DE102015116455A1 - Energieversorgung von Messgeräten aus leistungsinstabilen Energiequellen - Google Patents

Energieversorgung von Messgeräten aus leistungsinstabilen Energiequellen Download PDF

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DE102015116455A1
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Antoine Simon
Christian Rey
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieversorgung von Messgeräten aus leistungsinstabilen Energiequellen mittels einer elektronischen Betriebsschaltung und eine elektronische Betriebsschaltung zur Umsetzung eines solchen Verfahrens, wobei das erfindungsgemäße Verfahren, welches durch ein Flussdigramm in Fig. 1 dargestellt ist, auf einen robusten Algorithmus zur Leistungsentnahme aus Energiequellen zurückgreift.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieversorgung von Messgeräten aus leistungsinstabilen Energiequellen mittels einer elektronischen Betriebsschaltung und eine elektronische Betriebsschaltung zur Umsetzung eines solchen Verfahrens.
  • Im Bereich der Energieversorgung von Messgeräten kommen viele verschiedene Lösungen zum Einsatz. Eine Möglichkeit ist es Messgeräte über Netzgeräte mit Energie zu versorgen. In manchen Einsatzbereichen kann diese Lösung jedoch unpraktisch sein, beispielsweise weil kein Energienetz in unmittelbarer Reichweite ist. In diesem Fall könnte man die Energieversorgung durch eine Batterie sicherstellen, deren Lebensdauer allerdings begrenzt ist. Um ein Messgerät mit maximaler Unabhängigkeit zu konstruieren, ist es daher notwendig die Energieversorgung durch regenerative Energiequellen wie beispielsweise Solarzellen sicherzustellen, wobei diese ihrerseits den Makel aufweisen, dass sie häufig keine konstante Leistung zur Verfügung stellen. Insofern hat sich die Kombination von regenerativen Energiequellen mit Batterien oder wieder aufladbaren Akkumulatoren als gängige Lösung erwiesen, um die Nachteile der Einzellösungen zu entschärfen. Der Stand der Technik, beschrieben unter anderem in der Patentanmeldung WO 2013/122610A1 , setzt hierbei auf das mit „Maximum Power Point Tracking“ bezeichnete Verfahren, wobei über Regeltechnik die momentan maximal verfügbare Leistung einer regenerativen Energiequelle abgegriffen werden soll. Dabei wird die Ausgangsspannung der Energiequelle so angepasst, dass das Produkt von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom, also die Ausgangsleistung maximal ist. Da die maximal verfügbare Leistung innerhalb kurzer Zeit stark schwanken kann, ist eine komplexe Regeltechnik notwendig, um diesen Zustand schnell und sicher zu finden. Es soll dabei sichergestellt sein, dass bei einem Absinken der maximal verfügbaren Leistung kein Zusammenbruch der Ausgangsspannung der Energiequelle geschieht, was einen zeitweiligen Ausfall der Energiequelle zur Folge hätte. Diese komplexe Regeltechnik schlägt sich jedoch in höheren Kosten bei der Herstellung solcher Messgeräte nieder. Außerdem weist diese Regeltechnik aufgrund ihrer Komplexität einen hohen Energiebedarf auf.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches und robustes Verfahren sowie eine elektronische Betriebsschaltung zur Umsetzung des Verfahrens bereitzustellen, welches Verfahren ähnlich wie das „Maximum Power Point Tracking“-Verfahren das Abgreifen der größtmöglichen Energie aus der Energiequelle zum Ziel hat, dies jedoch auf eine sehr viel einfachere und kostengünstiger umsetzbare Art und Weise erreicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 und durch eine elektronische Betriebsschaltung zur Umsetzung des Verfahrens gemäß des unabhängigen Anspruchs 5.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Energieversorgung von Messgeräten aus mindestens einer leistungsinstabilen Energiequelle, wobei die Energiequelle bevorzugterweise eine photovoltaische Energiequelle ist, wird mittels einer elektronischen Betriebsschaltung umgesetzt, wobei die elektronische Betriebsschaltung mindestens einen Leistungsabnehmer sowie mindestens einen Akkumulator umfasst, wobei der mindestens eine Leistungsabnehmer an die mindestens eine leistungsinstabile Energiequelle, an den mindestens einen Akkumulator und an das mindestens eine Messgerät angeschlossen ist;
