EP2719053A1 - Notfallsystem für stromausfälle - Google Patents

Notfallsystem für stromausfälle

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Publication number
EP2719053A1
EP2719053A1 EP12727112.0A EP12727112A EP2719053A1 EP 2719053 A1 EP2719053 A1 EP 2719053A1 EP 12727112 A EP12727112 A EP 12727112A EP 2719053 A1 EP2719053 A1 EP 2719053A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
charging
emergency system
electronics
charge
Prior art date
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Ceased
Application number
EP12727112.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Edward Pytlik
Rainer Hald
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.)
VARTA Microbattery GmbH
Original Assignee
VARTA Microbattery GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by VARTA Microbattery GmbH filed Critical VARTA Microbattery GmbH
Publication of EP2719053A1 publication Critical patent/EP2719053A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/971—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/975—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/977—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery

Definitions

  • the present invention relates to an emergency system for power failures, which can in particular secure the operation of a data processing device.
  • the emergency system comprises a single- or multi-cell, rechargeable battery and a charging electronics for charging this battery, which can be arranged together on a circuit board of a data processing device.
  • Emergency power failure systems are well known in many fields of engineering. Particularly in the field of data processing, it is necessary to avoid data loss due to uncontrolled shutdowns of data processing equipment as a result of power failures and power interruptions. Suitable emergency systems in these cases should temporarily take over the power supply of at least the most important components of data processing equipment in order to enable a proper shutdown of the same.
  • a rechargeable nickel-metal hydride battery which is basically suitable for such applications, is described for example in EP 1 01 1 163 B1.
  • Particularly suitable as capacitors are so-called double-layer capacitors ("supercaps") .
  • supercaps double-layer capacitors
  • Double-layer capacitors have the great advantage that they can supply very high pulse currents very quickly.
  • their capacitance is limited according to the nature of a capacitor and, like all capacitors, they have a decreasing voltage characteristic.
  • a much higher capacity offer rechargeable batteries such as those described in EP 1 01 1 163 B1.
  • these have the disadvantage that they can be overloaded at the relatively high temperatures that may occur in data processing facilities in operation, which can lead to a drastic reduction in their life expectancy.
  • the present invention has for its object to provide an emergency system for power outages, which does not have the disadvantages of the prior art.
  • the emergency power failure system comprises a single-cell or multi-cell, rechargeable battery and a charging electronics for charging this battery.
  • the battery may be a NiMH battery (Nickel Metal Hydride), a NiCd Battery (Nickel Cadmium), NiZn Battery (Nickel Zinc), Ag 2 O / Zn Battery (Silver Oxide Zinc) or a lithium-ion battery act. All these electrochemical systems are fundamentally in question.
  • the battery is particularly preferably a battery with an aqueous, alkaline electrolyte. Accordingly, batteries based on NiCd, NiMH and NiZn are particularly preferred.
  • the emergency system according to the invention is characterized in particular by the fact that the charging electronics provides a charging voltage at which the battery does not overload even at a temperature of up to 80 ° C, preferably even up to 85 ° C. ,
  • the charging electronics are designed such that they provide a charging voltage, in which the battery is transferred to a charging state and / or maintained in a charging state, in which they to a value between 1% and 30%, preferably between 5% and 25%, in particular between 10% and 20%, of their nominal capacity (at 20 ⁇ 2 ° C).
  • the voltage curve of batteries during charging and discharging processes is fundamentally very dependent on the temperature. For example, at low temperatures (e.g., between 0 and 20 ° C), relatively high voltages are required to fully charge a battery of the above type. At high temperatures (for example, between 60 and 80 ° C), a battery can become overloaded very quickly at the same voltages (and otherwise the same charging parameters).
  • the voltage limit beyond which a battery does not overload at a given temperature must always be determined system-dependent. However, it is always the case that at a charging voltage at which a battery is transferred to the stated states of charge (charged to between 5% and 30% of its nominal capacity), no overcharging occurs at the temperatures mentioned.
