DE102009027228A1 - Energiezuweisungsvorrichtung - Google Patents

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DE102009027228A1
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DE200910027228
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Klaus Voigtlaender
Peter Kimmich
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiezuweisungsvorrichtung, mit einer Anzahl von Eingangsanschlüssen (203-209), wobei jedem Eingangsanschluss ein Energieerzeugungsmodul zuordnebar ist, einer Anzahl von Ausgangsanschlüssen (221-233), wobei jedem Ausgangsanschluss (221-233) ein Energieverbraucher zuordenbar ist, und einer Schaltanordnung (201) zum Schalten zumindest eines Eingangsanschlusses (203-209) auf einen Ausgangsanschluss (211-217) in Abhängigkeit von einer Energiebedarfscharakteristik eines diesem Ausgangsanschluss (221-233) zuordenbaren Energieverbrauchers, um dem Energieverbraucher die Energie entsprechend der Energiebedarfscharakteristik zuzuweisen.

Description

  • Stand der Technik
  • Zum Betreiben von Elektrogeräten in Haushalten wird üblicherweise Wechselspannung, beispielsweise 230 V-Wechselspannung, verwendet. Zum Erzeugen der Wechselspannung können neben konventionellen Kraftwerken beispielsweise Solarzellen oder Windkraftenergieanlagen herangezogen werden. Problematisch bei den letztgenannten Energieerzeugungskonzepten sind jedoch die insbesondere witterungsbedingten Schwankungen der erzeugbaren Energiemengen. Aus diesem Grund werden üblicherweise mehrere Energiequellen, beispielsweise Solarzellen, zu einem Energieverteilungssystem zusammengeschaltet, wobei die erzeugte Gleichspannung zum Erhalt einer Wechselspannung wechselgerichtet wird.
  • In 1 sind bekannte Energieverteilungssysteme dargestellt. 1A zeigt eine Parallelschaltung von mehreren in Reihe geschalteten Energiequellen 101, beispielsweise Solarzellen, welche mit einem Zentralwechselrichter 103 verbunden sind. 1B zeigt hingegen eine Mehrzahl von Reihenschaltungen von Energiequellen 101, wobei jede Reihenschaltung mit einem Wechselrichter 105 verbunden ist. Die Ausgänge der Wechselrichter sind mit einem Wechselstrombus 107 verbunden. Nachteilig an diesen Anordnungen ist jedoch deren geringe Flexibilität, weil die hiermit erzeugbare Energiemenge nicht an den spezifischen Energieverbrauch eines Energieverbrauchers angepasst werden kann. Außerdem sind die Wechselrichter verlustbehaftet, wodurch ein beträchtlicher Energieanteil durch die Wechselrichtung verloren geht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine bedarfsgerechte Verteilung elektrischer Energie, welche beispielsweise solar erzeugt werden kann, auf Energieverbraucher durch eine bedarfsgerechte und individuelle Zusammenschaltung verfügbarer Energiequellen erreicht werden kann. Die Energiequellen können beispielsweise Energiespeicher oder Energiequellen wie Solarzellen sein.
  • So können beispielsweise bei einem Mehrenergiebedarf weitere Energiequellen beispielsweise in Reihe oder parallel zu den bereits verwendeten Energiequellen beispielsweise dynamisch zugeschaltet werden. In Analogie hierzu können beispielsweise bei einem Bedarf an höherer elektrischer Spannung weitere Energiequellen insbesondere seriell zu den bereits bestehenden Energiequellen geschaltet werden, wodurch dynamisch und bedarfsgerecht eine höhere Spannung erzielt werden kann. Handelt es sich bei den Energiequellen beispielsweise um Gleichspannungsquellen, beispielsweise um Solarzellen, so können diese auch unmittelbar zur Versorgung elektrischer Verbraucher mit Gleichspannung herangezogen werden. Auf diese Weise kann auf den Einsatz von verlustbehafteten Wechselrichtern verzichtet werden.