    wobei die elektronische Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des mindestens einen Messgeräts durch die leistungsinstabile Energiequelle zu gewährleisten und den mindestens einen Akkumulator zu laden, wobei der Akkumulator im Falle mangelnder Leistung der leistungsinstabilen Energiequelle dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des Messgeräts zumindest teilweise zu übernehmen;
    wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    Messen der Quellenspannung UQ der Energiequelle;
    Sobald die Quellenspannung UQ einen Sollwert UQS erreicht, Starten eines Änderungsvorgangs, wobei während des Änderungsvorgang die Sollleistung der Energiequelle durch Änderung einer Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers erhöht wird;
    wobei die Sollausgangsspannung UA geändert wird, bis die Sollausgangsspannung UA einen Wert UZ erreicht, welcher Wert UZ den Zusammenbruch der Quellenspannung UQ zur Folge hat, oder bis die Sollausgangsspannung UA einen Endwert UE erreicht, bei dem die Sollleistung der Energiequelle ausreicht, das Messgerät vollständig zu versorgen und gegebenenfalls den Akkumulator zu laden;
    wobei das Ändern der Sollausgangsspannung UA bis zum Zusammenbruch der Quellenspannung UQ oder das Ändern der Sollausgangsspannung UA bis zum Endwert UE und das Halten der Sollausgangsspannung UA bei dem Endwert UE bis zum Zusammenbruch der Quellenspannung UQ einem Änderungsvorgang zugeordnet ist, wobei mit Zusammenbruch der Quellenspannung UQ ein neuer Verfahrensdurchlauf gestartet wird.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden von vorhergehenden Änderungsvorgängen die Spannungen UH der Sollausgangsspannung UA bei maximaler Sollausgangsleistung der Energiequelle zum Finden eines Grenzwerts G1 der Sollausgangsspannung UA des nachfolgenden Änderungsvorgangs herangezogen,
    wobei der Grenzwert G1 des nachfolgenden Änderungsvorgangs eine Spannungsdifferenz dU1 zur Spannung UH des vorherigen Änderungsvorgangs aufweist, womit eine stabilere Leistungsabnahme erreicht wird,
    wobei mit Erreichen des Grenzwerts G1 die Sollausgangsspannung UA für ein Zeitintervall Δt1 konstant gehalten wird,
    wobei nach Ablauf des Zeitintervalls Δt1 eine weitere Änderung der Sollausgangsspannung UA eingeleitet wird, bis die Sollausgangsspannung UA einen Wert UZ erreicht, bei dem die Quellenspannung UQ zusammenbricht oder die Sollausgangsspannung UA den Endwert UE erreicht.
  • Der neue Grenzwert G1 kann dabei aus einer in der Betriebselektronik abgelegten Tabelle entnommen sein, in welcher Tabelle zu verschiedenen Verläufen der Spannungen UH optimale Grenzwerte G1 abgelegt sind. Der neue Grenzwert G1 kann auch durch einen funktionalen Zusammenhang der vorhergehenden Spannungen UH errechnet werden.
  • Die Spannungsdifferenz dU1 des Grenzwerts G1 zur vorhergehenden Spannung UH ist dabei mindestens 0.01V und bevorzugt mindestens 0.05V und insbesondere mindestens 0.1V und höchstens 0.5V und bevorzugt höchstens 0.4V und insbesondere höchstens 0.3V.
  • Das Zeitintervall Δt1 weist dabei eine Dauer von mindestens 0.02s und bevorzugt mindestens 0.2s und insbesondere mindestens 1s und höchstens 10s und bevorzugt höchstens 5s und insbesondere höchstens 2s auf.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden von vorhergehenden Änderungsvorgängen die Spannungen UH der Sollausgangsspannung UA bei maximaler Sollausgangsleistung der Energiequelle zum Finden eines Startwerts UAS der Sollausgangsspannung UA des nachfolgenden Änderungsvorgangs herangezogen,
    wobei falls nach einem Zeitintervall Δt2 die Quellenspannung den Sollwert UQS nicht erreicht, die Sollausgangsspannung UA so geändert wird, dass die Sollausgangsleistung der Energiequelle abgesenkt wird.