  • Batteries in the specified state of charge are particularly well suited as an energy supply unit for emergency systems for power failures, since they are able to deliver several very high pulse currents in quick succession. Due to their low charge state they can never be overloaded at the temperatures usually prevailing in data processing equipment. As a result, they have an almost unlimited life under the conditions mentioned. Despite the very low state of charge seen in absolute terms, the amount of current available in the battery used according to the invention considerably exceeds that of a double-current capacitor of the same volume. As a rule, pulse currents of up to about 5 to 10 times the pulse length can easily be called up.
  • a NiMH battery is chosen as the battery for the emergency system and the charging voltage per cell of battery 1 is 325 V ⁇ 5 mV,
  • battery is a NiCd battery and the charging voltage per cell of battery 1 is 335 V ⁇ 5 mV,
  • the charging voltage supplied by the charging electronics is constant in preferred embodiments, ie does not change during charging (constant-voltage charging method). As charging progresses, the charging current decreases because of the decreasing voltage difference between the voltage supplied by the charging electronics and that of the battery. Once the voltages have equalized, only a residual current flows to compensate for the self-discharge of the battery. The battery is initially transferred to a defined state of charge. leads and then held on this. This process is repeated after each power failure in which the emergency system according to the invention was used. It is known to the person skilled in the art how charging electronics are built which have the characteristics required here. For example, the charging voltage can be adjusted to the required values by means of suitable resistors.
  • the battery of an emergency system can basically be a single-cell or a multi-cell battery.
  • the individual cells of the battery are connected in series with each other.
  • the voltage values mentioned above only refer to one cell at a time. If, for example, a nickel-metal hydride battery with two series-connected nickel-metal hydride cells is used, then the charging voltage is preferably 2.65 +/- 10 mV.
  • the above voltage values apply to the whole battery.
  • the charging voltage is preferably 1, 325 +/- 5 mV.
  • the accumulators described in EP 1 01 1 163 B1 which has already been mentioned several times, can be used very well as batteries for the emergency system according to the invention.
  • the content of EP 1 01 1 163 B1 is hereby incorporated by reference in its entirety into the content of the present description.
  • the battery and the charging circuit are arranged in a common housing, wherein electrical contacts for contacting the charging circuit with an external voltage source and for contacting the battery of the emergency system with a device to be supplied with emergency Ström device are provided on the housing.
  • an emergency system designed in accordance with the invention can easily be applied to conventional circuit boards for data processing equipment. Such boards are also the subject of the present invention.
  • Particularly suitable data processing devices to be backed up are those in a network environment, ie server systems in which the aspect of data security plays a very important role.
  • the emergency system according to the invention and the board according to the invention can of course also be easily installed in single-user computers as well as in mobile terminals such as notebooks.
  • a method for operating data processing devices such as the mentioned servers is also included in the present invention.
  • a data processing device comprising a single or multicellular rechargeable battery and charging electronics for charging this battery as such is operated in accordance with the present invention such that the battery is recharged by the (appropriately designed) charging electronics a charge state is maintained, in which the battery is not overloaded even at a temperature of up to 80 ° C, preferably of up to 85 ° C.
  • the battery is held by the charging electronics to a state of charge, as has already been defined above.
  • the procedure according to the invention can offer solutions in all technical fields in which double-layer capacitors play a role. Accordingly, the use of a combination of a single-cell or multicellular, rechargeable battery, as described above, is also possible. Ben, and an operated at the parameters defined above charging electronics as an electronic component with the properties of a double-layer capacitor subject of the present invention.
  • FIG. 1 shows the charging characteristics of a unicellular nickel-metal hydride battery at various temperatures.
  • the charging characteristics of the battery are shown at -10 ° C, 0 ° C, + 10 ° C, + 25 ° C, + 45 ° C, + 55 ° C, + 65 ° C and + 85 ° C. It can be seen that the voltage of a battery, which has a temperature of 85 ° C, does not exceed a value of 1, 32 V when charging. To fully charge a battery having a temperature of, for example, 25 ° C, much higher voltages are required. However, charging a nickel-metal hydride battery at these voltages would inevitably lead to overcharging the battery when heated to 85 ° C.
  • the charging voltage is selected so that even at 85 ° C can not be overcharged.
  • the charging process can be stopped. This is, as can be clearly seen in Fig. 1, achieved at all temperatures, in some cases significantly less than two hours.