  • Die Erfindung betrifft gemäß einem Aspekt eine Energiezuweisungsvorrichtung mit einer Anzahl von Eingangsanschlüssen, wobei jedem Eingangsanschluss eine Energiequelle zuordenbar ist, einer Anzahl von Ausgangsanschlüssen, wobei jedem Ausgangsanschluss ein Energieverbraucher zuordenbar ist, und einer Schaltanordnung zum Schalten zumindest eines Eingangsanschlusses auf einen Ausgangsanschluss in Abhängigkeit von einer Energiebedarfscharakteristik eines diesem Ausgangsanschluss zuordenbaren Energieverbrauchers, um dem Energieverbraucher die Energie entsprechend der Energiebedarfscharakteristik zuzuweisen. Die Energiezuweisungsvorrichtung ist somit eine zentrale Energiemanagementeinheit, welche in der Lage ist, den an sie anschließbaren Verbrauchern bedarfsgerecht und dynamisch die jeweils benötigte Menge an elektrischer Energie durch eine geeignete Zusammenschaltung der eingangsseitig zusammenschaltbarer Energiequellen, wie beispielsweise Solarzellen zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schaltanordnung ausgebildet, einen Eingangsanschluss als eine Mehrzahl von Eingangsanschlüssen in Ab hängigkeit von der Energiebedarfscharakteristik des Energieverbrauchers auszuwählen und den ausgewählten Eingangsanschluss mit dem Anschluss, dem der Verbraucher zuordenbar ist, elektrisch zu verbinden. Durch die Auswahl des Eingangsanschlusses wird daher unmittelbar eine Energiequelle ausgewählt, die zugeschaltet werden kann, um den Verbraucher mit beispielsweise der durch ihn benötigten elektrischen Energie zu versorgen. Somit kann eine vorteilhafte Flexibilität der Energiezuweisung realisiert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schaltanordnung ausgebildet, zumindest zwei Eingangsanschlüsse in Abhängigkeit von der Energiebedarfscharakteristik des Energieverbrauchers in Reihe und/oder parallel zueinander zu schalten, und die resultierende Eingangsanschlussschaltung mit dem Ausgangsanschluss, dem der Verbraucher zugeordnet ist, elektrisch zu verbinden. Dadurch wird sichergestellt, dass beispielsweise durch die Zusammenschaltung der an die Eingangsanschlüsse angekoppelten Energiequellen beispielsweise die benötigte Spannung bereitgestellt werden kann. Somit kann die Energiezuweisungsvorrichtung nicht nur unterschiedliche Energiemengen, sondern auch unterschiedliche Spannungen bedarfsgerecht bereitstellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schaltanordnung ausgebildet, eine Mehrzahl von Eingangsanschlüssen auszuwählen, diese Mehrzahl der ausgewählten Eingangsanschlüsse in Abhängigkeit von der Energiebedarfscharakteristik des Energieverbrauchers zu einer Eingangsanschlussschaltung zu verschalten, welche in Reihe und/oder parallel geschaltete Eingangsanschlüsse aufweist, und die Eingangsanschlussschaltung mit dem Ausgangsanschluss elektrisch zu verbinden, dem der Energieverbraucher zuordenbar ist. Somit kann in vorteilhafter Weise bereits im Vorfeld eine auch komplexe Zusammenschaltung von Energiequellen zu einer Gesamtschaltung, welche die gewünschte Energiemenge und/oder Spannung liefert, realisiert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schaltanordnung ausgebildet, zumindest einen Eingangsanschluss oder eine Eingangsanschlussschaltung gemäß einem Pulsweitenmodulationsschema mit dem Ausgangsanschluss zu verbinden oder von diesem zu trennen, um die dem Energiespeicher zugeführte Energiemenge über die Pulsweite des resultierenden, pulsweitenmodulierten Energiesignals zu steuern. Somit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die dem jeweiligen Verbraucher zur Verfügung gestellte elektrische Energie seinem Energiebedarf zugeschnitten ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schaltanordnung eine Schaltmatrix mit Schalttransistoren, welche beispielsweise Leistungstransistoren sein können, wodurch eine einfache und vorteilhafte Realisierung der Schaltanordnung gegeben ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform betrifft die Energiebedarfscharakteristik eine durch den Energieverbraucher benötigte elektrische Leistung oder elektrische Energie oder elektrische Spannung oder elektrischen Strom. Die Energiebedarfscharakteristik kann ferner in einfacher Weise durch beispielsweise eine Energie, Leistungs-, Spannungs- oder Strommessung erfasst werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Ausgangsanschlüsse der Schaltanordnung beispielsweise in Abhängigkeit von Energieklassen, Leistungsklassen, Stromklassen oder Spannungsklassen geordnet oder codiert, was beispielsweise mittels einer geometrisch unterscheidbaren Anschlussanordnung realisiert werden kann. Dadurch wird sichergestellt, dass die Anschlüsse jeweils nur Stecker aufnehmen