DE102013108640A1

DE102013108640A1 - Modulares Energieversorgungssystem

Info

Publication number: DE102013108640A1
Application number: DE102013108640.3A
Authority: DE
Inventors: Ti el Attar
Original assignee: NIWA NEXT ENERGY PRODUCTS Ltd
Current assignee: NIWA NEXT ENERGY PRODUCTS Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein modulares Energieversorgungssystem (2) zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie, umfassend ein erstes Speichermodul (4, 4.1) mit mindestens einem elektrischen Speicher (6.1), und mindestens ein weiteres mit dem ersten Speichermodul (4, 4.1) elektrisch und mechanisch verbindbares Speichermodul (4, 4.2) mit mindestens einem weiteren elektrischen Speicher (6.2), wobei die mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) eingerichtet sind, elektrische Energie von mindestens einem mit mindestens einem der Speichermodule (4, 4.1, 4.2) elektrisch verbindbaren Energiequellenmodul (16, 16') zu speichern, wobei die mindestens zwei elektrischen Speichermodule (4, 4.1, 4.2) eingerichtet sind, mindestens ein mit mindestens einem der Speichermodule (4, 4.1, 4.2) elektrisch verbindbares elektrisches Verbrauchermodul (14, 14', 14'') mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die mindestens zwei elektrischen Speichermodule (4, 4.1, 4.2) jeweils mindestens eine mit dem jeweiligen elektrischen Speicher verbundene Synchronisationsschaltung (8.1, 8.2) aufweisen, wobei die Synchronisationsschaltungen (8.1, 8.2) eingerichtet sind, die jeweilige Ausgangsspannung der elektrischen Speicher (4, 4.1, 4.2) unabhängig von deren jeweiliger Leistungsfähigkeit auf jeweils die gleiche vordefinierte Speichermodulausgangsspannung zu setzen, und wobei die mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) in einem elektrisch verbundenen Zustand parallel geschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares Energieversorgungssystem zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie mit einer Mehrzahl von Speichermodulen umfassend jeweils einen elektrischen Speicher.
In vielen Teilen der Welt stellt die Versorgung eines Haushalts mit elektrischer Energie noch immer ein großes Problem dar. Beispielsweise in vielen Ländern Afrikas sind viele Menschen von einer öffentlichen Energieversorgung aufgrund einer fehlenden Anbindung ihrer Haushalte an ein öffentliches Stromnetz ausgeschlossen. Abhilfe könnten mobile Energieversorgungssysteme schaffen, wenn sie ausreichend günstig herzustellen sind.
Aus dem Stand der Technik, wie der WO 2009/149123 A1 , sind bereits autonome Systeme zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie bekannt, die einen elektrischen Speicher in Form einer wiederaufladbaren Batterie aufweisen. Zum Aufladen des elektrischen Speichers weist dieser einen Eingang auf, an der eine Energiequelle, insbesondere ein Solarmodul, angeschlossen werden kann, so dass unabhängig von einem öffentlichen Stromnetz elektrische Energie bereitgestellt werden kann. Neben dem Eingang weist ein derartiger elektrischer Speicher zudem mindestens einen Ausgang auf, um einen Verbraucher, wie eine Beleuchtungseinrichtung oder dergleichen, mit elektrischer Energie zu versorgen.
Problematisch bei einem System gemäß der WO 2009/149123 A1 ist jedoch deren fehlende Erweiterungsmöglichkeit, um beispielsweise die elektrische Kapazität des elektrischen Speichers durch Koppeln mit einem weiteren elektrischen Speicher zu vergrößern.
Zwar sind aus dem Stand der Technik, wie der US 2013/0043826 A1 , grundsätzlich modulare Batteriesysteme bekannt, bei denen eine Mehrzahl von elektrischen, gleichartigen Speichermodulen in Form von wiederaufladbaren Batterien miteinander gekoppelt werden können. Jedoch ist ein modulares Wachsen, also eine elektrische und mechanische Kopplung einer Mehrzahl von Speichermodulen, bei diesen Systemen nur mit gleichartigen Speichermodulen, also mit Speichermodulen, die die gleichen elektrischen Eigenschaften, insbesondere die gleiche Ladungsträgerkapazität aufweisen, möglich. So ist es beispielsweise nicht möglich, Speichermodule mit unterschiedlichen Ladungsträgerkapazitäten miteinander zu koppeln. Dies führt zu einem unflexiblen System, welches insbesondere die Kopplung mit verbesserten Speichermodulen mit einer erhöhten Ladungsträgerkapazität unmöglich macht. Entweder muss daher ein in die Jahre gekommenes System mit gleichartigen und überholten Speichermodulen mit geringer Leistung erweitert werden oder es muss ein vollkommen neues System mit verbesserten Speichermodulen gekauft werden. Während die Anschaffung eines vollkommen neuen Systems von vielen Menschen nicht zu finanzieren ist, ist die erstere Option aus offensichtlichen Gründen nicht wünschenswert.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein modulares Energieversorgungssystem zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie bereitzustellen, welches unabhängig von der Ladungsträgerkapazität der Speichermodule in einfacher Weise modular erweitert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein modulares Energieversorgungssystem zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das modulare Energieversorgungssystem zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie umfasst ein erstes Speichermodul mit mindestens einem elektrischen Speicher. Das System umfasst mindestens ein weiteres mit dem ersten Speichermodul elektrisch und mechanisch verbindbares Speichermodul mit mindestens einem weiteren elektrischen Speicher. Die mindestens zwei Speichermodule sind eingerichtet, elektrische Energie von mindestens einem mit mindestens einem der Speichermodule elektrisch verbindbaren Energiequellenmodul zu speichern. Die mindestens zwei elektrischen Speichermodule sind eingerichtet, mindestens ein mit mindestens einem der Speichermodule elektrisch verbindbares elektrisches Verbrauchermodul mit elektrischer Energie zu versorgen. Die mindestens zwei elektrischen Speichermodule weisen jeweils mindestens eine mit dem jeweiligen elektrischen Speicher verbundene Synchronisationsschaltung auf. Die Synchronisationsschaltungen sind eingerichtet, die jeweilige Ausgangsspannung der elektrischen Speicher unabhängig von deren jeweiliger Leistungsfähigkeit auf jeweils die gleiche vordefinierte Speichermodulausgangsspannung zu setzen. Die mindestens zwei Speichermodule sind in einem elektrisch verbundenen Zustand parallel geschaltet.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird erfindungsgemäß ein modulares Energieversorgungssystem zur Verfügung gestellt, bei dem Speichermodule in beliebiger Weise unabhängig von ihren Leistungseigenschaften miteinander verbunden werden können, indem eine Synchronisationsschaltung die jeweiligen Ausgangsspannungen der einzelnen elektrischen Speicher stets auf die gleiche, vordefinierte Speichermodulausgangsspannung transformiert und die Speichermodule im elektrisch verbundenen Zustand parallel geschaltet sind.