  • the state of charge of the battery is then usually between 5% and 30% of its nominal capacity (at 20 ⁇ 2 ° C). The resulting residual current only compensates for the self-discharge and can be maintained (almost) as long as desired.
  • FIGS. 2A to 2E The high pulse current carrying capacity of an emergency system according to the invention can be seen in FIGS. 2A to 2E.
  • end-charge curves of a single-cell nickel-metal hydride battery are shown, which were kept at a voltage of 1.32 V by charging electronics at different temperatures:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Notfallsystem für Stromausfälle, umfassend eine ein- oder mehrzellige, wiederaufladbare Batterie aus der Gruppe mit NiMH-, NiCd-, NiZn-, Ag2O/Zn- oder Lithium-Ionen-Batterien sowie eine Ladeelektronik zum Laden dieser Batterie, wobei die Ladeelektronik eine Ladespannung bereitstellt, bei der die Batterie auch bei einer Temperatur von bis zu 80 °C, bevorzugt von bis zu 85 °C, nicht überlädt. Weiterhin werden eine Platine für eine Datenverarbeitungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Datenverarbeitungseinrichtung beschrieben, bei denen ein solches Notfallsystem zum Einsatz kommt. Auch die Verwendung einer Kombination aus einer ein- oder mehrzelligen, wiederauflad baren Batterie und der erwähnten Ladeelektronik als elektronisches Bauelement mit den Eigenschaften eines Doppelbeschichtkondensators wird beschrieben.

Description

Beschreibung
Notfallsvstem für Stromausfälle Die vorliegende Erfindung betrifft ein Notfallsystem für Stromausfälle, welches insbesondere den Betrieb einer Datenverarbeitungseinrichtung absichern kann. Das Notfallsystem umfasst eine ein- oder mehrzellige, wiederaufladbare Batterie sowie eine Ladeelektronik zum Laden dieser Batterie, die gemeinsam auf einer Platine einer Datenverarbeitungsein- richtung angeordnet werden können.
Notfallsysteme für Stromausfälle sind aus vielen Bereichen der Technik bekannt. Insbesondere im Bereich der Datenverarbeitung ist es erforderlich, dass Datenverluste durch unkontrollierte Abschaltungen von Daten- Verarbeitungseinrichtungen in Folge von Stromausfällen und Stromunterbrechungen vermieden werden. Geeignete Notfallsysteme sollen in diesen Fällen kurzzeitig die Energieversorgung zumindest der wichtigsten Komponenten von Datenverarbeitungseinrichtungen übernehmen um ein ordnungsgemäßes Herunterfahren derselben zu ermöglichen.
Es ist bekannt, flüchtige Speicher von Datenverarbeitungseinrichtungen sowohl mit wiederaufladbaren Batterien als auch mit Kondensatoren abzusichern. Eine wiederaufladbare Nickelmetallhydrid-Batterie, die sich grundsätzlich für derartige Anwendungen eignet, ist beispielsweise in der EP 1 01 1 163 B1 beschrieben. Als Kondensatoren eignen sich insbesondere sogenannte Doppelschichtkondensatoren („Supercaps"). Deren Verwendung als Energiequelle für ein Notfallsystem für Stromausfälle ist beispielsweise in der DE 20 2004 017 545 U1 beschrieben. Doppelschichtkondensatoren haben den großen Vorteil, dass sie sehr schnell sehr hohe Pulsströme liefern können. Ihre Kapazität ist allerdings entsprechend der Natur eines Kondensators begrenzt. Darüber hinaus weisen sie wie alle Kondensatoren eine abfallende Spannungskennlinie auf. Eine deutlich höhere Kapazität bieten wiederaufladbare Batterien wie beispielsweise die in der EP 1 01 1 163 B1 beschriebenen. Diese haben allerdings den Nachteil, dass sie bei den relativ hohen Temperaturen, die in Datenverarbeitungseinrichtungen im Betrieb auftreten können, ü- berladen werden können, was zu einer drastischen Verringerung ihrer Lebenserwartung führen kann.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Notfallsystem für Stromausfälle bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Notfallsystem für Stromausfälle mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Notfallsystems sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. Weiterhin sind die Platine mit den Merkmalen des Anspruchs 9, das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und die Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 1 1 angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Das erfindungsgemäße Notfallsystem für Stromausfälle umfasst eine ein- oder mehrzellige, wiederaufladbare Batterie sowie eine Ladeelek- tronik zum Laden dieser Batterie.
