USV Modulare 24-Volt-Notstromversorgung mit LiFePO4- oder Supercap-Energiespeichern

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Die intelligente DC-Notstromversorgung UPSI-2412 von Bicker Elektronik überbrückt in Kombination mit passenden LiFePO4- oder Supercap-Energiespeichern zuverlässig Netzausfälle und Störungen.

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Die intelligente DC-Notstromversorgung UPSI-2412 von Bicker Elektronik überbrückt in Kombination mit passenden LiFePO4- oder Supercap-Energiespeichern zuverlässig Netzausfälle und Störungen.
Die intelligente DC-Notstromversorgung UPSI-2412 von Bicker Elektronik überbrückt in Kombination mit passenden LiFePO4- oder Supercap-Energiespeichern zuverlässig Netzausfälle und Störungen.
(Bild: Bicker Elektronik)

Die UPSI-2412 stellt sicher, dass die unterbrechungsfreie 24-V-DC-Stromversorgung prozessrelevanter Systeme jederzeit gewährleistet ist, z. B. sensible Steuerungs- und Regelsysteme, Embedded IPCs, Gateways, Motoren, Aktoren, Sensoren, Überwachungs- und Sicherheitstechnik.

Somit lassen sich kostenintensive Anlagenstillstände und empfindliche Datenverluste effektiv vermeiden. Die DC-USV-Platine UPSI-2412 ist für die flexible Open-Frame-Systemintegration in kundenspezifische Applikationen konzipiert und ermöglicht individuelle Notstromversorgungslösungen für den langjährigen Einsatz in den Bereichen Industrie 4.0, Medizin- und Labortechnik, erneuerbare Energie, Steuerungs- und Regelungstechnik, Sicherheits-, Vision- und Inspektionssysteme.

DC-Notstromversorgung mit geregelter Ausgangsspannung

Die UPSI-2412 leitet im Normalbetrieb die DC-Eingangsspannung direkt an den Ausgang weiter, lädt parallel den angeschlossenen Energiespeicher und überwacht alle relevanten Parameter, Ströme und Spannungen. Bei Spannungseinbrüchen oder Stromausfall trennt ein MOSFET innerhalb weniger Mikrosekunden den Eingang ab und die angeschlossene Last wird unterbrechungsfrei aus dem Energiespeicher heraus versorgt und die UPSI-2412 stellt eine konstant geregelte DC-Ausgangsspannung zur Verfügung.

Intelligente PowerSharing-Funktion

Diese implementierte Funktion sorgt eingangsseitig dafür, dass die vorgeschaltete AC/DC-Stromversorgung nicht überdimensioniert werden muss, sondern die Eingangsleistung konstant gehalten und entsprechend angepasst auf Last und Batterie-Lader verteilt wird. Das heißt, bei geringer Last am Ausgang fließt mehr Energie in den Lader und umgekehrt.

Flexibler Einsatz passender Energiespeicher

Damit die UPSI-2412 flexibel mit verschiedenen Speichertechnologien eingesetzt werden kann, sind drei Ladeverfahren mit individueller Anpassung der Ladeschlussspannung und einem Ladestrom von bis zu 4,5 A implementiert: Constant Current, Constant Voltage und Constant Power. Der integrierte Mikrocontroller erkennt Art und Daten des Energiespeichers, so dass sich die Lade- und Entladeparameter individuell anpassen lassen.

Supercap-Energiespeicher – schnellladefähig und absolut wartungsfrei

Im Bereich kurzer und mittlerer Überbrückungszeiten bieten Bicker Elektronik mit der BP-SUC-Serie absolut wartungsfreie Supercaps als hocheffiziente und besonders langlebige Energiespeicher mit mehr als 500.000 Lade- und Entladezyklen an. Supercaps (EDLC) basieren auf elektrophysikalischen Prinzipien und sind innerhalb kürzester Zeit geladen und einsatzbereit. Unter vergleichbaren Einsatzbedingungen weisen Supercap-Energiespeicher eine bis zu zehnmal längere Lebensdauer als klassische Blei-Säure-Batterien auf. Energiespeicher mit Superkondensatoren überzeugen zudem mit einer hohen Strombelastbarkeit, Leistungsdichte und Zuverlässigkeit.

LiFePO4-Batteriepacks – besonders sicher und langlebig

Für längere Überbrückungszeiten bietet sich die Lithium-Eisenphosphat-Technologie mit hoher Energiedichte an. Die Hochleistungs-Batteriepacks der BP-LFP-Serie überzeugen in sicherheitsrelevanten Anwendungen mit einer besonders stabilen Batteriechemie, einer hohen Zyklenfestigkeit sowie einer langen Lebensdauer von mind. 10 Jahren. Das integrierte Batterie-Management-System (BMS) mit Cell-Balancing sorgt hierbei für eine ausgewogene und gleichmäßige Ladung aller Zellen, so dass die volle Kapazität des Batteriepacks dauerhaft nutzbar bleibt. Im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien weisen hochwertige Lithium-Eisenphosphat-Zellen eine ca. 15-20x längere Lebensdauer und Zyklenfestigkeit auf. Zudem kann beim LiFePO4-Batteriepack die volle Nennkapazität zu 100% dauerhaft entnommen werden. Blei-Säure-Batterien haben hinsichtlich Entladetiefe und Zyklenzahl deutliche Einschränkungen in der Anwendung. Bei Berechnung der Total Cost of Ownership über den gesamten Einsatzzeitraum von mindestens 10 Jahren ergibt sich ein deutlicher Kostenvorteil gegenüber Blei-Säure-Batterien, zumal auch der Aufwand für Wartung und Batterietausch bei LiFePO4 in diesem Zeitraum entfällt.