  • Der neue Grenzwert UAS kann dabei aus einer in der Betriebselektronik abgelegten Tabelle entnommen sein, in welcher Tabelle zu verschiedenen Verläufen der Spannungen UH optimale Grenzwerte UAS abgelegt sind. Der neue Grenzwert AUS kann auch durch einen funktionalen Zusammenhang der vorhergehenden Spannungen UH errechnet werden.
  • Das Zeitintervall Δt2 weist dabei eine Dauer von mindestens 0.02s und bevorzugt mindestens 0.2s und insbesondere mindestens 1s und höchstens 10s und bevorzugt höchstens 5s und insbesondere höchstens 2s auf.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Erhöhen / Absenken der Sollleistung der Energiequelle durch das Erhöhen / Absenken der Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers erreicht.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens hat ein UA >= UZ einen Zusammenbruch der Quellenspannung UQ zur Folge hat.
  • Eine erfindungsgemäße elektronische Betriebsschaltung zur Energieversorgung von Messgeräten aus mindestens einer leistungsinstabilen Energiequelle umfasst mindestens einen Leistungsabnehmer, mindestens einen Prozessor sowie mindestens einen Akkumulator, wobei der mindestens eine Leistungsabnehmer an die mindestens eine leistungsinstabile Energiequelle, an den mindestens einen Akkumulator und an das mindestens eine Messgerät angeschlossen ist,
    wobei die elektronische Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des mindestens einen Messgeräts durch die leistungsinstabile Energiequelle zu gewährleisten und den mindestens einen Akkumulator zu laden, wobei der Akkumulator im Falle mangelnder Leistung der leistungsinstabilen Energiequelle dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des Messgeräts zumindest teilweise zu übernehmen.
  • In einer Ausgestaltung der elektronischen Betriebsschaltung umfasst die elektronische Betriebsschaltung mindestens einen Prozessor, welcher Prozessor dazu eingerichtet ist, die Sollausgangsspannung UA zu steuern,
    wobei der Leistungsabnehmer dazu eingerichtet ist, die Quellenspannung UQ zu messen und bei Erreichen eines Sollwerts UQS durch die Quellenspannung ein Startsignal zum Start einer Änderung der Sollausgangsspannung UA an den Prozessor zu senden, und bei Zusammenbruch der Quellenspannung UQ ein Interruptsignal an den Prozessor zu senden, welches Interruptsignal den Prozessor (40) veranlasst, die Sollausgangsspannung UA auf den Startwert UAS zu setzen und einen neuen Änderungsvorgang zu starten.
  • In einer Ausgestaltung der elektronischen Betriebsschaltung weist der Leistungsabnehmer eine interne Sollspannung Ui auf, wobei der Prozessor die Sollausgangsspannung UA durch Übersteuern von Ui einstellt.
  • In einer Ausgestaltung der elektronischen Betriebsschaltung erzeugt der Prozessor durch ein Pulsweitenmodulationsverfahren eine Ausgangsspannung UP zum Übersteuern der internen Sollspannung Ui, welche Ausgangsspannung UP an einen Signaleingang des Leistungsabnehmers gelegt wird, wobei eine leistungsabnehmerinterne Schaltung nach Berücksichtigung der Ausgangsspannung UP eine neue Sollausgangsspannung UA einstellt
  • In einer Ausgestaltung der elektronischen Betriebsschaltung ist der Akkumulator insbesondere ein wieder aufladbarer Lithium-Ionen-Akkumulator. Der Akkumulator weist dabei eine Kapazität von mindestens 0.1 Wh und insbesondere mindestens 1 Wh und höchstens 200 Wh und insbesondere höchstens 100 Wh auf.
  • In einer Ausgestaltung der elektronischen Betriebsschaltung ist der Leistungsabnehmer ein getakteter Schnittregler.
