep discharge protection is shown in FIG. In this case, instead of a first switch S1, a first diode D1 is arranged again, and immediately before the accumulator 4, a second switch S2 is provided, controlled by means of control 5. In addition, a supply V for the controller 5 from the first output OUT1
vorgesehen . intended .
Im Pufferbetrieb wird gegebenenfalls durch Abschalten des zweiten Schalters S2 der Akkumulator 4 stromlos geschaltet und somit gegen Tiefentladung geschützt. In buffer mode, if necessary, the battery 4 is de-energized by switching off the second switch S2 and thus protected against total discharge.
Die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsvariante entspricht im Wesentlichen jener in Fig. 5, allerdings ist die erste Diode Dl durch einen mittels Steuerung 5 ansteuerbaren ersten The circuit variant shown in FIG. 6 essentially corresponds to that in FIG. 5, but the first diode D 1 is connected to a first controllable by means of a controller 5
Schalter Sl ersetzt. Switch Sl replaced.
Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung entspricht im The circuit shown in Fig. 7 corresponds to
Wesentlichen jener der in Fig. 6., jedoch ist hier die zweite Diode D2 überbrückt. Ein geöffneter erster Schalter Sl und geschlossener zweiter Schalter S2 bietet die Möglichkeit zur gezielten Akkuladung und Entladung durch Variation der Ausgangsspannung am ersten Ausgang OUT1. Eine solche Essentially that of Fig. 6, but here the second diode D2 is bridged. An open first switch Sl and closed second switch S2 offers the possibility of targeted battery charging and discharging by varying the output voltage at the first output OUT1. Such
Akkukonditionierung setzt optimierte Lade- und Entladeimpulse zur Lebensdauererweiterung des Akkumulators 4. Der Battery conditioning sets optimized charging and discharging pulses to extend the life of the accumulator 4. The
tatsächliche Akkumulatorstrom wird dabei über die Actual accumulator current is about the
Strommessvorrichtung gemessen. Im Pufferbetrieb kann der erste Schalter Sl geschlossen werden, um die Current measuring device measured. In buffer mode, the first switch Sl can be closed to the
Strommessvorrichtung zu entlasten. Auch diese Schaltung bietet einen Tiefentladeschutz , indem der zweite Schalter S2 geöffnet wird. Relieve current measuring device. This circuit also provides deep discharge protection by the second switch S2 is opened.
Eine weitere Schaltungsvariante mit einem zweiten Schalter S2 zum Schutz vor Tiefentladung ist in Fig. 8 dargestellt. A further circuit variant with a second switch S2 for protection against over-discharge is shown in FIG.
Zusätzlich ist ein Hilfsschalter SH angeordnet, der eine vollständige Trennung der Steuerung 5 vom Akkumulator 4 ermöglicht. Damit wird erreicht, dass auch während einer längeren Betriebsunterbrechung keine Entladung des Akkumulators 4 durch Spannungsteiler der In addition, an auxiliary switch SH is arranged, which allows a complete separation of the controller 5 from the accumulator 4. This ensures that even during a longer interruption of operation no discharge of the accumulator 4 by voltage divider of
Akkumulatorspannungs-Messeinheit 5c erfolgt. Der Akkumulator 4 wird also von allen möglichen Verbrauchern frei geschaltet.  Accumulator voltage measuring unit 5c takes place. The accumulator 4 is thus enabled by all possible consumers.
Beispielhafte Verläufe der Ausgangsgleichspannung Exemplary curves of the DC output voltage
(=Lastspannung) UL, der Akkumulatorspannung UA und des (= Load voltage) U L , the accumulator voltage U A and the
Ladestromes IL über der Zeit t sind in Fig. 9 dargestellt. In einer ersten Phase wird der Akkumulator 4 mit einem konstanten Ladestrom IL aufgeladen. Die Charge currents I L over time t are shown in FIG. In a first phase, the accumulator 4 is charged with a constant charging current I L. The
Ausgangsgleichspannung UL liegt dabei geringfügig über der Akkumulatorspannung UA. Die Differenz ist durch den DC output voltage U L is slightly above the battery voltage U A. The difference is through the
Spannungsabfall AU an der Strommessvorrichtung gegeben. Voltage drop AU at the current measuring device given.
Sobald eine Ladeschlussspannung ULs des Akkumulators 4 erreicht ist, stoppt der Ladestromfluss . Die As soon as a charging end voltage U L s of the accumulator 4 is reached, the charge current flow stops. The
Akkumulatorspannung UA entspricht in weiterer Folge der Accumulator voltage U A corresponds to the subsequent
Ausgangsgleichspannung UL. Um Selbstentladungsvorgänge auszugleichen ist es in der Regel notwendig, den Akkumulator 4 auch ohne zwischenzeitlichen Pufferbetrieb in zeitlichen Abständen nachzuladen. Während einer Nachladedauer tN wird zu diesem Zweck die Ausgangsgleichspannung UL angehoben, um einen Ladestrom IL hervorzurufen. DC output voltage U L. To compensate for self-discharge operations, it is usually necessary to recharge the accumulator 4 without interim buffer operation at intervals. During a recharge time t N , the DC output voltage U L is raised for this purpose to produce a charging current I L.