Bei der Batterie kann es sich insbesondere um eine NiMH-Batterie (Nickel-Metallhydrid), eine NiCd-Batterie (Nickel-Cadmium), NiZn-Batterie (Nickel-Zink), Ag20/Zn-Batterie (Silberoxid-Zink) oder eine Lithium- Ionen-Batterie handeln. Alle diese elektrochemischen Systeme kommen grundsätzlich in Frage. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Batterie allerdings um eine Batterie mit einem wässrigen, alkalischen Elektrolyten. Entsprechend sind Batterien auf Basis von NiCd, NiMH und NiZn besonders bevorzugt. Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Notfallsystemen zeichnet sich das erfindungsgemäße Notfallsystem insbesondere dadurch aus, dass die Ladeelektronik eine Ladespannung bereitstellt, bei der die Batterie auch bei einer Temperatur von bis zu 80 °C, bevorzugt sogar von bis zu 85 °C, nicht überlädt.
Besonders bevorzugt ist die Ladeelektronik derart ausgebildet, dass sie eine Ladespannung bereitstellt, bei der die Batterie in einen Ladezustand überführt und/oder in einem Ladezustand gehalten wird, in wel- chem sie auf einen Wert zwischen 1 % und 30 %, bevorzugt zwischen 5 % und 25 %, insbesondere zwischen 10 % und 20 %, ihrer nominalen Kapazität (bei 20 ± 2 °C) geladen ist.
Der Spannungsverlauf von Batterien bei Lade- und Endladevorgängen ist grundsätzlich sehr stark von der Temperatur abhängig. Beispielsweise bedarf es bei niedrigen Temperaturen (z.B. zwischen 0 und 20 °C) relativ hoher Spannungen, um eine Batterie des oben genannten Typs vollständig zu laden. Bei hohen Temperaturen (z.B. zwischen 60 und 80 °C) kann eine Batterie bei gleichen Spannungen (sowie ansonsten glei- chen Ladeparametern) sehr schnell überladen.
Die Spannungsgrenze, ab der eine Batterie bei einer gegebenen Temperaturen nicht überlädt, muss grundsätzlich systemabhängig ermittelt werden. Es gilt aber grundsätzlich immer, dass bei einer Ladespannung, bei der eine Batterie in die genannten Ladezustände (geladen auf zwischen 5 % und 30 % ihrer nominalen Kapazität) überführt wird, auch keine Überladung bei den erwähnten Temperaturen eintritt.
Batterien in dem angegebenen Ladezustand eignen sich besonders gut als Energieversorgungseinheit für Notfallsysteme für Stromausfälle, da sie in der Lage sind, in kurzer Folge mehrere sehr hohe Pulsströme abzugeben. Aufgrund ihres niedrigen Ladezustandes können sie bei den in Datenverarbeitungseinrichtungen üblicherweise herrschenden Temperaturen niemals überladen werden. In der Folge haben sie unter den ge- nannten Bedingungen eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Trotz des absolut gesehen sehr niedrigen Ladezustandes überschreitet die in der erfindungsgemäß verwendeten Batterie zur Verfügung stehende Strommenge die eines Doppelstromkondensators gleichen Volu- mens erheblich. In der Regel lassen sich Pulsströme mit bis zu ca. 5 bis 10-facher Pulslänge ohne weiteres abrufen.
Die Ladespannungen, bei denen eine Batterie bei den genannten Temperaturen nicht überlädt, lassen sich von einem Fachmann einfach bestimmen. In bevorzugten Ausführungsformen gilt, dass
• als Batterie für das Notfallsystem eine NiMH-Batterie gewählt wird und die Ladespannung pro Zelle der Batterie 1 ,325 V ± 5 mV beträgt,
• als Batterie eine NiCd-Batterie gewählt wird und die Ladespannung pro Zelle der Batterie 1 ,335 V ± 5 mV beträgt,
• als Batterie eine NiZn-Batterie gewählt wird und die Ladespannung pro Zelle der Batterie 1 ,90 V ± 50 mV beträgt,
• als Batterie eine Ag20/Zn-Batterie gewählt wird und die Ladespannung pro Zelle der Batterie 1 ,605 V ± 5 mV beträgt oder · als Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie gewählt wird und die Ladespannung pro Zelle der Batterie 1 ,875 V ± 25 mV (für L1C0O2 als Aktivmaterial) beträgt.