Batterie-Startfunktion

Für mobile Anwendungen bietet die UPSI-2412 die Möglichkeit, aus der Batterie heraus die versorgte Applikation bis maximal 7 A Laststrom zu starten, ohne dass eine netzseitige Spannungsversorgung vorhanden oder angeschlossen ist. Hierzu wird der Taster BS länger als zwei Sekunden betätigt. Bicker Elektronik empfiehlt für diesen Einsatzzweck den LiFePO4-Hochleistungs-Batteriepack BP-LFP-2725.

Plug&Play für schnelle und einfache Installation

Die UPSI-2412 verfügt über eine integrierte USB-Schnittstelle zur Anbindung an ein IPC-System und wird vom Betriebssystem direkt als USV erkannt – ohne zusätzliche Treiber- oder Softwareinstallation.

Software UPSGen2 Configuration – erweiterte Funktionalität und Monitoring

Zur Einstellung und Parametrisierung des DC-USV-Systems sowie dem Echtzeit-Monitoring steht die kostenlose Software 'UPS Gen2 Configuration' zum Download bereit. Die USV- und Batteriezustandsanzeigen umfassen alle relevanten Spannungen, Ströme sowie Batterietemperatur, Ladezustand (SOC), Laufzeiten und Zyklen. Zu den voreinstellbaren Parametern zählen u.a. Load-Sensor (mA), Shutdown-Verzögerung, maximale Backup-Zeit, Mindestladekapazität vor Systemstart, Timer-Funktion und Restart-Delay. Mit den eingestellten Werten ist anschließend der autarke Betrieb möglich.

Timerfunktion für kontrollierten System-Shutdown nach Zeitvorgabe

Mit dem neuen Parameter „Shut Down OS in“ kann zusätzlich die Zeit bis zum Herunterfahren und Ausschalten des Computersystems bei Stromausfall eingestellt werden. Somit lässt sich neben den eigenen Betriebssystemeinstellungen über den Ladezustand des Energiespeichers („Shut Down OS at SOC“) nun auch eine konkrete Zeitvorgabe für das kontrollierte Abschalten im USV-Backup-Betrieb definieren.

Shutdown & Reboot-Funktion für IPC-Systeme

Bei einem ‘PowerFail‘ signalisiert die DC-USV über das integrierte Interface den Ausfall der Versorgungsspannung, so dass ein kontrollierter Shutdown des Computersystems eingeleitet und wertvolle Daten gesichert werden. Die integrierte Reboot-Funktion der DC-USV leitet nach wiederkehrender Versorgungsspannung selbstständig den Neustart des versorgten IPC ein, ohne dass eine aufwendige Vorort-Intervention eines Service-Mitarbeiters notwendig wäre, z. B. bei vollkommen autarken Computersystemen an unzugänglichen Standorten.

Potenzialfreier Relais-Schaltkontakt für PowerFail

Die Funktionalität und das Verhalten des zweipoligen Relais-Anschlusses bei einem Netzausfall kann über die Software „UPSGen2 Configuration“ definiert werden: „Normally Open“, „Normally Closed“ oder „Shutdown Pulse“. Bei Schließen des Relais beträgt der Widerstand zwischen den beiden Pins ⁓ 0 Ω, ansonsten sind die Kontakte „Open Load“.

Mindestlast-Erkennung

In der Software „UPSGen2 Configuration“ kann über den Lastsensor der minimale Ausgangsstrom zur DC-Last im USV-Batteriebetrieb eingestellt und überwacht werden. Unterschreitet die Last am Ausgang diesen Grenzwert, wird der Energiespeicher nach 10 Sekunden automatisch von der Lade- und Steuereinheit getrennt, so dass keine unnötige und schleichende Entladung des Energiespeicher stattfinden kann. Die DC-USV kann so auch definiert abgeschaltet werden.

Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit – Made in Germany

Bicker gewährt auf die DC-USV UPSI-2412 eine dreijährige Garantie, sowie eine Langzeitverfügbarkeit von mindestens fünf Jahren. Für Applikationen mit einer langen Laufzeit ist somit ein optimaler Investitionsschutz gegeben. Systementwickler profitieren zudem von der persönlichen Design-In-Beratung und dem erstklassigen Service & Support durch die Stromversorgungsspezialisten von Bicker Elektronik. Auf Wunsch realisieren die Entwicklungsingenieure kundenspezifische Sonder- und Speziallösungen und bieten zudem umfangreiche Labor- und Mess-Dienstleistungen für komplette Kundensysteme an.

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