Ladegeräte und Wechselstromrichter optimal eingesetzt

Die permanente Verfügbarkeit von elektrischer Energie wird durch die aktuelle Lage nicht mehr als Selbstverständlichkeit angesehen und dieses Thema rückt aktuell in einen besonderen Fokus. Abseits der Leitungsnetze der Energieversorger oder zur Überbrückung von Stromausfällen wurde der Bedarf bislang vor allem durch kraftstoffbetriebene Notstromaggregate gedeckt. Im Zuge des globalen Klimawandels und angesichts der aktuellen Energiekrise wird diese Art der Stromerzeugung aber zunehmend kritisch gesehen. Sowohl gewerblich wie auch privat wird elektrische Energie zunehmend mit Photovoltaik- oder Windkraftanlagen erzeugt und in stationären wie auch in mobilen Akkusystemen gespeichert. Damit einher geht zwangsläufig ein erhöhter Bedarf an leistungsstarken und zuverlässigen Ladegeräten, wie sie etwa EMTRON electronic GmbH als führender Lösungsanbieter für Stromversorgungskomponenten mit der neuen NPB-Serie von MEAN WELL anbietet.

Momentan werden im Wesentlichen zwei Arten von Akkumulatoren zum Speichern der elektrischen Energie eingesetzt. Bei großen stationären Anlagen und in schweren Fahrzeugen sind die relativ preiswerten Blei-Säure-Batterien stark vertreten. Im mobilen Bereich kommen verstärkt Lithium-Ionen-Akkumulatoren zum Einsatz. Als sogenannte Powerstation sind sie eine saubere Alternative zu benzinbetriebenen Stromgeneratoren, um etwa unterwegs Elektrowerkzeuge zu betreiben oder aufzuladen. Jede Akku-Technik hat ihre elektrochemischen Eigenheiten und verlangt nach einer speziellen Ladestrategie, um dabei nicht beschädigt zu werden.

Bei Blei-Säure-Akkumulatoren bedient man sich zum Laden eines dreistufigen Verfahrens: Um ein übermäßiges Ansteigen des Anfangsstroms zu vermeiden, wird der Strom zunächst auf ein konstantes Maß begrenzt, bis die Ladeschlussspannung erreicht ist. Anschließend wird der Blei-Säure-Akku mit einer konstanten Überspannung weiter gefüllt. Dabei nimmt der Ladestrom mit zunehmender Ladung kontinuierlich ab. Sinkt er unter zehn Prozent vom Ausgangsstrom ist der Akku voll. Eine niedrigere Erhaltungsspannung wirkt dann der Entladung des Systems entgegen. Gemäß den Formelzeichen für Strom (I), Spannung (U) und Überspannung (oU) wird diese Strategie auch als IUoU-Ladeverfahren bezeichnet.

Bei Lithium-Ionen-Akkus muss beim Laden sehr genau auf den aktuellen Ladezustand geachtet werden. Liegt die Klemmenspannung zu nah an der Entladeschlussspannung, vertragen die Zellen nicht den vollen Ladestrom. Der Laderegler muss daher zu Beginn die Leerlaufspannung messen und steigert daran angepasst den Ladestrom allmählich bis zum vorgesehenen Maximum. Auch die vom Hersteller des Akkus angegebene Spannungsobergrenze sollte tunlichst nicht überschritten werden. Für eine lange Lebensdauer ist es förderlich die Ladeschlussspannung deutlich darunter, an der Nennspannung der Zellen zu halten.

Intelligente Laderegler, wie die NPB-Serie von MEAN WELL erfassen selbstständig Art und Zustand des angeschlossenen Akkumulators und passen die Ladestrategie automatisch an. Im Zusammenspiel mit den Wechselstromrichtern der NTS/NTU-Reihe des gleichen Herstellers sind sie die perfekte Lösung für eine unabhängige Stromversorgung. EMTRON electronic GmbH bietet diese Kombinationen für einen breiten Leistungsbereich an. Nachfolgend werden beispielhaft einige typische Einsatzszenarien beschrieben.

Solange der Strom über die Leitungen des Energieversorgers fließt, verwenden alle Haushaltsgeräte den Netzstrom für den Betrieb und gleichzeitig lädt das NPB-Ladegerät (6) die Akkumulatoren auf. Bei einem kurzen Stromausfall wird der gespeicherte Gleichstrom vom NTS-Wechselrichter (3) in Wechselstrom umgewandelt werden, um den Betrieb der Haushaltsgeräte für eine gewisse Zeit aufrechtzuerhalten. Ist das Dach mit Sonnenkollektoren (1) ausgestattet, kann die überschüssige Energie tagsüber zum Laden der Batterien verwenden werden (siehe Abb. 1). Diese decken dann über den Wechselrichter den nächtlichen Strombedarf der Haushaltsgeräte.

Für Telekommunikationsanlagen und besonders auch Überwachungssysteme ist eine Unterbrechung der Stromversorgung fatal. Um dies zu verhindern werden in solchen Anlagen akkugestützte USV-Systeme als Notstromversorgung eingesetzt. Diese besteht in der Regel aus Wechselrichter, Ladegerät und Akkumulator (siehe Abb. 2). Solange die Netzstromversorgung gewährleistet ist, versorgt beispielsweise der Wechselrichter NTU-1200 die Back-End-Sicherheitsgeräte direkt mit Strom. Gleichzeitig lädt das Ladegerät NPB-360 den Akku des Systems auf. Fällt die reguläre Netzstromversorgung aus, kann der NTU-Wechselrichter innerhalb von 10 Millisekunden Wechselstrom aus den Batterien liefern, um den Betrieb der Anlage unterbrechungsfrei zu gewährleisten.

Dies ist nur ein kleiner Ausschnitt aus den Anwendungsmöglichkeiten am Beispiel der Produkte von MEAN WELL. Wir von EMTRON finden auch für ausgefallene Fragen der Stromversorgung eine sichere und zuverlässige Lösung. Bei Fragen stehen Ihnen selbstverständlich unser Kundensupport und Expertenteam zur Seite.