Die Ladespannung, die von der Ladeelektronik geliefert wird, ist in be- vorzugten Ausführungsformen konstant, ändert sich also beim Laden nicht (Konstantspannungs-Ladeverfahren). Bei fortschreitender Aufladung sinkt der Ladestrom wegen der kleiner werdenden Spannungsdifferenz zwischen der von der Ladeelektronik gelieferten Spannung und der der Batterie. Sobald sich die Spannungen angeglichen haben, fließt nur noch ein Reststrom zum Ausgleich der Selbstentladung der Batterie. Die Batterie wird also zunächst in einen definierten Ladezustand über- führt und dann auf diesem gehalten. Dieser Vorgang wiederholt sich nach jedem Stromausfall, bei dem das erfindungsgemäße Notfallsystem zum Einsatz kam. Dem Fachmann ist es bekannt, wie Ladeelektroniken gebaut werden, welche die hier geforderten Charakteristika aufweisen. So kann die Ladespannung beispielsweise mittels geeigneter Widerstände auf die geforderten Werte eingestellt werden. Wie oben bereits erwähnt, kann die Batterie eines erfindungsgemäßen Notfallsystems grundsätzlich eine ein- oder eine mehrzellige Batterie sein. Im Falle einer mehrzelligen Batterie ist es bevorzugt, dass die einzelnen Zellen der Batterie zueinander seriell geschaltet sind. In diesem Fall beziehen sich die oben genannten Spannungswerte jeweils auch nur auf eine Zelle. Wird z.B. eine Nickel-Metallhydrid-Batterie mit zwei zueinander seriell geschalteten Nickel-Metallhydrid-Zellen verwendet, so beträgt die Ladespannung bevorzugt 2,65 +/- 10 mV.
Wenn die einzelnen Zellen der Batterie zueinander parallel geschaltet sind, beziehen sich die oben genannten Spannungswerte auf die ganze Batterie. Wird z.B. eine Nickel-Metallhydrid-Batterie mit zwei zueinander parallel geschalteten Nickelmetallhydridzellen verwendet, so beträgt die Ladespannung bevorzugt 1 ,325 +/- 5 mV. Die in der bereits mehrfach erwähnten EP 1 01 1 163 B1 beschriebenen Akkumulatoren sind als Batterien für das erfindungsgemäße Notfallsystem sehr gut verwendbar. Der Inhalt der EP 1 01 1 163 B1 wird hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.
Besonders bevorzugt sind die Batterie und die Ladeschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei elektrische Kontakte zur Kontaktierung der Ladeschaltung mit einer externen Spannungsquelle und zur Kontaktierung der Batterie des Notfallsystems mit einer mit Not- ström zu versorgenden Einrichtung an dem Gehäuse vorgesehen sind. Ein derartig ausgebildetes erfindungsgemäßes Notfallsystem lässt sich ohne weiteres auf übliche Platinen für Datenverarbeitungseinrichtungen aufbringen. Auch solche Platinen sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Als zu sichernde Datenverarbeitungseinrichtungen kommen insbesondere solche in einer Netzwerkumgebung in Frage, also Serversysteme, bei denen der Aspekt Datensicherheit eine sehr große Rolle spielt. Grundsätzlich lassen sich das erfindungsgemäße Notfallsystem sowie die er- findungsgemäße Platine natürlich aber auch problemlos in Einzelplatzrechnern sowie in mobilen Endgeräten wie Notebooks verbauen.
Auch ein Verfahren zum Betrieb von Datenverarbeitungseinrichtungen wie den erwähnten Servern ist von der vorliegenden Erfindung umfasst. In Übereinstimmung mit den obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Notfallsystem wird eine Datenverarbeitungseinrichtung, die eine ein- oder mehrzellige wiederaufladbare Batterie und eine Ladeelektronik zum Laden dieser Batterie als solche aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung derart betrieben, dass die Batterie von der (entsprechend ausgebildeten) Ladeelektronik in einem Ladezustand gehalten wird, bei der die Batterie auch bei einer Temperatur von bis zu 80 °C, bevorzugt von bis zu 85 °C, nicht überlädt.