Das vorliegende modulare Energieversorgungssystem umfasst eine Mehrzahl von Modulen. Unter einem Modul ist in der vorliegenden Anmeldung insbesondere ein separates Bauteil zu verstehen, welches mit einem weiteren Modul mechanisch und elektrisch gekoppelt und (wieder) entkoppelt werden kann. Das System weist mindestens zwei miteinander elektrisch und mechanisch koppelbare Speichermodule auf. Vorzugsweise kann eine Vielzahl an Speichermodulen vorgesehen sein. Insbesondere weisen sämtliche Speichermodule einen elektrischen Speicher. Als elektrischer Speicher ist vorzugsweise mindestens ein Akkumulator vorgesehen. Die Speichermodule können unterschiedliche Leistungseigenschaften, insbesondere eine unterschiedliche Ladungskapazität, aufweisen.
Als weitere Module kann das System insbesondere ein Energiequellenmodul und/oder ein Verbrauchermodul aufweisen. Insbesondere kann das Energiequellenmodul, beispielsweise ein Solarmodul, elektrische Energie zum Laden von mindestens einem Speichermodul bereitstellen. So kann das Energiequellenmodul unmittelbar und/oder mittelbar über ein weiteres Modul mit mindestens einem Speichermodul gekoppelt sein.
Das mindestens eine Verbrauchermodul, beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung, kann von den Speichermodulen mit elektrischer Energie versorgt werden. Das Verbrauchermodul kann unmittelbar und/oder mittelbar über ein weiteres Modul mit mindestens einem Speichermodul gekoppelt sein.
Neben einem elektrischen Speicher weisen die Speichermodule jeweils eine Synchronisationsschaltung auf. Die Synchronisationsschaltung ist mit dem elektrischen Speicher gekoppelt und dazu eingerichtet, die Ausgangsspannung des Speichermoduls und den Ausgangsstrom des Speichermoduls zu synchronisieren. Insbesondere transformiert die Synchronisationsschaltung die Spannung des elektrischen Speichers auf eine feste, vorgegebene Speichermodulausgangsspannung. Die vorgegebene Speichermodulausgangsspannung ist für sämtliche Speichermodule gleich unabhängig von der Leistungseigenschaft, insbesondere der Ladungskapazität der jeweiligen Speichermodule. Mit anderen Worten wird die gleiche vordefinierte Speichermodulausgangsspannung bei jedem Speichermodul bereitgestellt. Der Speichermodulausgangsstrom eines Speichermoduls kann von der Leistungseigenschaft, insbesondere der Ladungskapazität des Speichermoduls, abhängen. Die Speichermodulausgangsströme können daher unterschiedlich sein. Die Synchronisationsschaltung kann insbesondere zumindest einen Gleichspannungswandler umfassen, der eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem und/oder invertiertem Spannungsniveau umwandelt. Beispielsweise kann ein Abwärtswandler oder Aufwärtswandler oder dergleichen eingesetzt werden.
Ferner werden die Speichermodule elektrisch parallel geschaltet. Durch die zuvor beschriebene Spannungssynchronisation und die parallele Verschaltung der Speichermodule können mit einem geringen Aufwand und geringen Kosten Speichermodule unterschiedlicher Ladekapazität sehr effizient zusammengeschaltet werden. Insbesondere kann nachträglich ein Speichermodul mit einer höheren Ladekapazität mit einem vorhandenen System problemlos und ohne zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand gekoppelt werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können die mindestens zwei Speichermodule in dem elektrisch verbundenen Zustand parallel geschaltet sein, derart, dass die Gesamtausgangsspannung der mindestens zwei Speichermodule im Wesentlichen gleich der vordefinierten Speichermodulausgangsspannung ist und der Gesamtausgangsstrom der mindestens zwei Speichermodule im Wesentlichen gleich der Summe der Speichermodulausgangsströme ist. Mit anderen Worten kann durch Kopplung eines ersten Speichermoduls mit einem weiteren Speichermoduls der Gesamtausgangsstrom erhöht werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist erfindungsgemäß der Gesamtausgangsstrom des Systems nicht stets fest, sondern variabel. Insbesondere kann abhängig von der Anzahl der Speichermodule und deren aktueller Speicherkapazität kann erhöhter Gesamtausgangsstrom bzw. Stromstärke bereitgestellt werden. So kann der Gesamtausgangsstrom durch Kaskadieren von mehreren Speichermodulen von z. B. 1 A auf 10 A erhöht werden. Dies ermöglicht in besonders einfacher Weise die Zusammenschaltung von Speichermodulen unterschiedlicher Kapazität.
Grundsätzlich können die mindestens zwei Speichermodule mechanisch in beliebiger Weise gekoppelt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die mindestens zwei Speichermodule jeweils mindestens ein erstes mechanisches Verbindungsmittel aufweisen. Die mindestens zwei Speichermodule können jeweils mindestens ein zweites mechanisches Verbindungsmittel aufweisen. Das erste mechanische Verbindungsmittel kann derart zu dem zweiten mechanischen Verbindungsmittel korrespondieren, dass eine zumindest formschlüssige mechanische Verbindung zwischen den mindestens zwei Speichermodulen herstellbar ist. Die mechanischen Verbindungsmittel können so eingerichtet sein, dass eine feste mechanische Kopplung zwischen den Modulen herstellbar ist, ohne dass insbesondere weitere mechanische Verbindungsmittel erforderlich sind. Indem vorzugsweise jedes Speichermodul jeweils die zwei zueinander korrespondierenden mechanischen Verbindungsmittel aufweist, können eine Vielzahl von Speichermodulen miteinander in beliebiger Weise verbunden werden. Vorzugsweise können die mechanischen Verbindungsmittel als Steckverbindungen mit einem Rastmittel ausgebildet sein. In einfacher Weise kann ein Benutzer zwei Speichermodule miteinander verbinden und bei Bedarf auch wieder lösen.