können, welche derselben Energieklasse, Leistungsklasse, Stromklasse oder Spannungsklasse zugeordnet sind. Somit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass beispielsweise elektrische Verbraucher unterer Spannungsklassen nicht versehentlich an Anschlüsse der Schaltanordnung, welche höheren Spannungsklassen zugeordnet sind, angeschlossen werden, wodurch eine Beschädigung der elektrischen Verbraucher bereits im Vorfeld verhindert werden kann. Neben dieser mechanischen Lösung, welche auf speziellen Geometrien der Stecker und der Anschlüsse basiert, ist es ferner möglich, dass die elektrischen Verbraucher beispielsweise anhand eines Kennungssignals erkannt und automatisch beispielsweise der jeweiligen Spannungsklasse zugeordnet werden, so dass die Schaltanordnung automatisch sicherstellen kann, dass die dem betroffenen Anschluss zugewiesene Spannung beispielsweise einen bestimmten Spannungsgrenzwert nicht unter- bzw. überschreitet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Energiebereitstellungsvorrichtung ausgebildet, die Energiebedarfscharakteristik des Verbrauchers statisch oder dynamisch, beispielsweise mittels einer Strom- und/oder einer Spannungsmessung, zu ermitteln. Dadurch kann die Energiebereitstellungsvorrichtung die Energiebedarfscharakteristik automatisch und dynamisch erfassen, so dass die dem jeweiligen elektrischen Verbraucher jeweils zuweisbare elektrische Energiemenge automatisch und dynamisch gesteuert werden kann.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Energieverteilungssystem mit der erfindungsgemäßen Energiebereitstellungsvorrichtung und einer Anzahl von Energiequellen, wobei jedes Energieerzeugungsmodul mit genau einem Eingangsanschluss der Schaltanordnung verbunden ist. Die Energiequellen können beispielsweise durch zwei Leitungsanschlüsse verbunden werden, so dass deren Zusammenschaltung zu einer Reihen- oder zu einer Parallelschaltung stets möglich ist. Dadurch, dass jedem Anschluss nur ein Energieerzeugungsmodul zugewiesen werden kann, wird eine sichere Anpassung der bereitzustellenden elektrischen Energie an die Energiebedarfscharakteristik des jeweiligen Verbrauchers ermöglicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Energiequellen ausschließlich zur Erzeugung von Gleichspannung oder Gleichstrom vorgesehen, wobei an die Schaltanordnung ausschließlich Gleichstrom- oder Gleichspannungsverbraucher anschließbar sind. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Energieversorgungsszenario bereitgestellt, bei dem die Verbraucher direkt und bedarfsgerecht mit elektrischer Energie versorgt werden können.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Energiezuweisungsverfahren zum Zuweisen elektrischer Energie zweier Energieverbraucher in Abhängigkeit von seiner Energiebedarfscharakteristik unter Verwendung der erfindungsgemäßen Energiebereitstellungsvorrichtung, wobei zumindest ein Eingangsanschluss der Schaltanordnung auf einen Ausgangsanschluss der Schaltanordnung in Abhängigkeit von der Energiebedarfscharakteristik eines diesem Ausgangsanschluss zuordenbaren Energieverbrauchers geschaltet wird, um dem Energieverbraucher die Energie entsprechend der Energiebedarfscharakteristik zuzuweisen.
  • Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 Energiemanagementsysteme;
  • 2 eine Energiezuweisungsvorrichtung;
  • 3 eine Energiezuweisungsvorrichtung;
  • 4 Prinzipbilder einer Lautstärkeregelung;
  • 5 Prinzipbilder einer Temperaturregelung;
  • 6 eine Steckerbelegung; und
  • 7 eine Steckerbelegung.
  • 2 zeigt eine Energiezuweisungsvorrichtung 201 mit einer Anzahl von Eingangsanschlüssen 203, 205, 207, 209, welche jeweils beispielsweise zu einem Anschlussblock 211, 213, 215 und 217 zusammengefasst sind. Jedem der Anschlüsse ist beispielsweise ein Energieerzeugungsmodul 219 mit zwei Leitungen zugeordnet, wobei die den Eingangsanschlüssen insgesamt zuzuordenbaren Energiequellen bevorzugt gleicher Art sind und beispielsweise Solarmodule darstellen.
  • Die Schaltanordnung 201 umfasst ferner eine Anzahl von Ausgangsanschlüssen 221, 223, 225, 227, 229, 231, 233, denen jeweils ein elektrischer Verbraucher 235 zugeordnet werden kann. So können beispielsweise die den Anschlüssen 221 bis 225 zugeordneten elektrischen Verbraucher Elektromotoren, beispielsweise Gleichstrommotoren, während die den Anschlüssen 227 bis 231 zuzuordenbaren elektrischen Verbraucher Batterien sein können. Darüber hinaus kann einem der Anschlüsse, beispielsweise dem Anschluss 233, ein Wechselrichter 237, welcher unidirektional oder bidirektional sein kann, zugeordnet werden. Die Ausgänge des Wechselrichters 237 können beispielsweise mit einem Wechselstrombus verbunden werden.