  • In einer Ausgestaltung der elektronischen Betriebsschaltung weist der Leistungsabnehmer des Weiteren mindestens einen separaten Messeingang zur Messung der Quellenspannung UQ auf.
  • In einer Ausgestaltung der elektronischen Betriebsschaltung weist die elektronische Betriebsschaltung des Weiteren mindestens einen Spannungsteiler auf, welcher Spannungsteiler dazu eingerichtet ist, die Quellenspannung UQ in eine Spannung UQ' zu transformieren, wobei der separate Messeingang dazu eingerichtet ist, die Spannung UQ' zu messen.
  • In einer Ausgestaltung der elektronischen Betriebsschaltung sind die Einzelwiderstände des Spannungsteilers mindestens 1kΩ.
  • Es wird also durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Energieversorgung von Messgeräten aus leistungsinstabilen Energiequellen mittels einer elektronischen Betriebsschaltung und eine elektronische Betriebsschaltung zur Umsetzung eines solchen Verfahrens vorgeschlagen. Dabei wird also durch Erhöhung der Sollausgangsspannung UA die von der Energiequelle abgegriffene Leistung erhöht bis QA einbricht oder bis der Akkumulator vollständig geladen ist und das Messgerät die benötigte Leistung alleine aus der Energiequelle bezieht.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in Zeichnungen dargestellten beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1: ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 2: eine erfindungsgemäße Anwendung des Verfahrens;
  • 3: eine erfindungsgemäße elektronische Betriebsschaltung sowie eine daran angeschlossene Energiequelle und ein daran angeschlossenes Messgerät.
  • Das in 1 dargestellte Flussdiagramm zeigt die verschiedenen Verfahrensabläufe und ihre Zusammenhänge untereinander. Nach Einschalten der elektronischen Betriebsschaltung misst der Leistungsabnehmer in einem ersten Verfahrensschritt 101 die Quellenspannung UQ. Falls UQ innerhalb eines Zeitintervalls Δt2 einen Sollwert UQS nicht erreicht und somit Bedingung 202 erfüllt ist, wird die Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers in einem Verfahrensschritt 102 abgesenkt, um anschließend erneut den Verfahrensschritt 101 einzuleiten. Falls die Quellenspannung UQ den Sollwert UQS innerhalb des Zeitintervalls Δt2 erreicht und Bedingung 201 somit erfüllt ist, wird die Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers in einem Verfahrensschritt 103 erhöht. Ausgehend vom Verfahrensschritt 103 können die Bedingungen 204, 206 und 207 eintreten, welche Bedingungen den Verfahrensschritt 105 bzw. 104 bzw. 106 einleiten, wobei der Verfahrensschritt 104 Absenken der Sollausgangsspannung UA auf einen neuen Startwert UAS und Setzen eines Grenzwerts G1 beinhaltet, wobei der Verfahrensschritt 105 Halten der Sollausgangsspannung UA auf dem Grenzwert G1 beinhaltet, wobei der Verfahrensschritt 106 Halten der Sollausgangsspannung UA auf dem Endwert UE beinhaltet; wobei die Bedingung 204 die Eigenschaft aufweist, dass die Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers den Grenzwert G1 erreicht, wobei die Bedingung 206 die Eigenschaft aufweist, dass die Quellenspannung UQ zusammenbricht und wobei die Bedingung 207 die Eigenschaft aufweist, dass die Sollausgangsspannung UA den Endwert UE erreicht. Ausgehend vom Verfahrensschritt 105 können die Bedingungen 205 und 206 auftreten, welche Bedingungen den Verfahrensschritt 103 bzw. 104 einleiten, wobei Bedingung 205 die Eigenschaft aufweist, dass die Sollausgangsspannung UA wird für ein Zeitintervall Δt2 auf dem Grenzwert G1 gehalten wird. Bedingung 206 kann beim Verfahrensschritt 105 auftreten, wenn die maximal abgebbare Leistung der Energiequelle absinkt, während die Sollausgangsspannung UA auf dem Grenzwert G1 gehalten wird. Auch bei Verfahrensschritt 106 kann die Bedingung 206 eintreten, so dass der Verfahrensschritt 104 eingeleitet wird und die Sollausgangsspannung UA auf UAS abgesenkt wird und ein neuer Grenzwert G1 gesetzt wird, womit die Bedingung 208, Ende des Verfahrensdurchlaufs, zum Einleiten des Verfahrensschritts 100, Einleiten eines neuen Verfahrensdurchlaufs gegeben ist.