Auch die elektrische Verbindung zweier Speichermodule kann auf beliebiger Weise erfolgen. Bevorzugt sind die elektrischen Verbindungsmittel in den mechanischen Verbindungsmittel integriert. Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das erste mechanische Verbindungsmittel ein erstes elektrisches Verbindungsmittel umfasst. Das zweite mechanische Verbindungsmittel kann ein zweites elektrisches Verbindungsmittel umfassen. Das erste elektrische Verbindungsmittel kann derart zu dem zweiten elektrischen Verbindungsmittel korrespondieren, dass nach der Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten mechanischen Verbindungsmittel eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Verbindungsmittel hergestellt ist. Mit anderen Worten wird durch Herstellen der mechanischen Verbindung, beispielsweise durch Verrasten des ersten mechanischen Verbindungsmittels mit dem zweiten mechanischen Verbindungsmittel automatisch und gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen den Speichermodulen hergestellt. Das erste und/oder das zweite elektrische Verbindungsmittel kann insbesondere jeweils mindestens zwei elektrische Kontaktelemente aufweisen. Der elektrische Kontakt zwischen zwei Kontaktelementen kann insbesondere durch einen Druckkontakt realisiert sein. Insbesondere kann ein mechanisches Verrasten der mindestens zwei mechanischen Verbindungsmittel eine elektrische Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen sicherstellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist jedes der Speichermodule einen Ladekreis und einen Entladekreis auf. So kann das erste elektrische Verbindungsmittel zwei Leiter, einen Hin- und einen Rückleiter, für den Ladekreis aufweisen, und zwei weitere Leiter, einen Hin- und einen Rückleiter, für den Entladekreis aufweisen. Das zweite elektrische Verbindungsmittel kann entsprechend gebildet sein. Während der Ladekreis mit dem mindestens einen elektrischen Energiequellenmodul gekoppelt sein kann, kann der Entladekreis elektrisch mit dem zumindest einen Verbrauchermodul gekoppelt sein. Die Trennung zwischen Lade- und Entladekreis führt zu einem effizienteren System und ermöglicht mit einem geringen Aufwand das gleichzeitige Laden und Entladen eines elektrischen Speichers.
Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung auch nur ein gemeinsamer Lade- und Entladekreis vorgesehen sein kann. Beispielsweise können nur ein Hinleiter und ein Rückleiter vorgesehen sein.
Wie bereits beschrieben wurde, kann das mindestens eine Energiequellenmodul unmittelbar an einem Speichermodul elektrisch angeschlossen sein. Alternativ kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens ein Eingangsmodul vorgesehen sein. Das mindestens eine Eingangsmodul kann mindestens einen Eingang zum Anschließen des mindestens einen Energiequellenmoduls aufweisen. Das mindestens eine Eingangsmodul kann mit mindestens einem der zwei Speichermodule elektrisch und mechanisch verbindbar sein. Indem ein Eingangsmodul bzw. Ladesteuerungsmodul vorgesehen ist, ist eine Trennung zwischen dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis des Energieversorgungssystem möglich. Das Eingangsmodul kann insbesondere eingerichtet sein, den Ladevorgang der mindestens zwei Speichermodule, vorzugsweise von sämtlichen Speichermodulen des Systems zu steuern. Insbesondere kann das Eingangsmodul den von dem mindestens einen Energiequellenmodul empfangene/n Strom/Spannung in einen geeignete/n Ladestrom/-spannung transformieren. Dies reduziert den schaltungstechnischen Aufwand der einzelnen Speichermodule und ermöglicht eine kostengünstige Erweiterung des Systems mit weiteren Speichermodulen.
Ein Verbrauchermodul kann über einen Ausgang des Speichermoduls unmittelbar mit elektrischer Energie von dem mindestens einen Speichermodul versorgt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann mindestens ein Ausgangsmodul vorgesehen sein. Das mindestens eine Ausgangsmodul kann mindestens einen Ausgang, vorzugsweise mindestens zwei Ausgängen, zum Anschließen des mindestens einen Verbrauchermoduls aufweisen. Das mindestens eine Ausgangsmodul kann mit mindestens einem der zwei Speichermodule elektrisch und mechanisch verbindbar sein, derart, dass das Verbrauchermodul mit elektrischer Energie von den elektrischen Speichermodulen versorgbar ist. Durch die Anordnung einer Mehrzahl von Ausgangsmodulen kann die Zahl der anschließbaren Verbraucher nach und nach wachsen. Dies ist insbesondere auch dadurch möglich, da bei dem Energieversorgungssystem der Gesamtausgangsstrom bzw. die Stromstärke erhöht werden kann, wie oben beschrieben wurde.
Für eine möglichst einfache und universelle mechanische und elektrische Kopplung der weiteren Module können die weiteren Module jeweils zumindest eines der zuvor beschriebenen ersten und zweiten mechanischen Verbindungsmittel aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Eingangsmodul ein erstes mechanisches Verbindungsmittel und/oder ein zweites mechanisches Verbindungsmittel aufweisen. Vorzugsweise kann das Eingangsmodul nur ein mechanisches Verbindungsmittel aufweisen, an dem dann die weiteren Module, insbesondere die Speichermodule, kaskadiert werden können. Darüber hinaus kann das Eingangsmodul eine Standeinrichtung aufweisen, um das System in einfacher Weise aufzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausgangsmodul ein erstes mechanisches Verbindungsmittel und/oder ein zweites mechanisches Verbindungsmittel aufweisen. Vorzugsweise können die Ausgangsmodule jeweils ein erstes und ein zweites mechanisches Verbindungsmittel aufweisen. Dies ermöglicht es beispielsweise, ein Ausgangsmodul an ein Speichermodul und an das Ausgangsmodul wiederum ein weiteres Speichermodul, ein weiteres Ausgangsmodul oder ein weiteres Modul anzuschließen. Alternativ oder zusätzlich kann das elektrische Verbrauchermodul ein erstes mechanisches Verbindungsmittel und/oder ein zweites mechanisches Verbindungsmittel aufweisen. Beispielsweise kann eine Beleuchtungseinrichtung mindestens ein mechanisches Verbindungsmittel aufweisen. Eine direkte Kopplung der Beleuchtungseinrichtung an ein Speichermodul, insbesondere ohne dass ein Ausgangsmodul vorgesehen sein muss, ist möglich.
Als elektrische Energiequellenmodule sind unterschiedliche Module denkbar. Beispielsweise kann mindestens ein Solarmodul vorgesehen sein. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich zu einem Solarmodul das erfindungsgemäße System insbesondere auch eine Kopplung an ein Stromnetz oder an andere mobile Stromspeicher erlauben kann. Vorzugsweise kann das Energiequellenmodul mindestens zwei elektrisch und mechanisch verbindbare Solarmodule umfassen. Um eine Mehrzahl von Solarmodulen unabhängig von deren Leistungsfähigkeit miteinander zu koppeln, ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass die Solarmodule jeweils mindestens eine weitere Synchronisationsschaltung aufweisen können. Die weiteren Synchronisationsschaltungen können eingerichtet sein, jeweils die gleiche vordefinierte Solarmodulausgangsspannung unabhängig von der jeweiligen Leistungsfähigkeit des jeweiligen Solarmoduls bereitzustellen. Die mindestens zwei Solarmodule können miteinander in einem elektrisch verbundenen Zustand parallel geschaltet sein. Dieser eingeständig erfinderische Gedanke ermöglicht es, unabhängig von der Leistung eines jeweiligen Solarmoduls eine Mehrzahl an unterschiedlichen Solarmodulen miteinander zu koppeln. Jedes Solarmodul stellt die gleiche (vordefinierte) Solarmodulausgangsspannung zur Verfügung. Darüber hinaus können die Ausgangsströme der einzelnen Solarmodule von der jeweiligen Leistung eines Solarmoduls abhängen und unterschiedlich sein. Während die Gesamtausgangsspannung der mindestens zwei Solarmodule im verbundenen Zustand gleich der vordefinierten Solarmodulausgangsspannung ist, ergibt sich der Gesamtausgangsstrom aus den Einzelausgangsströmen der Mehrzahl von Solarmodulen. Alternativ oder zusätzlich zu einem Solarmodul kann auch ein AC/DC-Ladegerät angeschlossen sein, um die Speichermodule aufzuladen.