Manchmal kann es auch ohne Pufferbetrieb erforderlich sein, in zeitlichen Abständen eine kurzzeitige Entladung der Sometimes it may be necessary even without buffer operation, at intervals a short-term discharge of
Akkumulators 4 durchzuführen. Erforderlich ist dies Accumulator 4 perform. This is required
beispielsweise bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder zur For example, in lithium-ion batteries or for
Ermittlung einer Restlebensdauer oder eines Ladezustands. Dazu wird die Ausgangsgleichspannung UL nicht angehoben, sondern unter die Akkumulatorspannung UA abgesenkt. Es ergibt sich dann ein Stromfluss aus dem Akkumulator 4 durch den Lastkreis . Determination of a remaining service life or state of charge. For this purpose, the DC output voltage U L is not raised, but lowered below the battery voltage U A. This results in a current flow from the accumulator 4 through the load circuit.
Um eine Aussage über die Restlebensdauer des Akkumulators machen zu können, wird der Spannungsverlauf während der Belastung geprüft. Dazu wird in der Regel in vorgegebenen Zeitabständen eine Prüflast an den Akkumulator geschaltet und eine kurzzeitige Belastung herbeigeführt oder der gerade fließende Laststrom als Belastung genutzt. To make a statement about the remaining life of the accumulator, the voltage during the Load tested. For this purpose, a test load is usually connected to the accumulator at predetermined intervals and brought about a short-term load or the current flowing load current used as a load.

Claims

Patentansprüche claims
1. Stromversorgung, eine Steuerung (5) und einen 1. Power supply, a controller (5) and a
Leistungsteil (1) umfassend, wobei an einem ersten Ausgang (OUT1) des Leistungsteils (1) eine Ausgangsgleichspannung (UL) anliegt, an welche eine Last (3) mit variablem Power unit (1) comprising, wherein at a first output (OUT1) of the power unit (1) a DC output voltage (U L ) is applied, to which a load (3) with variable
Stromverbrauch anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ausgang (OUT2) des Leistungsteils (l)über eine Strommessvorrichtung geführt ist, dass an dem zweiten Ausgang (OUT2) ein Akkumulator (4) angeschlossen ist und dass ein mittels Strommessvorrichtung gemessener Ladestrom (IL) oder Entladestrom des Akkumulators (4) durch Steuern der Ausgangsgleichspannung (UL) eingestellt ist. Power consumption can be connected, characterized in that a second output (OUT2) of the power section (l) is passed through a current measuring device that at the second output (OUT2) an accumulator (4) is connected and that a measured by means of current measuring device charging current (I L ) or discharge current of the accumulator (4) by controlling the output DC voltage (U L ) is set.
2. Stromversorgung nasch Anspruch 1, dadurch 2. Power nasch claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass die Ausgangsgleichspannung (UL) über die Strommessvorrichtung an den zweiten Ausgang (OUT2) geführt ist. characterized in that the DC output voltage (UL) via the current measuring device to the second output (OUT2) is guided.
3. Stromversorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 3. Power supply according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass die Last (3) mittels eines ersten Schalters (Sl) oder einer ersten Diode (Dl) an den characterized in that the load (3) by means of a first switch (Sl) or a first diode (Dl) to the
Akkumulator (4) geschaltet ist. Accumulator (4) is connected.
4. Stromversorgung nach Anspruch 3, dadurch 4. Power supply according to claim 3, characterized
gekennzeichnet, dass der Schalter (Sl) als Leistungs- MOSFET ausgebildet ist. characterized in that the switch (Sl) is designed as a power MOSFET.
5. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessvorrichtung einen 5. Power supply according to one of claims 1 to 4, characterized in that the current measuring device a
Shuntwiderstand (Rl) umfasst und mit der Steuerung (5) verbunden ist.  Shunt resistance (Rl) includes and is connected to the controller (5).
6. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessvorrichtung als 6. Power supply according to one of claims 1 to 4, characterized in that the current measuring device as
Stromwandler ausgebildet ist und mit der Steuerung (5) verbunden ist. Current transformer is designed and connected to the controller (5).
7. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichne , dass in Serie mit dem Akkumulator (4) ein zweiter Schalter (S2) angeordnet ist, welcher zur 7. Power supply according to one of claims 1 to 6, characterized in that in series with the accumulator (4), a second switch (S2) is arranged, which for
Verhinderung einer Tiefentladung des Akkumulators (4) mittels Steuerung (5) angesteuert ist. Preventing a total discharge of the accumulator (4) is controlled by means of control (5).
8. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichne , dass in einer Ladestromleitung des 8. Power supply according to one of claims 1 to 7, characterized gekennzeichne that in a charging power line of
Akkumulators (4) ein weiterer Schalter oder eine zweite Diode (D2) angeordnet ist. Accumulator (4) a further switch or a second diode (D2) is arranged.
9. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrocontroller zur Durchführung der Steueraufgaben vorgesehen ist. 9. Power supply according to one of claims 1 to 8, characterized in that a microcontroller is provided for carrying out the control tasks.
10. Verfahren zum Betreiben einer Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Steuerung (5) für eine vorgegebene Dauer eine 10. A method for operating a power supply according to one of claims 1 to 9, characterized in that by means of control (5) for a predetermined duration a
Absenkung der Ausgangsgleichspannung (UL) erfolgt, sodass für diese vorgegebene Dauer die Last (3) mittels Akkumulator (4) versorgt wird. Reduction of the DC output voltage (U L ) takes place, so that for this predetermined period, the load (3) is supplied by the accumulator (4).
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