  • In 2 ist ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers auf Basis des in 1 aufgeführten Flussdiagramms dargestellt. Der zeitliche Verlauf der Sollausgangsspannung UA unterteilt sich hierbei in fünf Verfahrensdurchläufe V1 bis V5 wobei der erste Verfahrensdurchlauf V1 mit Einschalten der elektronischen Betriebsschaltung gestartet wird. Mit Beginn eines jeden Verfahrensdurchlaufs wird zunächst gemessen, ob die Quellenspannung UQ den Sollwert UQS erreicht. In diesem beispielhaften zeitlichen Verlauf ist das Eintreten dieser Bedingung 201 bei allen Verfahrensdurchläufen angenommen, so dass nach Feststellen der Bedingung die Sollausgangsspannung UA erhöht wird. Während des Verfahrensdurchlaufs V1 erreicht UA einen Wert UZ, bei welchem die Quellenspannung UQ zusammenbricht, so dass UA auf einen neuen Startwert UAS gesetzt wird, ein neuer Grenzwert G1 gesetzt wird und der Verfahrensdurchlauf V2 eingeleitet wird. Nach Feststellen der Bedingung 201 im Verfahrensdurchlauf V2 wird UA von UAS aus zunächst bis G1 erhöht. Der Grenzwert G1 liegt idealerweise in der Nähe des Werts UZ des vorhergehenden Verfahrensdurchlaufs bei Zusammenbruch der Quellenspannung UQ. Nachdem für ein Zeitintervall Δt1 die Quellenspannung UQ nicht zusammenbricht, wird die Sollausgangsspannung UA erneut erhöht, bis das neue aktuelle Niveau von UZ erreicht wird und die Quellenspannung UQ erneut zusammenbricht, so dass UA auf einen neuen Startwert UAS gesetzt wird, ein neuer Grenzwert G1 gesetzt wird und der Verfahrensdurchlauf V3 eingeleitet wird. Nach Feststellen der Bedingung 201 im Verfahrensdurchlauf V3 wird UA von UAS aus erhöht. Da der Wert von UZ abgesunken ist, kommt es zu einem erneuten Zusammenbruch der Quellenspannung UQ und der Grenzwert G1 wird nicht erreicht. Im Verfahrensdurchlauf V4 liegt der neue Grenzwert G1 oberhalb des Werts UZ, so dass bei Erreichen des Werts von UZ durch die Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers die Quellenspannung UQ erneut zusammenbricht und der Verfahrensdurchlauf V5 eingeleitet wird. Der Grenzwert G1 liegt idealerweise in der Nähe des Werts UZ des vorhergehenden Verfahrensdurchlaufs bei Zusammenbruch der Quellenspannung UQ. Nach einem Zeitintervall Δt1 ohne Zusammenbruch der Ausgangsspannung UQ der Energiequelle wird die Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers erhöht, bis UA den Endwert UE erreicht, und die Energiequelle das Messgerät komplett versorgt und gegebenenfalls den Akkumulator lädt.