  • Die Schaltanordnung 201 kann ferner einen Mikrocontroller 239 aufweisen, welcher beispielsweise vorgesehen ist, eine Zusammenschaltung der Energiequellen 219 zu bestimmen, also beispielsweise eine Reihen- und/oder eine Parallelschaltung der Energiequellen, um eine Energiemenge oder um eine Spannung zu erhalten, welche der Energiebedarfscharakteristik, also einer Energieanforde rung oder einer Spannungsanforderung oder einer Stromanforderung oder einer Leistungsanforderung, des jeweiligen Verbrauchers, entspricht. Da die Energiequellen beispielsweise einzeln mit den Eingangsanschlüssen 203 bis 209 der Schaltanordnung 201 verbindbar sind, kann der Mikrocontroller 239 einzelne Energiequellen zu- oder abschalten. Zur Erfassung der Energiebedarfscharakteristik des jeweiligen Verbrauchers kann die Schaltanordnung 201 ferner ein Strommessgerät 241 und/oder ein Spannungsmessgerät 243 aufweisen, um anhand einer Strom- und/oder Spannungsmessung die Energiebedarfscharakteristik beispielsweise dynamisch zu erfassen. Wird anhand der Messungen festgestellt, dass der jeweilige Verbraucher mehr Energie benötigen sollte, so kann die Schaltanordnung 201 bzw. der Mikrocontroller 239 ein weiteres Energieerzeugungsmodul oder mehrere Energiequellen zuschalten. Hierzu umfasst die Schaltanordnung beispielhaft eine Mehrzahl von Schaltern 245, die beispielsweise als Leistungstransistorschalter ausgeführt sein können.
  • 3 zeigt ein Energieverteilungssystem mit einer Energiezuweisungsvorrichtung 301, welche eine Mehrzahl von Eingangsanschlüssen 303, 305, 307 und 309, welche jeweils zu Anschlussblöcken 311 zusammengefasst sein können, aufweist. Mit jedem der Anschlüsse 303 bis 309 ist beispielsweise eine Energiequelle, beispielsweise eine Solarzelle, bevorzugt einzeln verbunden. Darüber hinaus kann die Schaltanordnung einen Anschluss 315 aufweisen, mit dem eine Zusammenschaltung von Energiequellen 317, beispielsweise eine vordefinierte Reihen- und/oder Parallelschaltung verbindbar bzw. verbunden ist.
  • Die Schaltanordnung 301 umfasst ferner eine Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen 319, mit denen jeweils Verbraucher 321, beispielsweise Elektromotoren, Elektrobatterien oder Wechselrichter 323 verbindbar sind.
  • Die Schaltanordnung 301 kann ferner Schalter 323 und 325 aufweisen, welche beispielsweise die Anschlüsse 303 oder 315 mit einem der Verbraucher, beispielsweise mit dem Verbraucher 321, verbinden. So kann beispielsweise die Reihenschaltung der Energiequellen 317 um weitere Energiequellen 313 bei Bedarf erweitert werden, wobei die Energiequellen beispielsweise in Reihe zu der bestehenden Reihenschaltung oder parallel hierzu geschaltet werden können.
  • Die Schaltanordnung umfasst ferner beispielsweise einen Mikrocontroller 327, einen Spannungsmesser 329 und/oder einen Strommesser 331 zur Erfassung der Energiebedarfscharakteristik des jeweiligen Verbrauchers 321. Die Schaltanordnung kann ferner eine Mehrzahl von Schaltern 333 aufweisen, welche vorgesehen sind, die jeweiligen Eingangsanschlüsse mit den Ausgangsanschlüssen bedarfsgerecht zu verbinden. Darüber hinaus kann die Schaltanordnung einen Gleichrichter 333 zum Umsetzen einer ersten Gleichspannung auf eine zweite Gleichspannung aufweisen.
  • Die in den 2 und 3 dargestellten Energieverteilungs- bzw. Energiemanagementsysteme ermöglichen eine geeignete Zusammenschaltung von Energiequellen und Speichermedien mit gleichzeitiger Abgabe von Spannungen an die Verbraucher in beispielsweise geeigneten Gleichspannungen, so dass auf eine verlustbehaftete Wechselrichtung verzichtet werden kann. Dadurch wird neben den Energieressourcen auch die Umwelt geschont.