Für eine einfache und universelle Anbindung von Verbrauchermodulen und/oder Energiequellenmodulen kann vorzugsweise mindestens ein Eingang, wie ein Eingang des Eingangsmodul, ein USB Anschluss sein und/oder mindestens ein Ausgang, wie ein Ausgang eines Speichermoduls und/oder eines Ausgangsmoduls, ein USB Anschluss sein. Der Universal Serial Bus (USB) Standard ermöglicht es in einfacher Weise Verbraucher und/oder Solarmodule anzuschließen. Beispielsweise können Micro- und Mini-USB und/oder USB Anschlüsse vom Typ A oder B vorgesehen sein. Ferner können als Anschlüsse beispielsweise 12 V und/oder 24 V Anschlüsse und/oder ein Autoadapter vorgesehen sein. Neben Gleichstromanschlüssen kann auch mindestens ein Wechselstromanschluss vorgesehen sein. Dieser ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Energieversorgungssystem in Gegenden genutzt wird, in denen grundsätzlich ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz verfügbar ist, jedoch elektrische Energie von dem Stromnetz nur für eine begrenzte Zeit, beispielsweise für 2 h am Tag, zur Verfügung steht.
Vorzugsweise ist das mindestens eine elektrische Verbrauchermodul eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eine LED-Beleuchtungseinrichtung. Neben Beleuchtungseinrichtungen kann das Verbrauchermodul auch ein Mobilgerät, wie ein Smartphone, Tablet-PC, etc., ein Radio, eine Kamera, etc. sein. Insbesondere aufgrund der USB Ausgänge des vorliegenden Systems lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Verbraucher mit dem erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem koppeln.
Das erfindungsgemäße System kann insbesondere im Outdoor-Bereich und in Gegenden ohne oder mit nur einem unbeständigen Stromnetz verwendet werden. Es ermöglicht die Generierung, Speicherung und Nutzung von elektrischer Energie unabhängig von öffentlichen Stromnetzen. Aufgrund der modulbauweise kann es einfach transportiert werden. Die speziellen mechanischen Verbindungsmittel ermöglichen einen einfachen und schnellen Auf- bzw. Abbau des Systems. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, dass es kontinuierlich und in flexibler Weise wachsen kann unabhängig von den Leistungseigenschaften der Speichermodule und/oder Solarmodule. Vorzugsweise kann das Energieversorgungssystem ein tragbares und modulares Energieversorgungssystem sein. So können insbesondere die einzelnen Module, wie Speichermodule, Verbrauchermodule, Ausgangs- und Eingangsmodule, Solarmodule, portabel gebildet sein. Dies ermöglicht einen flexiblen Einsatz des Energieversorgungssystems unabhängig von einem bestimmten Standort.
Die Merkmale der Verfahren und Vorrichtungen sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert eigenständig erfinderisch sein.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines modularen Energieversorgungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung,
2a eine schematische Frontansicht eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Speichermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung,
2b eine schematisch Rückansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 2a.
3a eine schematische Ansicht zweier Speichermodule gemäß 2a und 2b in einem nicht verbundenen Zustand,
3b eine schematische Ansicht dreier Speichermodule gemäß 2a und 2b in einem verbundenen Zustand,
4a eine schematische Frontansicht eines Ausführungsbeispiels eines Eingangsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung,
4b eine weitere schematisch Frontansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 4a,
5a eine schematische Frontansicht eines Ausführungsbeispiels eines Ausgangsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung,
5b eine schematisch Rückansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 5a,
6a eine schematische Frontansicht eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Verbrauchermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung,
6b eine schematisch Rückansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 6a,
7 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines elektrischen Verbrauchermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung,
8 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Solarmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung,
9 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden von zwei Solarmodulen gemäß der vorliegenden Erfindung, und
10 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels zweier Solarmodule gemäß 8 und einer Verbindungseinrichtung gemäß 9 in einem verbundenen Zustand.
In den Figuren werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Systems 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Energieversorgungssystem 2 ist als modulares und vorzugsweise tragbares Energieversorgungssystem 2 zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie gebildet.
Das System 2 umfasst vorliegend ein erstes elektrisches Speichermodul 4.1 und ein weiteres elektrisches Speichermodul 4.2. Darüber hinaus umfasst das vorliegende System 2 ein Eingangsmodul 10, ein Ausgangsmodul 12, ein elektrisches Verbrauchermodul 14 und ein elektrisches Energiequellenmodul 16 in Form eines Solarmoduls 16.
Aus der 1 ist zu erkennen, dass die Speichermodule 4.1, 4.2 und das Ausgangsmodul 12 erste mechanische Verbindungsmittel 18 und zweite mechanische Verbindungsmittel 20 aufweisen. Darüber hinaus weist das Eingangsmodul 10 ein erstes mechanisches Verbindungsmittel 18 auf. Das erste mechanische Verbindungsmittel 18, vorliegend als Vorsprung dargestellt, korespondiert zu dem zweiten mechanischen Verbindungsmittel 20, das vorliegend als Aufnahme dargestellt ist. Insbesondere stellen die beiden Verbindungsmittel 18, 20 eine mechanische Rast- bzw. Steckverbindung zur Verfügung. In einfacher Weise können zwei Module 4.1, 4.2, 10, 12 von einem Benutzer miteinander verbunden und ggf. auch wieder von einander gelöst werden. Insbesondere ist ein flexibles und beliebiges Verbinden einer Mehrzahl von diesen Modulen 4.1, 4.2, 10, 12 aufgrund der mechanischen Verbindungsmittel 18, 20 möglich. Beispielsweise können an das Ausgangsmodul 12 weitere Speichermodule und/oder Ausgangsmodule angeschlossen werden.
In dem dargestellten mechanisch verbundenen Zustand besteht zudem eine elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Modulen 4.1, 4.2, 10, 12 durch (vorliegend nicht dargestellte) elektrische Verbindungsmittel. Insbesondere kann die von dem Solarmodul 16 gelieferte elektrische Energie in den beiden Speichermodulen 4.1 und 4.2 gespeichert und/oder an den elektrischen Verbraucher 14 geliefert werden.