Besonders bevorzugt wird die Batterie dabei von der Ladeelektronik auf einem Ladezustand gehalten, wie er oben bereits definiert wurde.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, eine Batterie bei Parametern zu betreiben, bei denen sie nicht überladen kann, gleichzeitig aber elektrische Eigenschaften aufweist, die denen eines Doppelschicht- kondensators gleichen, ist selbstverständlich nicht nur auf dem Gebiet der Notfallsysteme für Stromausfälle interessant. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorgehensweise Lösungen auf allen technischen Gebieten bieten, in denen Doppelschichtkondensatoren eine Rolle spielen. Entsprechend ist auch die Verwendung einer Kombination aus einer ein- oder mehrzelligen, wiederauflad baren Batterie, wie sie oben beschrie- ben wurde, und einer bei den oben definierten Parametern betriebenen Ladeelektronik als elektronisches Bauelement mit den Eigenschaften eines Doppelschichtkondensators Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Näher erläutert werden das erfindungsgemäße Notfallsystem sowie die weiteren erfindungsgemäßen Gegenstände anhand der Zeichnungen, welche im Folgenden beschrieben werden. Es sei an dieser Stelle explizit betont, dass sämtliche in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen fakultativen Aspekte des erfindungsgemäßen Notfallsystems oder der sonstigen erfindungsgemäßen Gegenstände jeweils für sich allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der weiteren beschriebenen fakultativen Aspekte bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein können. Die nachfolgende Beschreibung dient lediglich zur Er- läuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und ist in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
Figurenbeschreibung Fig. 1 zeigt die Ladecharakteristik einer einzelligen Nickel-Metallhydrid- Batterie bei verschiedenen Temperaturen.
Dargestellt ist die Ladecharakteristik der Batterie bei -10 °C, 0 °C, +10 °C, +25 °C, +45 °C, +55 °C, +65 °C und +85 °C. Zu erkennen ist, dass die Spannung einer Batterie, die eine Temperatur von 85 °C aufweist, einen Wert von 1 ,32 V beim Laden nicht überschreitet. Zum vollständigen Laden einer Batterie, die eine Temperatur von beispielsweise 25 °C aufweist, sind wesentlich höhere Spannungen erforderlich. Ein Laden einer Nickel-Metallhydrid-Batterie bei diesen Spannungen würde im Um- kehrschluss aber unweigerlich zu einer Überladung der Batterie führen, wenn sich diese auf 85 °C erwärmt.
Erfindungsgemäß wird die Ladespannung derart gewählt, dass auch bei 85 °C keine Überladung erfolgen kann. Sobald die Batterie die genannte Spannung aufweist, kann der Ladevorgang beendet werden. Dieser Zu- stand ist, wie Fig. 1 klar zu entnehmen ist, bei allen Temperaturen nach zum Teil deutlich weniger als zwei Stunden erreicht. Der Ladezustand der Batterie liegt dann in der Regel zwischen 5 % und 30 % ihrer nominalen Kapazität (bei 20 ± 2 °C). Der sich dabei einstellende Reststrom gleicht nur die Selbstentladung aus und kann (nahezu) beliebig lange beibehalten werden.