  • Die in den 2 und 3 dargestellten Energieverteilungssysteme ermöglichen ferner eine Anpassung der dem jeweiligen Energieverbraucher zur Verfügung gestellter Energie an dessen Energiebedarfscharakteristik. Hierzu können die Schalteinrichtungen 201 bzw. 301 Regelungen aufweisen, welche beispielsweise eine spannungskonstante oder eine ereigniskonstante Regelung, beispielsweise eine Regelung auf eine konstante Lautstärke, auf eine konstante Drehzahl oder auf eine konstante Heizleistung bei einer variablen Eingangsspannung durchführen.
  • 4A verdeutlicht beispielsweise eine konstante Lautstärkeregelung bei einem Verbraucher, welcher beispielsweise durch einen Lautsprecher 401 gebildet wird. Die Lautstärke kann beispielsweise bei einer konstanten Eingangsspannung über einen Potentiometer 403, dessen Stellung die Energiebedarfscharakteristik repräsentiert, geregelt werden. Diese Regelung kann jedoch automatisch über einen Stromrückkopplungspfad 405 auf den Potentiometer 403 durchgeführt werden, wie es in 4B dargestellt ist. Durch diese automatische Regelung wird der Tatsache Rechnung getragen, dass beispielsweise eine Ausgangsspannung einer Solarzelle sich mit der Zeit ändern kann.
  • 5A und 5B verdeutlichen die in den 4A und 4B gezeigte Regelung am Beispiel einer in 5A dargestellten Heizplatte 501, deren Temperatur mittels eines Temperaturreglers 503 beispielsweise manuell eingestellt werden kann. In 4B kann die Temperatur dynamisch adaptiv mittels eines Temperaturrückkopplungszweiges 505 geregelt werden. Hierzu kann die Heizplatte beispielsweise mit einem Temperatursensor versehen sein, wodurch eventuelle Schwankungen der Ausgangsspannung der die Heizplatte betreibenden Solarzelle ausgeglichen werden können. Die in den 2 und 3 dargestellten Energieverteilungs- bzw. Energiemanagementsysteme ermöglichen eine geeignete Zusammenschaltung von Energiequellen bzw. Energiemodulen sowie Speichermedien mit gleichzeitiger Abgabe von Spannungen an die Verbraucher in beispielsweise geeigneten Gleichspannungsstufen, so dass unnötige Wechselrichtungsverluste entfallen, wodurch die Energieressourcen sowie die Umwelt geschont werden. Die in den 2 und 3 dargestellten Systeme sind, insbesondere im Falle der Solarenergieerzeugung, energieautark, und können daher im Outdoor-Betrieb ohne Stromnetze zur Energieerzeugung und -verteilung eingesetzt werden.
  • Die in den 2 und 3 dargestellten Energieverteilungssysteme können beispielsweise mit beliebigen Energiequellen, beispielsweise mit Solarmodulen oder mit anderen regenerativen Energiequellen, wie beispielsweise mit Windkraftenergieerzeugungsanlagen, betrieben werden. Die Energiequellen können ferner mit Steckern versehen werden, welche darüber hinaus einen Verpol- und Berührschutz beispielsweise für einen Gleichstromantrieb mit Codierung für verschiedene Spannungsklassen aufweisen können. Dementsprechend können auch die Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüsse der Schaltanordnungen 201 und 301 ausgebildet werden.
  • 6 zeigt beispielhafte Steckerbelegungen bzw. Anschlussgeometrien dargestellt, beispielsweise ein Rechteck 601 und/oder mit senkrecht zueinander angeordneten leitfähigen Streifenabschnitt 603 und/oder eine Anschlussgeometrie 605 mit einem senkrechten Streifenabschnitt und einem benachbart angeordneten kreisrunden Abschnitt oder eine Geometrie 607 mit einem waagerechten Streifenabschnitt und einem daneben angeordneten kreisrunden Abschnitt oder eine Geometrie 609 mit nebeneinander angeordneten Kreisabschnitten unterschiedlichen Durchmessers oder eine Geometrie 611 mit zwei Kreisabschnitten gleichen Durchmessers, welche nebeneinander in einer unteren Hälfte einer kreisförmigen Umrandung angeordnet sind, oder eine Anschlussgeometrie 613, welche aus einem kreisförmigen Ring vorbestimmter Dicke bestehen kann. Die in 6 dargestellten Codierungen sind insbesondere zweipolig und können sowohl eingangs- als auch ausgangsseitig verwendet werden.