Das Eingangsmodul 10 bzw. die Ladestation 10 weist mindestens einen Eingang 22 auf. Der mindestens eine Eingang 22, beispielsweise ein USB-Anschluss 22, ist zum Anschließen einer Energiequelle 16, vorliegend dem Solarmodul 16, eingerichtet. Das mindestens eine Solarmodul 16 wandelt auftreffende sichtbare Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung, in elektrische Energie um und liefert diese an das Eingangsmodul 10.
Das Eingangsmodul 10 kann dazu eingerichtet sein, die Aufladung der zumindest zwei Speichermodule 4.1, 4.2 zu steuern. Insbesondere kann das Eingangsmodul 10 eingerichtet sein, aus dem empfangenen Solarstrom mit einer bestimmten Solarspannung eine bestimmte Ladespannung und einen bestimmten Ladestrom zu generieren. Es versteht sich, dass das Eingangsmodul 10 die empfangene elektrische Energie auch ohne eine Zwischenspeicherung in den Speichermodulen 4.1, 4.2 an den mindestens einen elektrischen Verbraucher 14 liefern kann. Neben einem Anschluss 22 für ein Solarmodul kann das Eingangsmodul 10 weitere Eingänge, wie einen Anschluss für ein AC/DC-Ladegerät, umfassen.
Das (optionale) Ausgangsmodul 12 weist vorliegend mindestens einen Ausgang 24, insbesondere einen USB-Anschluss 24, auf. Der Ausgang 24 ist zum Anschluss von mindestens einem elektrischen Verbrauchers 14, vorliegend einer Beleuchtungseinrichtung 14, eingerichtet. In einem Ausführungsbeispiel kann das Ausgangsmodul 12 eine Spannungsumwandlungsschaltung aufweisen, um bei Bedarf eine höhere und/oder niedrigere Ausgangsspannung als die Ausgangsspannung der Speichermodule 4.1, 4.2 bereitzustellen.
Die Speichermodule 4.1, 4.2 umfassen jeweils einen elektrischen Speicher 6.1, 6.2 in Form einer wiederaufladbaren Batterie 6.1, 6.2. Beispielsweise kann als Speicher 6.1, 6.2 ein Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (LiFePo4) 6.1, 6.2 vorgesehen sein. Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung auch andere Akkumulatoren verwendet werden können. Der erste elektrische Speicher 6.1 weist beispielsweise eine erste Ladungsträgerkapazität auf, während der weitere Speicher 6.2 eine andere (oder die gleiche) Ladungsträgerkapazität aufweisen kann. Beispielhafte Ladungsträgerkapazitäten liegen zwischen 1.000 mAh und 10.000 mAh, vorzugsweise zwischen 1.400 mAh und 5.000 mAh.
Neben einem wiederaufladbaren elektrischen Speicher 6.1, 6.2 weisen die Speichermodule 4.1, 4.2 jeweils mindestens eine mit dem elektrischen Speicher gekoppelte Synchronisationsschaltung 8.1 und 8.2 auf. Die Synchronisationsschaltung 8.1, 8.2 ist dazu eingerichtet, die Ausgangsspannung des elektrischen Speichers 6.1, 6.2 unabhängig von dessen Ladungsträgerkapazität und vorzugsweise unabhängig von der aktuellen Ausgangsspannung des elektrischen Speichers 6.1, 6.2 (stets) auf eine vorgegebene Ausgangsspannung des Speichermoduls 4.1, 4.2 zu synchronisieren. Sämtliche Synchronisationsschaltungen 8.1, 8.2 sind derart eingerichtet, dass im Wesentlichen die gleiche Solarmodulausgangsspannung bei jedem Speichermodul 4.1, 4.2 vorliegt. Eine Synchronisationsschaltung 8.1, 8.2 kann insbesondere eingerichtet sein, die aktuelle Ausgangsspannung des elektrischen Speichers 6.1, 6.2 zu senken und/oder zu erhöhen, um die vorgegebene Solarmodulausgangsspannung, beispielsweise eine Spannung zwischen 2 V und 7,5 V, vorzugsweise von 5 V, bereitzustellen.
Durch die Synchronisation auf eine gemeinsame Solarmodulausgangsspannung wird gleichzeitig für jedes Speichermodul 4.1, 4.2 ein Einzelausgangsstrom bereitgestellt, der zumindest von der Ladungsträgerkapazität abhängt und daher unterschiedlich sein kann.
Indem jedes Speichermodul 4.1, 4.2 bzw. dessen elektrischer Speicher 6.1, 6.2 auf die gleiche Solarmodulausgangsspannung gesetzt wird bzw. die gleiche Solarmodulausgangsspannung zur Verfügung stellt, können in einfacher Weise Speichermodule 4.1, 4.2 unterschiedlicher Ladungsträgerkapazität miteinander (beliebig) gekoppelt werden. Insbesondere können die Speichermodule 4.1 und 4.2 parallel geschaltet werden. Eine Parallelschaltung führt dazu, dass die Gesamtausgangsspannung der mindestens zwei gekoppelten Speichermodule 4.1, 4.2 gleich der vorgegebenen Ausgangsspannung der Speichermodule 4.1, 4.2 ist, also z. B. 5 V beträgt. Ferner ergibt sich der Gesamtausgangsstrom der mindestens zwei gekoppelten Speichermodule 4.1, 4.2 aus der Summe der jeweiligen Einzelausgangsströme. Beispielhafte Werte des Gesamtausgangsstroms liegen zwischen 1 A und 10 A.
In einfacher Weise bietet das erfindungsgemäße System 2 die Möglichkeit nach und nach zu wachsen unabhängig von der Ladungsträgerkapazität der Speichermodule 4.1, 4.2. Insbesondere können nicht nur Speichermodule hinzugefügt werden und das System hinsichtlich der Speicherkapazität wachsen, sonder das System kann auch hinsichtlich der Energiegenerierung und des Energieverbrauchs (Anzahl von Lichtpunkten und/oder Anschlüssen) wachsen, wie nachfolgend erläutert wird.
Die 2a und 2b zeigen ein (detailliertes) Ausführungsbeispiel eines Speichermoduls 4 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Speichermodul 4 weist ein erstes mechanisches Verbindungsmittel 18' auf. Das mechanische Verbindungsmittel 18' ist als Vorsprung 18' gebildet und weist auf der Frontseite eine horizontale schlitzförmige Öffnung 34 und eine (mittig) angeordnete vertikale schlitzförmige Öffnung 32 auf.
Die horizontale Öffnung 34 weist zwei Ausnehmungen 26.1, 26.2 auf. In den Öffnungen 26.1, 26.2 ist ein erstes elektrisches Verbindungsmittel 28 angeordnet. Insbesondere sind vorliegend in jeder Ausnehmung 26.1, 26.2 jeweils zwei elektrisch leitfähige Elemente 30.1 bis 30.4 angeordnet. Beispielsweise können plattenförmige Kontaktelemente 30.1 bis 30.4 aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen leitfähigen Material vorgesehen sein. Vorzugsweise kann ein erstes Kontaktpaar 30.1, 30.2 den elektrischen Kontakt für einen Ladekreis darstellen und das weitere Kontaktpaar 30.3, 30.4 den elektrischen Kontakt für einen Entladekreis darstellen.