  • Die in 3 dargestellte elektronische Betriebsschaltung 1 mit Energiequelle 10 und Messgerät 60 weist einen Spannungsteiler 20, einen Leistungsabnehmer 30, einen Prozessor 40, einen Akkumulator 50 und einen Masseanschluss 70 auf. Der Leistungsabnehmer 30 greift die Quellenspannung UQ der Energiequelle 10 über einen Eingang 34 der Betriebsschaltung ab. Der Spannungsteiler 20 transformiert die Quellenspannung UQ auf einen Wert UQ' und führt sie dem Leistungsabnehmer 20 über einen Abnehmereingang 31 zu. Idealerweise weist der Spannungsteiler Einzelwiderstände mit einem Wert von mindestens 1kΩ auf, so dass der Leistungsabnehmer die Quellenspannung UQ über UQ' messen kann, ohne die Energiequelle 10 wesentlich zu belasten. Sobald der Leistungsabnehmer 30 einen Zusammenbruch der Quellenspannung UQ feststellt, sendet er über einen Abnehmerausgang 32 ein Interruptsignal an den Prozessor 40, welcher daraufhin eine Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers anpasst, welche Sollausgangsspannung UA am Ausgang 35 anliegt. Die Steuerung der Sollausgangsspannung UA durch den Prozessor geschieht beispielsweise über ein Pulsweitenmodulationsverfahren. Dabei erzeugt der Prozessor 40 eine Spannung UP und führt diese einem Steuereingang 33 des Leistungsabnehmers zu. Die Spannung UP dient zum Übersteuern einer leistungsabnehmerinternen Sollspannung Ui, wobei der Leistungsabnehmer auf Basis der Übersteuerung die Sollausgangsspannung UA anpasst. In dieser Ausführung der elektronischen Betriebsschaltung sind der Akkumulator 50 und das Messgerät 60 parallel zum Leistungsabnehmer geschalten. In Abhängigkeit der Sollausgangsspannung UA erfolgt die Energieversorgung des Messgeräts 60 vollständig durch den Akkumulator 60 oder es erfolgt eine Aufteilung der Energieversorgung durch die Energiequelle 10 und durch den Akkumulator 50, oder die Energiequelle 10 versorgt das Messgerät 60 vollständig und lädt gegebenenfalls den Akkumulator 50.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Elektronische Betriebsschaltung
    10
    Leistungsinstabile Energiequelle
    20
    Spannungsteiler
    30
    Leistungsabnehmer
    31
    Eingang Leistungsabnehmer
    32
    Ausgang Leistungsabnehmer
    33
    Signaleingang Leistungsabnehmer
    34
    Eingang Leistungsabnehmer
    35
    Ausgang Leistungsabnehmer
    40
    Prozessor
    50
    Akkumulator
    60
    Messgerät
    70
    Masse
    UQ
    Quellenspannung UQ, Ausgangsspannung der Energiequelle
    UQ'
    Transformierte Quellenspannung UQ
    UA
    Ausgangsspannung des Leistungsabnehmers
    UZ
    Spannungswert von UA bei welchem UQ zusammenbricht
    UE
    Zur Energieversorgung des Messgeräts und zum Laden des Akkumulators
    benötigter
    Spannungsendwert
    UAS
    Startwert der Spannung UA
    G1
    Grenzwert von UA während eines Verfahrensdurchlaufs
    UQS
    Sollwert der Quellenspannung UQ
    UP
    Ausgangsspannung des Prozessors
    Ui
    leistungsabnehmerinterne Sollspannung
    Δt1
    Zeitintervall, nach welchem UA nach Erreichen von G1 erneut erhöht wird
    Δt2
    Zeitintervall, nach welchem bei Nichterreichen von UQS durch UQ UA
    abgesenkt
    wird
    Vi, i = {1...5}
    Verfahrensdurchläufe
    100
    Einleiten eines Verfahrensdurchlaufs
    101
    Messen der Quellenspannung UQ
    102
    Absenken der Sollausgangsspannung UA
    103
    Erhöhen der Sollausgangsspannung UA
    104
    Absenken der Sollausgangsspannung UA auf neuen Startwert UAS und Setzen eines Grenzwerts G1
    105
    Halten von UA auf G1
    106
    Halten von UA auf UE
    201
    die Quellenspannung UQ erreicht den Sollwert UQS
    202
    die Quellenspannung UQ erreicht für ein Zeitintervall Δt2 den Sollwert UQS nicht
    203
    neuer Verfahrensdurchlauf wird eingeleitet
    204
    UA erreicht Grenzwert G1
    205
    UA wird für ein Zeitintervall Δt2 auf Grenzwert G1 gehalten
