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Flexible DC-USV-Systeme und Energiespeicher

13. Dezember 2019, 11:00 Uhr   |  Corinna Puhlmann-Hespen

Flexible DC-USV-Systeme und Energiespeicher
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Das modulare DC-USV-System UPSI mit Supercaps, LiFePO4-, Li-Ion- oder Blei-Batterien für die flexible Systemintegration, den Schaltschrankeinbau oder als Outdoor-IP67-Variante.

In einer zunehmend komplexen und vernetzten Infrastruktur stellen dezentrale USV-Systeme die unterbrechungsfreie DC-Stromversorgung mit 12 V, 24 V oder 48 V sicher. Eine derartige „Versicherung gegen Stromausfälle“ soll möglichst kostengünstig, langlebig, flexibel und zuverlässig sein.

Um diese Vorgaben zu erreichen, bedarf es neben einer genauen Analyse der Applikation auch detaillierter Kenntnisse der unterschiedlichen Batterietechnologien. Mit dem modular aufgebauten DC-USV-System UPSI bietet Bicker Elektronik effektiven Schutz vor Stromausfällen, Flicker oder Spannungseinbrüchen und vermeidet so gefährliche Anlagenstillstände, kostenintensive Ausfallzeiten und den Verlust wertvoller Daten. Die DC-USV-Systeme „Made in Germany“ lassen sich dabei äußerst flexibel für eine Vielzahl an Applikationen verwenden, wie Industrie 4.0, Medizin- und Labortechnik, Automatisierung, Edge Computing und vielen weiteren Anwendungen.

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LiFePO4-Batteriepack BP-LFP mit integriertem BMS.

Die Hutschienenausführung UPSI-D im robusten Aluminium-Gehäuse ist für die schnelle und flexible DIN-Rail-Montage in Schaltschränken vorbereitet. Ebenfalls im DIN-Rail-Gehäuse stehen als separate Energiespeicher sowohl 10-Jahres-Batteriepacks mit LiFePO4-Zellen (Lithium-Eisenphosphat) als auch absolut wartungsfreie Longlife-Supercaps (Ultrakondensatoren) zur Verfügung, sowie Lösungen mit Li-Ionen- und Blei-Batterien.

Weitere Bauformen sind Open-Frame-Varianten für die direkte Systemintegration (UPSI), kompakte Kombi-Lösungen mit integriertem Energiespeicher (UPSIC & UPSI-DP) und Outdoor-IP67-Versionen (UPSI-IP). Der Stromversorgungsspezialist aus Donauwörth empfiehlt bei der Systementwicklung frühzeitig die persönliche Design-In-Beratung in Anspruch zu nehmen. Diese schließt neben der Betrachtung der Batterietechnologien auch eine gesamtheitliche Analyse des Temperatur- und Wärmemanagements und der tatsächlich abzusichernden Komponenten des Kundensystems ein.

Batterie- und Energiespeicher-Technologien

Im Bereich kurzer und mittlerer Überbrückungszeiten bieten sich wartungsfreie Longlife-Supercaps als hocheffiziente und besonders langlebige Energiespeicher mit hoher Leistungsdichte und mehr als 500.000 Lade- und Entladezyklen an. Im Gegensatz zu Batterien, die Energie über den Umweg einer chemischen Reaktion speichern, basieren Supercaps auf elektrophysikalischen Prinzipien und sind innerhalb kürzester Zeit geladen und einsatzbereit.

Für längere Überbrückungszeiten eignet sich die Lithium-Ionen-Technologie mit hoher Energiedichte. Bei der Auswahl eines Li-Ionen-Energiespeichers für DC-USV-Systeme empfiehlt sich jedoch ein genauer Blick auf das eingesetzte Kathodenmaterial: Gerade bei Zellen mit chemisch und thermisch instabilem Kathodenmaterial wie Lithium-Kobalt-Oxid (LCO) oder Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) kann es unter bestimmten Bedingungen zu zellinternen exothermischen chemische Reaktionen kommen, die letztlich in einem unkontrollierbaren „Thermal Runaway“ enden.

Dieser Effekt hat nicht zuletzt einen hohen Bekanntheitsgrad erlangt durch die Berichterstattung über brennende Mobiltelefone und Elektroautos. Mit Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) steht laut Bicker für das Kathodenmaterial eine wesentlich stabilere chemische Verbindung mit erhöhter Sicherheit und einer rund zehnfach höheren Zyklenfestigkeit zur Verfügung. Außerdem leistet LiFePO4-Batterietechnologie durch den Verzicht auf giftige Schwermetalle wie Nickel oder dem seltenen Rohstoff Kobalt einen aktiven Beitrag zum Schutz von Mensch und Umwelt. Ausgestattet mit einem Hochleistungs-Batterie-Management-System (BMS) sind LiFePO4- Energiespeicher sowohl als geschrumpfte Batteriepacks BP-LFP, als auch in einer robusten DIN-Rail-Gehäusevariante (BP-LFP-D) verfügbar.

Für den Einsatz unter extremen Umgebungsbedingungen im Temperaturbereich zwischen -40 °C bis +70 °C bieten sich schließlich noch Reinblei-Zinn-Batteriezellen, wie die besonders robusten und langlebigen Cyclon-Zellen als Energiespeicher an.

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2. Flexible Steuerungs- und Ladetechnik

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