Wie der Rückansicht des Speichermoduls 4 zu entnehmen ist, korrespondiert die Form des zweiten mechanischen Verbindungsmittels 20' zu der Form des ersten mechanischen Verbindungsmittel 18'. Das zweite Verbindungsmittel 20' ist in Form einer Aufnahme 20' gebildet. Es weist ein zur horizontalen Öffnung 34 schlitzförmiges Gegenstück 36 und ein zur Öffnung 32 schlitzförmiges Gegenstück 38 auf. Ferner sind zwei Vorsprünge 40.1 und 40.2 vorgesehen. Die Vorsprünge 40.1, 40.2 korrespondieren zu den Ausnehmungen 26.1, 26.2.
Das zweite mechanische Verbindungsmittel 20' umfasst ein zweites elektrisches Verbindungsmittel 42. Vorliegend weisen die zwei Vorsprünge 40.1, 40.2 jeweils zwei elektrisch leitfähige Elemente 44.1 bis 44.4 angeordnet. Beispielsweise können Platten 44.1 bis 44.4 aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen leitfähigen Material vorgesehen sein. Vorzugsweise kann ein erstes Kontaktpaar 44.1, 44.2 den elektrischen Kontakt für einen Ladekreis darstellen und das weitere Kontaktpaar 44.3, 44.4 den elektrischen Kontakt für einen Entladekreis darstellen. In diesem Fall werden die ersten Kontaktpaare 30.1, 30.2, 44.1, 44.2 miteinander elektrisch verbunden und die weiteren Kontaktpaare 30.3, 30.4, 44.3, 44.4 miteinander elektrisch verbunden.
Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung auch mehr oder weniger elektrische Kontakte pro elektrischem Verbindungsmittel (z. B. 2 bis 5) vorgesehen sein können. Beispielsweise können auch nur zwei elektrische Kontakte vorgesehen sein.
Ein sicherer und dauerhafter elektrischer Kontakt wird insbesondere dadurch hergestellt, dass im mechanischen verbundenen Zustand die elektrisch leitfähigen Elemente 30.1 bis 30.4 und 44.1 bis 44.4 jeweils aufeinander gedrückt werden.
Für eine während des Betriebs sichere mechanische (und damit auch elektrische) Verbindung zwischen zwei Speichermodulen 4 weist vorliegend das erste mechanische Verbindungsmittel 18' insbesondere auf der Rückseite einen Schnappverschluss 50 auf, um eine lösbare Rastverbindung herzustellen.
Darüber hinaus weist das Speichermodul 4 ein Anzeigemittel 9 in Form von drei Balken-LEDs und einer ringförmigen LED auf. Die Balken-LEDs zeigen den Speicherzustand des Speichermoduls 4 an. Die weitere LED zeigt an, ob das Speichermodul geladen wird, entladen wird oder sich im Ruhemodus befindet. Das Anzeigenmittel 9 kann insbesondere durch den Schalter 11 aktiviert und deaktiviert werden. Der Schalter 11, insbesondere ein Druckknopf 11, kann ferner eingerichtet sein, eine Sicherheitsschaltung zur Vermeidung einer Überladung zu deaktivieren.
Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung auch keine oder andere Anzeigenmittel vorgesehen sein können.
Schließlich kann der 2b entnommen werden, dass das Speichermodul 4 einen Ausgang 46 aufweist, vorliegend einen USB-Anschluss 46. Der Ausgang 46 ist dazu eingerichtet, einen elektrischen Verbraucher mit dem Speichermodul 4 zur elektrischen Versorgung des Verbrauchers zu verbinden. Ist der Ausgang 46 nicht in Verwendung, so kann zum Schutz der elektrischen Kontaktelemente des Ausgangs 46 der Ausgang 46 mechanisch durch eine Schutztür 48, vorliegend in Form einer Schiebetür 48, verschlossen werden.
Die 3a zeigt zwei Speichermodule 4 gemäß den 2a und 2b in einem unverbundenen Zustand. Ein Benutzer kann die beiden Speichermodule 4 mechanisch und elektrisch miteinander verbinden, indem er die beiden Speichermodule 4 entsprechend der Pfeilrichtung 52 zusammensteckt, insbesondere das erste mechanische Verbindungsmittel 18' und das zweite mechanische Verbindungsmittel 20' miteinander verrastet.
In der 3b sind drei zuvor beschriebene Speichermodule 4 in einem verbundenen Zustand dargestellt. Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl von Speichermodulen 4 mit unterschiedlichen Ladungsträgerkapazitäten von einem Benutzer miteinander insbesondere durch eine Steckaktion verbunden werden.
Die 4a und 4b zeigen Vorderansichten eines Ausführungsbeispiels eines Eingangsmoduls 10 bzw. eines Lademoduls 10.
Das dargestellte Eingangsmodul 10 umfasst eine Basis 56, insbesondere einen Standfuß 56. Darüber hinaus weist das Eingangsmodul 10 ein erstes zuvor beschriebenes mechanisches Verbindungsmittel 18' auf. Das mechanische Verbindungsmittel 18' umfasst wiederum ein erstes elektrisches Verbindungsmittel 28. Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung alternativ oder zusätzlich als mechanisches Verbindungsmittel das zweite mechanische Verbindungsmittel 20' umfassend das zweite elektrische Verbindungsmittel 42 vorgesehen sein kann.
Ferner weist das vorliegende Eingangsmodul 10 zwei Eingänge 58 und 60 auf. Beide Eingänge 58, 60 sind eingerichtet, um eine elektrische Energiequelle an das Eingangsmodul 10 anzuschließen. Der erste Eingang 58 kann insbesondere ein Gleichstromeingang 58, insbesondere ein Mirco-USB-Anschluss 58, sein. Der weitere Eingang 60 kann ein Eingang 60 zum Anschließen eines Solarmoduls sein. Der weitere Eingang 60 kann vorzugsweise ein USB-Anschluss 60, insbesondere von Typ B, sein.
Darüber hinaus sind zwei Anzeigenmittel 62 und 64 vorliegend in Form von LEDs 62, 64 vorgesehen. Die erste LED 62 kann anzeigen, wenn der Eingang 58 verwendet wird, insbesondere wenn ein Strom über den Eingang 58 fließt. Die weitere LED 64 kann anzeigen, wenn der Eingang 60 verwendet wird, insbesondere wenn ein Strom über den Eingang 60 fließt.
Die 5a und 5b zeigen eine schematische Frontansicht eines Ausführungsbeispiels eines Ausgangsmoduls 12 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Ausgangsmodul 12 weist ein erstes mechanisches Verbindungsmittel 18' und ein zweites mechanisches Verbindungsmittel 20' auf, wie sie zuvor bereits beschrieben wurden.