    206
    Zusammenbruch von UQ
    207
    UA erreicht UE
    208
    Ende des Verfahrensdurchlaufs
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2013/122610 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Energieversorgung von Messgeräten aus mindestens einer leistungsinstabilen Energiequelle mittels einer elektronischen Betriebsschaltung, wobei die elektronische Betriebsschaltung (1) mindestens einen Leistungsabnehmer (30) sowie mindestens einen Akkumulator (50) umfasst, wobei der mindestens eine Leistungsabnehmer an die mindestens eine leistungsinstabile Energiequellequelle (10), an den mindestens einen Akkumulator und an das mindestens eine Messgerät (60) angeschlossen ist; wobei die elektronische Betriebsschaltung (1) dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des mindestens einen Messgeräts (60) durch die leistungsinstabile Energiequelle (10) zu gewährleisten und den mindestens einen Akkumulator (50) zu laden, wobei der Akkumulator im Falle mangelnder Leistung der leistungsinstabilen Energiequelle (10) dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des Messgeräts zumindest teilweise zu übernehmen; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Messen einer Quellenspannung UQ der Energiequelle (10); Sobald die Quellenspannung UQ einen Sollwert UQS erreicht, Starten eines Änderungsvorgangs, wobei während des Änderungsvorgang eine Sollleistung der Energiequelle (10) durch Änderung einer Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers erhöht wird; wobei die Sollausgangsspannung UA geändert wird, bis die Sollausgangsspannung UA einen Wert UZ erreicht, wobei das Erreichen des Werts UZ den Zusammenbruch der Quellenspannung UQ zur Folge hat, oder bis die Sollausgangsspannung UA einen Endwert UE erreicht, bei dem die Sollleistung der Energiequelle (10) ausreicht, das Messgerät (60) vollständig zu versorgen und gegebenenfalls den Akkumulator (50) zu laden; wobei das Ändern der Sollausgangsspannung UA bis zum Zusammenbruch der Quellenspannung UQ oder das Ändern der Sollausgangsspannung UA bis zum Endwert UE und das Halten der Sollausgangsspannung UA bei dem Endwert UE bis zum Zusammenbruch der Quellenspannung UQ einem Änderungsvorgang zugeordnet ist, wobei mit Zusammenbruch der Quellenspannung UQ ein neuer Verfahrensdurchlauf gestartet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei von vorhergehenden Änderungsvorgängen die Werte der Sollausgangsspannung UA bei maximaler Sollausgangsleistung der Energiequelle zum Finden eines Grenzwerts G1 der Sollausgangsspannung UA des nachfolgenden Änderungsvorgangs herangezogen werden, wobei mit Erreichen des Grenzwerts G1 die Sollausgangsspannung UA für ein Zeitintervall Δt1 konstant gehalten wird, wobei nach Ablauf des Zeitintervalls Δt1 eine weitere Änderung der Sollausgangsspannung UA eingeleitet wird, bis die Sollausgangsspannung UA einen Wert UZ erreicht, wobei das Erreichen des Werts UZ den Zusammenbruch der Quellenspannung UQ zur Folge hat oder die Sollausgangsspannung UA den Endwert UE erreicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei von vorhergehenden Änderungsvorgängen die Werte der Sollausgangsspannung UA bei maximaler Sollausgangsleistung der Energiequelle zum Finden eines Startwerts UAS der Sollausgangsspannung UA des nachfolgenden Änderungsvorgangs herangezogen werden, wobei falls nach einem Zeitintervall Δt2 die Quellenspannung den Sollwert UQS nicht erreicht, die Sollausgangsspannung UA so geändert wird, dass die Sollausgangsleistung der Energiequelle abgesenkt wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erhöhen / Absenken der Sollleistung der Energiequelle durch das Erhöhen / Absenken der Sollausgangsspannung UA des Leistungsabnehmers erreicht wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein UA >= UZ einen Zusammenbruch der Quellenspannung UQ zur Folge hat.