Die hohe Pulsstrombelastbarkeit eines erfindungsgemäßen Notfallsystems lässt sich Fig. 2A bis 2E entnehmen. Dargestellt sind jeweils End- ladekurven einer einzelligen Nickel-Metallhydrid-Batterie, die von einer Ladeelektronik bei unterschiedlichen Temperaturen auf einer Spannung von 1 ,32 V gehalten wurde:
2A: Nickel-Metallhydrid bei 20 °C (50 mA / 1 ,320V)
Entladung über 7/4W-15sec Pulse in Abständen von 30 min
2B: Nickel-Metallhydrid bei 45 °C (50 mA / 1 ,320V)
Entladung über 7/4W-15sec Pulse in Abständen von 30 min
2C: Nickel-Metallhydrid bei 60 °C (50 mA / 1 ,320V)
Entladung über 7/4W-15sec Pulse in Abständen von 30 min
2D: Nickel-Metallhydrid bei 70 °C (50 mA / 1 ,320V)
Entladung über 7/4W-15sec Pulse in Abständen von 30 min
2E: Nickel-Metallhydrid bei 80 °C (50 mA / 1 ,320V)
Entladung über 7/4W-15sec Pulse in Abständen von 30 min

Claims

Patentansprüche
1. Notfallsystem für Stromausfälle, umfassend eine ein- oder mehrzellige, wiederaufladbare Batterie aus der Gruppe mit NiMH-, NiCd-, NiZn-, Ag20/Zn- oder Lithium-Ionen-Batterien sowie eine Ladeelektronik zum Laden dieser Batterie, wobei die Ladeelektronik eine (bevorzugt konstante) Ladespannung bereitstellt, bei der die Batterie auch bei einer Temperatur von bis zu 80 °C, bevorzugt von bis zu 85 °C, nicht überlädt.
2. Notfallsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeelektronik eine Ladespannung liefert, bei der die Batterie in einen Ladezustand überführt und/oder in einem Ladezustand gehalten wird, in welchem sie auf zwischen 5 % und 30 %, insbesondere zwischen 10 % und 20 %, ihrer nominalen Kapazität (bei 20 ± 2 °C) geladen ist.
3. Notfallsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine NiMH -Batterie ist und die Ladespannung pro Zelle 1 ,325 V +/- 5 mV beträgt.
4. Notfallsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine NiCd-Batterie ist und die Ladespannung pro Zelle 1 ,335 V ± 5 mV beträgt.
5. Notfallsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine NiZn-Batterie ist und die Ladespannung pro Zelle 1 ,900 V ± 50 mV beträgt.
6. Notfallsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Ag20/Zn-Batterie ist und die Ladespannung pro Zelle 1 ,605 V ± 5 mV beträgt.
7. Notfallsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie mit L1C0O2 als Aktivmaterial ist und die Ladespannung pro Zelle 1 ,875 V ± 25 mV beträgt.
8. Notfallsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie und die Ladeschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei elektrische Kontakte zur Kontaktierung der Ladeschaltung mit einer externen Spannungsquelle und zur Kontaktierung der Batterie mit einer mit Notstrom zu versorgenden Einrichtung an dem Gehäuse vorgesehen sind.
9. Platine für eine Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere in einer Netzwerkumgebung, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Notfallsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
10. Verfahren zum Betrieb einer Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere in einer Netzwerkumgebung, welche ein Notfallsystem mit einer ein- oder mehrzelligen, wiederaufladbaren Batterie aus der Gruppe mit NiMH-, NiCd-, NiZn-, Ag20/Zn- oder Lithium- Ionen-Batterien sowie einer Ladeelektronik zum Laden dieser Batterie aufweist, wobei die Batterie von der Ladeelektronik in einem Ladezustand gehalten wird, bei der die Batterie auch bei einer Temperatur von bis zu 80 °C, bevorzugt von bis zu 85 °C, nicht überlädt.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie von der Ladeelektronik auf einem Ladezustand von zwischen 5 % und 30 %%, insbesondere zwischen 10 % und 20 %, ihrer nominalen Kapazität (bei 20 ± 2 °C) gehalten wird.
12. Verwendung einer Kombination aus einer ein- oder mehrzelligen, wiederaufladbaren Batterie und einer Ladeelektronik zum Laden der Batterie, welche eine Ladespannung liefert, bei der die Batte- rie in einen Ladezustand überführt und/oder in einem Ladezustand gehalten wird, in dem sie auf zwischen 5 % und 30 %, insbesondere zwischen 10 % und 20 %, ihrer nominalen Kapazität (bei 20 ± 2 °C) geladen ist, als elektronisches Bauelement mit den Eigenschaften eines Doppelbeschichtkondensators (Supercaps).
EP12727112.0A 2011-06-07 2012-05-23 Notfallsystem für stromausfälle Ceased EP2719053A1 (de)

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US (1) US9653930B2 (de)
EP (1) EP2719053A1 (de)
CN (1) CN103765719B (de)
DE (1) DE102011077073A1 (de)
WO (1) WO2012168080A1 (de)

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