Darüber hinaus weist das Ausgangsmodul 12 vorliegend zwei Ausgänge 68 und 70 auf. Vorzugsweise können beide Ausgänge 68, 70 eingerichtet sein, um jeweils mindestens einen elektrischen Verbraucher anzuschließen. Beispielsweise können USB-Anschlüsse 68, 70 vorgesehen sein.
Das Ausgangsmodul 12 kann in beliebiger Weise mit einem Speichermodul 4, einem weiteren Ausgangsmodul 12 und/oder einem Eingangsmodul 10 in zuvor beschriebener Weise elektrisch und mechanisch verbunden werden.
Die 6a und 6b zeigen ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Verbrauchermoduls 14', insbesondere einer Beleuchtungseinrichtung 14', gemäß der vorliegenden Erfindung. Die dargestellte Beleuchtungseinrichtung 14' ist insbesondere eine LED-Beleuchtungseinrichtung 14' umfassend eine LED-Leiterplatte 74. Vorzugsweise können eine Mehrzahl von LEDs vorgesehen sein. Der Lichtstrom der Beleuchtungseinrichtung 14' kann zwischen 50 und 500 Lumen, vorzugsweise zwischen 100 und 300 Lumen liegen. Ferner weist die Beleuchtungseinrichtung 14' einen Tragegriff 78 zum Tragen der Beleuchtungseinrichtung 14' auf. Die Beleuchtungseinrichtung 14' kann mittels des Schalters 76 ein- und ausgeschaltet werden.
Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungseinrichtung 14' vorliegend ein zweites mechanisches Verbindungsmittel 20', wie es zuvor bereits beschrieben wurde. Indem die Beleuchtungseinrichtung 14' ein zweites mechanisches Verbindungsmittel 20' aufweist, kann es in einfacher Weise mit einem Speichermodul 4, einem Eingangsmodul 10 und/oder einem Ausgangsmodul 12 von einem Benutzer verbunden werden. Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung die Beleuchtungseinrichtung 14' alternativ oder zusätzlich ein erstes mechanisches Verbindungsmittel aufweisen kann.
Zum Schutz des elektrischen Verbindungsmittels 42 ist eine Schutzelement 23, vorliegend eine Schutzkappe 23, vorgesehen. Diese kann auf das zweite Verbindungsmittel 20' aufgesetzt bzw. aufgesteckt werden.
Ferner ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein weiterer Anschluss 80 vorgesehen, wie ein USB-Anschluss 82, um beispielsweise einen weiteren elektrischen Verbraucher an die Beleuchtungseinrichtung 14' anzuschließen.
Die 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Verbrauchermoduls 14'' gemäß der vorliegenden Erfindung. Der dargestellte Verbraucher 14'' ist eine weitere Beleuchtungseinrichtung 14'' in Form einer Deckenlampe 14''. Der Lichtstrom der Beleuchtungseinrichtung 14'' kann zwischen 50 und 500 Lumen, vorzugsweise zwischen 100 und 300 Lumen liegen. Die Deckenlampe 14'' kann über ein Kabel 86 und einen USB-Anschluss 88 beispielsweise an ein Ausgangsmodul 12 und/oder ein Speichermodul 4 angeschlossen werden.
Darüber hinaus ist ein Zwischenelement 90 vorgesehen. Das Zwischenelement 90 ist zum einen als Kabelrolle ausgebildet, um die Länge des Kabels 86 zwischen einer maximalen und einer minimalen Kabellänge beliebig zu variieren. Zudem weist das Zwischenelement 90 einen Schalter 92 auf. Der Schalter 92 ist dazu eingerichtet, die Beleuchtungseinrichtung 14'' ein- und auszuschalten.
Die 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Solarmoduls 16' gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Solarmodul 16' weist eine Mehrzahl von Solarzellen 96 auf, die in einen Solarmodulrahmen 98 gefasst sind. Die Solarzellen 96 sind dazu eingerichtet, auftreffende Lichtstrahlen, insbesondere Sonnenstrahlen, in elektrische Energie zu wandeln.
Das Solarmodul 16' umfasst vorliegend zwei Anschlüsse 100.1 und 100.2. Beide Anschlüsse 100.1, 100.2 können vorzugsweise im Wesentlichen gleich gebildet sein. Beispielsweise kann der Anschluss 100.1 über ein Kabel 102 umfassend einen zu dem Anschluss 100.1 korrespondierenden Stecker 104 mit dem Eingangsmodul 10 elektrisch verbunden werden. Insbesondere kann über das Kabel 102 die generierte elektrische Energie an das Eingangsmodul 10 geliefert werden.
Der Stecker 104 weist vorliegend zwei elektrische Kontaktelemente 108 und eine Rasteinrichtung 109 auf. Die Rasteinrichtung 109 ist dazu eingerichtet, den Stecker 104 sicher mit dem Anschluss 100.1, 100.2 zu verrasten und ihn durch Druckausübung (z. B. von einem Benutzer) wieder freizugeben.
Der weitere Anschluss 100.2 kann dazu vorgesehen sein, ein weiteres Solarmodul an das erste Solarmodul 16' zu koppeln, wie nachfolgend ausgeführt werden wird.
Vorzugsweise können steckbare Abdeckungen 106 vorgesehen sein, um die Anschlüsse 100.1, 100.2, insbesondere die elektrischen Kontakte der Anschlüsse 100.1, 100.2, zu schützen.
Um ein weiteres Solarmodul an das Solarmodul 16' anzuschließen, kann insbesondere eine Verbindungseinrichtung 110 eingesetzt werden. Ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Verbindungseinrichtung 110 ist in der 9 dargestellt.
Wie zu erkennen ist, weist auch die Verbindungseinrichtung 110 zwei (Eingangs-)Kontaktelemente 108.1 und zwei weitere (Ausgangs-)Kontaktelemente 108.2 sowie zwei Rasteinrichtungen 109 auf. Das Bezugszeichen 112 bezeichnet ein Zwischenstück aus einem elastischen Material, wie beispielsweise einem weichen Silikonmaterial.
Die 10 zeigt zwei zuvor beschriebene Solarmodule 16' und eine zwischen den Solarmodulen 16' angeordnete Verbindungseinrichtung 110. Indem der Benutzer die beiden Solarmodule 16' mittels der Verbindungseinrichtung 110 in einfacher Weise zusammenstecken kann, kann die an die Speichermodule 4 lieferbare elektrische Energiemenge erhöht werden.
Gemäß einem eigenständigen Erfindungsgedanken können mindestens zwei Solarmodule 16' vorgesehen sein. Die Solarmodule 16' können jeweils eine weitere Synchronisationsschaltung aufweisen. Die Synchronisationsschaltung kann eingerichtet sein, die durch die Solarzellen 96 erzeugte Spannung auf eine bestimmte, vorgegebene Solarmodulausgangsspannung zu synchronisieren. Beispielsweise kann die von den Solarzellen generierte Spannung erhöht und/oder reduziert werden, um die vorgegeben Solarmodulausgangsspannung zu erhalten. Insbesondere erfolgt die Synchronisation der Spannung von den zumindest zwei Solarmodulen unabhängig von deren jeweiliger Leistung der Solarmodule (stets) auf den gleichen Spannungswert.