  6. Elektronische Betriebsschaltung (1) zur Optimierung der Energiegewinnung aus mindestens einer leistungsinstabilen Energiequelle zur Versorgung von Messgeräten zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend mindestens einen Leistungsabnehmer (30), mindestens einen Prozessor (40) sowie mindestens einen Akkumulator (50), wobei der mindestens eine Leistungsabnehmer an die mindestens eine leistungsinstabile Energiequelle, an den mindestens einen Akkumulator und an das mindestens eine Messgerät (60) angeschlossen ist, wobei die elektronische Betriebsschaltung (1) dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des mindestens einen Messgeräts (60) durch die leistungsinstabile Energiequelle (10) zu gewährleisten und den mindestens einen Akkumulator (50) zu laden, wobei der Akkumulator im Falle mangelnder Leistung der leistungsinstabilen Energiequelle (10) dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung des Messgeräts zumindest teilweise zu übernehmen.
  7. Elektronische Betriebsschaltung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die elektronische Betriebsschaltung (1) mindestens einen Prozessor (40) aufweist, welcher Prozessor dazu eingerichtet ist, die Sollausgangsspannung UA zu steuern, wobei der Leistungsabnehmer (30) dazu eingerichtet ist, die Quellenspannung UQ zu messen und bei Erreichen eines Sollwerts UQS durch die Quellenspannung ein Startsignal zum Start einer Änderung der Sollausgangsspannung UA an den Prozessor (40) zu senden, und bei Zusammenbruch der Quellenspannung UQ ein Interruptsignal an den Prozessor zu senden (40), welches Interruptsignal den Prozessor (40) veranlasst, die Sollausgangsspannung UA auf den Startwert UAS zu setzen und einen neuen Verfahrensdurchlauf zu starten.
  8. Elektronische Betriebsschaltung nach Anspruch 7, wobei der Leistungsabnehmer (30) eine interne Sollspannung Ui aufweist, wobei der Prozessor (40) die Sollausgangsspannung UA durch Übersteuern von Ui einstellt.
  9. Elektronische Betriebsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 7–8, wobei der Prozessor (40) durch ein Pulsweitenmodulationsverfahren eine Ausgangsspannung UP zum Übersteuern der internen Sollspannung Ui erzeugt, welche Ausgangsspannung UP an einen Signaleingang des Leistungsabnehmers (33) gelegt wird, wobei eine leistungsabnehmerinterne Schaltung nach Berücksichtigung der Ausgangsspannung UP eine neue Sollausgangsspannung UA einstellt.
  10. Elektronische Betriebsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 6–9, wobei der Akkumulator (50) insbesondere ein wieder aufladbarer Lithium-Ionen-Akkumulator ist.
  11. Elektronische Betriebsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 6–10, wobei der Leistungsabnehmer (30) ein getakteter Schnittregler ist.
  12. Elektronische Betriebsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 7–11, wobei der Leistungsabnehmer des Weiteren mindestens einen separaten Messeingang (31) zur Messung der Quellenspannung UQ aufweist.
  13. Elektronische Betriebsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 7–11, wobei die elektronische Betriebsschaltung (1) des Weiteren mindestens einen Spannungsteiler (20) aufweist, welcher Spannungsteiler dazu eingerichtet ist, die Quellenspannung UQ in eine Spannung UQ' zu transformieren, wobei der separate Messeingang (31) dazu eingerichtet ist, die Spannung UQ' zu messen.
  14. Elektronische Betriebsschaltung nach Anspruch 13, wobei die Einzelwiderstände des Spannungsteilers mindestens 1kΩ sind.
DE102015116455.8A 2015-09-29 2015-09-29 Energieversorgung von Messgeräten aus leistungsinstabilen Energiequellen Pending DE102015116455A1 (de)

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DE4017860A1 (de) 1990-06-02 1991-12-05 Schottel Werft Energiegewinnungsanlage, insbesondere propeller-schiffsantrieb, mit speisung durch einen solargenerator
DE102005032864A1 (de) 2005-07-14 2007-01-25 Sma Technologie Ag Verfahren zum Auffinden eines Leistungsmaximums eines Photovoltaik-Generators
WO2013122610A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 Xantrex Technology, Inc. Maximum power point tracking (mppt)

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