  • 7 zeigt beispielhaft eine mehrpolige Steckerbelegung mit einem Streifenabschnitt 701 für beispielsweise eine erste konstante Spannung, einen Streifenabschnitt 703 für beispielsweise eine zweite konstante Spannung, n kreisrunden Abschnitten 705 für beispielsweise eine Niederstromanwendung sowie eine Kombination 1 bis n, einem beispielsweise kreisförmigen Masseanschluss 707, einem kreisförmigen Anschluss 709 für einen ersten Hochstrom, einen kreisförmigen Anschluss 711 für einen zweiten Hochstrom und einen kreisförmigen Anschluss 713 für einen dritten Hochstrom.
  • Anstatt der in den 6 und 7 dargestellten Steckergeometrien bzw. -codierungen können die Geräte beispielsweise anhand einer Identifikation identifiziert werden, so dass die jeweilige Schaltanordnung schaltungstechnisch eine Fehlbelegung verhindern kann. Diese Identifikation kann beispielsweise als ein Identifikationssignal von den Geräten aus ausgesendet werden.
  • Die Steckergeometrien können beispielsweise nach Spannungsklassen geordnet werden, welche jeweils eine definierte untere und/oder eine obere Grenze aufweisen können. Zusätzlich können beispielsweise durch DC/DC-Wandlungen (DC: Direct Current) stabilisierte Spannungen angeboten werden, z. B. 3,3 V, 5 V, 12 V, 24 V, 36 V, 48 V oder auch andere Spannungen.
  • Die Energieverbraucher, beispielsweise Gleichstrommotoren und/oder Elektronikgeräte, können somit mit einer oder ohne eine zusätzliche Spannungswandlung direkt an das jeweilige Energieverteilungssystem beispielsweise im Bereich von 30 V bis 600 V angeschlossen werden, wobei zur Energieerzeugung Solarmodule oder andere regenerative Energiequellen herangezogen werden können. Die in den 6 und 7 beispielhaft dargestellte Steckercodierung verhindert dabei eine Fehlbedienung bzw. einen Fehlanschluss. Wie in 7 kann jedoch auch ein mehrpoliger Stecker mit einer Codierung ausgeführt werden, bei dem gleichzeitig mehrere Spannungen auf verschiedenen Anschlüssen, d. h. Pins, liegen.
  • Die durch die Energieverteilungssysteme verteilte elektrische Energie kann beispielsweise zusätzlich zur Ladung von Speicherbatterien verwendet werden. Darüber hinaus kann beispielsweise über den Inverter 237 aus 2 die überschüssige elektrische Energie umgewandelt und in ein Energieverteilungsnetz eingespeist werden. Wird der Inverter 237 bidirektional ausgeführt, so kann der Energiebedarf auch aus dem Stromnetz zusätzlich ergänzt werden.
  • Wie vorstehend ausgeführt können als Energiequellen beispielsweise Solarzellen eingesetzt werden. Als Energiequellen können jedoch auch Batterien eingesetzt werden, welche die Solarzellen ersetzen oder ergänzen können. Hierzu können beispielsweise unterschiedliche Zellenanzahlen zusammengeschlossen werden, so dass wenig belastete Solarzellen zur Ladung von Batterien herangezogen werden. Darüber hinaus können elektrische Puffer, wie beispielsweise Akkumulatoren, Brennstoffzellen, Kondensatoren oder Ähnliches zur Energiespeicherung und/oder Glättung eingesetzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Energieverteilungs- bzw. Managementkonzept ermöglicht es darüber hinaus, die gewünschten Spannungen, die jeweils eine Energiebedarfscharakteristik repräsentieren können, zu erfassen und zu regeln. Hierzu ist es vorteilhaft, die Schaltanordnung 201 bzw. 301 in der Gestalt einer Schaltmatrix auszuführen, welche ein geeignetes Zusammenschalten der mit den Eingangsanschlüssen verbindbaren Module, Batterien oder anderen Energieerzeugern bzw. Umsetzern ermöglicht. Durch eine geeignete Verschaltung der Energiequellen kann das in den 2 und 3 dargestellte Energieverteilungssystem geeignet definierte Spannungsbereiche oder konstante Spannungen einstellen, was durch eine Einzelüberwachung der Energiequellen realisiert werden kann.
  • Darüber hinaus ist es möglich, die Spannungen beispielsweise in gestuften Relaisumschaltungen in beispielsweise 30 V-Stufen bereitzustellen. Hierzu können die Energiequellen, beispielsweise Solarpaneele, entsprechend angepasst werden.
  • Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Energieverteilungssystem mit einem Kommunikationssystem ausgestattet werden, um beispielsweise unter Verwendung des Internets oder des Bluetooth-Kommunikationssystems oder der Schnittstelle RS485 eine Mehrzahl von Funktionen auszuführen. Hierzu zählen beispielsweise das Lade- und Energiemanagement von Batterien und Energiequellen, wie beispielsweise Solarpaneele, die adaptive oder manuelle Konfigurierbarkeit des Energieverteilungsschemas durch eine Zusammenschaltung der Energiequellen, die vollautomatische Anlagenüberwachung, die Diebstahlsicherung, eine Netzintegration unter beispielsweise einer Einbeziehung in einer Netzstabilisierung, eine Abstimmung auf Länderanforderungen, eine Abstufung für einen optimalen Betriebspunkt oder eine Geräteüberwachung, beispielsweise eine Temperaturüberwachung oder eine Überwachung des ordnungsgemäßen Gebrauchs. Durch die übermittelten Informationen können elektrische Spannungen gezielt zu- oder abgeschaltet werden, wobei darüber hinaus Zustandsmeldungen an separate Kontrolleinrichtungen übermittelt werden können.
  • Die an das erfindungsgemäße Energieverteilungssystem anschließbaren elektrischen Verbraucher können beispielsweise Wechselstrom- aber auch Gleichstromverbraucher sein. Die Letztgenannten können beispielsweise die zur Verfügung stehende Spannung prüfen und sich erst ab einer vorher definierten Spannung einschalten lassen. Für Kleinverbraucher, die beispielsweise mit Spannungen zwischen 5 und 12 V versorgt werden, kann das Kleinverbraucherkonzept auf 30 V bis 48 V geändert werden, wodurch eine Angleichung der Spannungen an die beispielsweise durch Solarzellen abgegebenen Spannungen realisiert werden kann. Dadurch können dünnere Leitungsquerschnitte realisiert werden, wodurch ein geringerer Materialbedarf, geringere Kosten, geringeres Gewicht sowie geringere Baugrößen einhergehen. Darüber hinaus können insbesondere im Falle des Gleichstromenergiekonzeptes Wechselstromrichter, beispielsweise Solarinverter, und/oder weitere AC/DC-Wandler eingespart werden (AC: Alternste Current). Das erfindungsgemäße Energieverteilungskonzept ermöglicht ferner eine Stromnetzbetreiber-unabhängige und stets betriebsfähige Energiebereitstellung, welche unabhängig von Kraftwerken ist und sich durch geringe Energieverluste auszeichnet. Das Gleichstromenergieverteilungskonzept ist insbesondere bei Ton- und Bildgeräten von Vorteil, weil kein Netzbrummen auftreten kann. Darüber hinaus können notwendige Filterschaltungen zur Reduktion des Netzbrummens wegfallen, wodurch eine Reduktion des Materialbedarfs, eine Verrin gerung der Gerätekosten, ein geringeres Gewicht sowie geringere Baugrößen ermöglicht werden.
  • Die in den 2 und 3 dargestellten Energieverteilungssysteme können insbesondere im Falle der ausschließlichen Gleichstromerzeugung beispielsweise zur Gleichstromeinspeisung in Waschmaschinen, Klimaanlagen, Geschirrspülern, Kühlschränken insbesondere dort eingesetzt werden, wo keine Stromnetzinfrastruktur vorhanden ist und wo dennoch beispielsweise solartechnisch Energie erzeugt werden kann. Durch die Verwendung der Steckercodierung ist das Konzept ferner verpolsicher mit einem aufgrund der wegfallenden Wechselrichtung erhöhten Gesamtwirkungsgrad bei gleichzeitiger CO2-Reduktion. Das in den 2 und 3 dargestellte Energieverteilungssystem kann ferner zum Betreiben von einem Gartengrill, aller Arten von Haushaltsgeräten, zum Betreiben einer Warmwasseraufbereitung, von Kommunikations- und Unterhaltungselektronik, von Computern, von Laptops, von Radios, von Fernsehern, von DVD-Wiedergabe- und Aufnahmegeräten, zum Betreiben von Heizungsumwälzpumpen, von Geothermiegeräten, von Meerwasserentsalzungsanlagen, von Bewässerungsanlagen für den Aufbau von Pflanzen, von Heizungen, von Motoren, von Robotern, von Baumaschinen, von Fördermitteln oder von sonstigen Industrieanlagen oder zum Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge verwendet werden.

Claims (13)

  1. Energiezuweisungsvorrichtung, mit: einer Anzahl von Eingangsanschlüssen (203209), wobei jedem Eingangsanschluss ein Energieerzeugungsmodul zuordenbar ist; einer Anzahl von Ausgangsanschlüssen (221233), wobei jedem Ausgangsanschluss (203209) ein Energieverbraucher zuordenbar ist; und einer Schaltanordnung (201) zum Schalten zumindest eines Eingangsanschlusses (203209) auf einen Ausgangsanschluss (211217) in Abhängigkeit von einer Energiebedarfscharakteristik eines diesem Ausgangsanschluss (221233) zuordenbaren Energieverbrauchers, um dem Energieverbraucher die Energie entsprechend der Energiebedarfscharakteristik zuzuweisen.