Die Synchronisationsschaltung ist darüber hinaus dazu eingerichtet, jeweils einen Ausgangsstrom in Abhängigkeit der Leistungsfähigkeit der Solarmodule 16' bereitzustellen. Die Solarmodule können dann derart gekoppelt werden, dass die Gesamtspannung der vorgegebenen Ausgangsspannung entspricht während sich der Gesamtstrom aus der Summe der Einzelströme ergibt. Insbesondere können die Solarmodule parallel geschaltet werden.
Dies ermöglicht die Kopplung von Solarmodulen mit einer unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten. Beispielsweise kann die Leistungsfähigkeit der Solarmodule zwischen 0,5 W und 15 W variieren. Beispielhaft kann ein 1,5 W Solarmodul mit einem 5 W Solarmodul gekoppelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/149123 A1 [0003, 0004]
US 2013/0043826 A1 [0005]

Claims

Modulares Energieversorgungssystem (2) zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie, umfassend: – ein erstes Speichermodul (4, 4.1) mit mindestens einem elektrischen Speicher (6.1), und – mindestens ein weiteres mit dem ersten Speichermodul (4, 4.1) elektrisch und mechanisch verbindbares Speichermodul (4, 4.2) mit mindestens einem weiteren elektrischen Speicher (6.2), – wobei die mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) eingerichtet sind, elektrische Energie von mindestens einem mit mindestens einem der Speichermodule (4, 4.1, 4.2) elektrisch verbindbaren Energiequellenmodul (16, 16') zu speichern, – wobei die mindestens zwei elektrischen Speichermodule (4, 4.1, 4.2) eingerichtet sind, mindestens ein mit mindestens einem der Speichermodule (4, 4.1, 4.2) elektrisch verbindbares elektrisches Verbrauchermodul (14, 14', 14'') mit elektrischer Energie zu versorgen, – wobei die mindestens zwei elektrischen Speichermodule (4, 4.1, 4.2) jeweils mindestens eine mit dem jeweiligen elektrischen Speicher verbundene Synchronisationsschaltung (8.1, 8.2) aufweisen, – wobei die Synchronisationsschaltungen (8.1, 8.2) eingerichtet sind, die jeweilige Ausgangsspannung der elektrischen Speicher (4, 4.1, 4.2) unabhängig von deren jeweiliger Leistungsfähigkeit auf jeweils die gleiche vordefinierte Speichermodulausgangsspannung zu setzen, und – wobei die mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) in einem elektrisch verbundenen Zustand parallel geschaltet sind.
System (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) in dem elektrisch verbundenen Zustand parallel geschaltet sind, derart, dass die Gesamtausgangsspannung der mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) im Wesentlichen gleich der vordefinierten Speichermodulausgangsspannung ist und der Gesamtausgangsstrom der mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) im Wesentlichen gleich der Summe der Speichermodulausgangsströme ist.
System (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) jeweils mindestens ein erstes mechanisches Verbindungsmittel (18, 18') aufweisen, – die mindestens zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) jeweils mindestens ein zweites mechanisches Verbindungsmittel (20, 20') aufweisen, und – das erste mechanische Verbindungsmittel (18, 18') derart zu dem zweiten mechanischen Verbindungsmittel (20, 20') korrespondiert, dass eine zumindest formschlüssige mechanische Verbindung zwischen den mindestens zwei Speichermodulen (4, 4.1, 4.2) herstellbar ist.
System (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste mechanische Verbindungsmittel (18, 18') ein erstes elektrisches Verbindungsmittel (28) umfasst, – das zweite mechanische Verbindungsmittel (20, 20') ein zweites elektrisches Verbindungsmittel (42) umfasst, und – das erste elektrische Verbindungsmittel (28) derart zu dem zweiten elektrischen Verbindungsmittel (42) korrespondiert, dass nach der Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten mechanischen Verbindungsmittel (18, 18', 20, 20') eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Verbindungsmittel (28, 42) hergestellt ist.
System (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein Eingangsmodul (10) vorgesehen ist, – wobei das mindestens eine Eingangsmodul (10) mindestens einen Eingang (58, 60) zum Anschließen des mindestens einen Energiequellenmoduls (16, 16') aufweist, und – wobei das mindestens eine Eingangsmodul (10) mit mindestens einem der zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) elektrisch und mechanisch verbindbar ist.
System (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein Ausgangsmodul (12) vorgesehen ist, – wobei das mindestens eine Ausgangsmodul (12) mindestens einen Ausgang (68, 70) zum Anschließen des mindestens einen Verbrauchermoduls (14, 14', 14'') aufweist, und – wobei das mindestens eine Ausgangsmodul (12) mit mindestens einem der zwei Speichermodule (4, 4.1, 4.2) elektrisch und mechanisch verbindbar ist, derart, dass das Verbrauchermodul (14, 14', 14'') mit elektrischer Energie von den elektrischen Speichermodulen (4, 4.1, 4.2) versorgbar ist.
System (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Eingangsmodul (10) ein erstes mechanisches Verbindungsmittel (18, 18') und/oder ein zweites mechanisches Verbindungsmittel (20, 20') aufweist, und/oder – das Ausgangsmodul (12) ein erstes mechanisches Verbindungsmittel (18, 18') und/oder ein zweites mechanisches Verbindungsmittel (20, 20') aufweist, und/oder – das elektrische Verbrauchermodul (14, 14') ein erstes mechanisches Verbindungsmittel (18, 18') und/oder ein zweites mechanisches Verbindungsmittel (20, 20') aufweist.
System (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Energiequellenmodul (16, 16') mindestens zwei elektrisch und mechanisch verbindbare Solarmodule (16, 16') umfasst, – wobei die Solarmodule (16, 16') jeweils mindestens eine weitere Synchronisationsschaltung aufweisen, und – die weiteren Synchronisationsschaltungen eingerichtet sind, jeweils die gleiche vordefinierte Solarmodulausgangsspannung unabhängig von der jeweiligen Leistungsfähigkeit des jeweiligen Solarmoduls bereitzustellen.
System (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der mindestens eine Eingang (22, 58, 60) ein USB-Anschluss (22, 58, 60) ist, und/oder – der mindestens eine Ausgang (24, 46, 68, 70, 82) ein USB-Anschluss (24, 46, 68, 70, 82) ist.
System (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Verbrauchermodul (14, 14', 14'') eine Beleuchtungseinrichtung (14, 14', 14''), insbesondere eine LED-Beleuchtungseinrichtung (14, 14', 14'') ist.