  2. Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltanordnung (102) ausgebildet ist, einen Eingangsanschluss (203209) aus einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen (203209) in Abhängigkeit von der Energiebedarfscharakteristik des Energieverbrauchers auszuwählen und den ausgewählten Eingangsanschluss (203209) mit dem Anschluss, dem der Energieverbraucher zuordenbar ist, elektrisch zu verbinden.
  3. Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltanordnung (201) ausgebildet ist, zumindest zwei Eingangsanschlüsse (203209) in Abhängigkeit von der Energiebedarfscharakteristik des Energieverbrauchers in Reihe oder parallel zueinander zu schalten, und die resultierende Eingangsanschlussschaltung mit dem Ausgangsanschluss (221233), dem der Verbraucher zuordenbar ist, elektrisch zu verbinden.
  4. Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltanordnung ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Ein gangsanschlüssen (203209) auszuwählen, die Mehrzahl der ausgewählten Eingangsanschlüsse (203209) in Abhängigkeit von der Energiebedarfscharakteristik des Energieverbrauchers zu einer Eingangsanschlussschaltung zu verschalten, welche in Reihe geschaltete und/oder parallel geschaltete Eingangsanschlüsse (203209) aufweist, und die Eingangsanschlussschaltung mir dem Ausgangsanschluss (221233) elektrisch zu verbinden, dem der Energieverbraucher zuordenbar ist.
  5. Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltanordnung (201) ausgebildet ist, zumindest einen Eingangsanschluss (203217) oder eine Eingangsanschlussschaltung gemäß einem Pulsweitenmodulationsschema mit dem Ausgangsanschluss (221233) zu verbinden oder von diesem zu trennen, um die dem Energieverbraucher zuführbare Energiemenge zu steuern.
  6. Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltanordnung (201) eine Schaltmatrix mit Schalttransistoren, insbesondere mit Leistungsschalttransistoren, ist.
  7. Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Energiebedarfscharakteristik eine durch den Energieverbraucher benötigte elektrische Leistung oder elektrische Energie oder elektrische Spannung oder elektrischer Strom ist.
  8. Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Eingangsanschlüsse (203209) und/oder die Ausgangsanschlüsse (221233) in Abhängigkeit von Energieklassen, Leistungsklassen, Stromklassen oder Spannungsklassen kodiert, insbesondere mittels einer geometrisch unterscheidbaren Anschlussanordnung kodiert, und geformt sind, ausschließlich Stecker aufzunehmen, welche derselben Energieklasse, Leistungsklasse, Stromklasse oder Spannungsklasse, zuordenbar.
  9. Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welche ausgebildet ist, die Energiebedarfscharakteristik des Verbrauchers statisch oder dynamisch, insbesondere durch eine Strom und/oder Spannungsmessung, zu ermitteln.
  10. Energieverteilungssystem, mit: der Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; und einer Anzahl von Energiequellen (219), wobei jede Energiequelle mit genau einem Eingangsanschluss (203209) der Schaltanordnung (201) verbunden ist.
  11. Energieverteilungssystem gemäß Anspruch 11, wobei die Energiequellen (219) ausschließlich zur Erzeugung von Gleichspannung oder Gleichstrom vorgesehen sind und wobei an die Schaltanordnung (201) ausschließlich Gleichstrom- oder Gleichspannungsverbraucher anschließbar sind.
  12. Energieverteilungssystem gemäß Anspruch 11 oder 12, die Energiequellen jeweils eine Energieerzeugungseinheit, insbesondere eine Solarzelle oder ein Solarzellenmodul, oder eine Verschaltung von mehreren Energieerzeugungseinheiten aufweisen.
  13. Energiezuweisungsverfahren zum Zuweisen elektrischer Energie zu einem Energieverbraucher in Abhängigkeit von seiner Energiebedarfscharakteristik unter Verwendung der Energiebereitstellungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest ein Eingangsanschluss (203209) der Schaltanordnung (201) auf einen Ausgangsanschluss (221233) der Schaltanordnung (201) in Abhängigkeit von der Energiebedarfscharakteristik eines diesem Ausgangsanschluss (221233) zuordenbaren Energieverbrauchers geschaltet wird, um dem Energieverbraucher die Energie entsprechend der Energiebedarfscharakteristik zuzuweisen.
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