DE102021103978A1

DE102021103978A1 - Modulares Ladesystem und Modul für elektrische Kleingeräte

Info

Publication number: DE102021103978A1
Application number: DE102021103978.9A
Authority: DE
Inventors: Holger GLASMACHERS
Original assignee: Hochschule Hamm Lippstadt Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: GLASMACHERS, HOLGER, PROF. DR., DE
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2022-08-25
Also published as: WO2022174867A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein modulares Ladesystem für elektronische Kleingeräte, wobei die Kleingeräte jeweils eine aufladbare Batterie aufweisen, mit einer Mehrzahl von jeweils den zu ladenden Kleingeräten zugeordneten Modulen, die über Koppelmittel mit einem benachbarten Modul mechanisch und/oder elektrisch verbunden sind, mit einem elektrischen Stromkreis, in dem elektrische Leitungsabschnitte der Module hintereinander verschaltet sind, mit einem Lademittel, das an einer elektrischen Stromversorgung anschließbar ist und das an dem elektrischen Reihenstromkreis angeschlossen ist, dass die elektrischen Leitungsabschnitte der Module jeweils eine Abzweigung aufweisen, die in einer Ladeposition des Kleingerätes mit der aufladbaren Batterie des den jeweiligen Moduls zugeordneten Kleingerätes gekoppelt ist zum Aufladen der aufladbaren Batterie, wobei die miteinander elektrisch verbundenen und/oder gekoppelten elektrischen Leitungsabschnitte der Module eine Stromschiene bilden, von der über die in dem Modul angeordneten Abzweigungen ein Ladestrom zu der aufladbaren Batterie des Kleingerätes abzweigbar ist, dass in mindestens einem Modul Mess- und/oder Schätzmittel zur Messung und/oder Schätzung eines aktuellen Ladezustandes, der jeweils den Modulen zugeordneten Batterie vorgesehen ist, dass eine Ladesteuerung vorgesehen ist, mittels derer in Abhängigkeit von ermittelten Messwerten der Mess- und/oder Schätzmittel eine der Batterie zugeführte Ladegröße eingestellt wird, und/oder dass Messmittel vorgesehen sind zum Messen einer eingangsseitigen Ladegröße oder einer ausgangsseitigen Ladegröße der Module und/oder einer Ladegröße aller Module und dass eine Ladeverteilsteuerung vorgesehen ist, mittels derer in Abhängigkeit von dem gemessenen eingangsseitigen Ladegröße oder ausgangsseitigen Ladegröße und einer von dem Lademittel zur Verfügung gestellten maximalen Ladegröße der Ladestrom auf die Module verteilt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares Ladesystem für elektronische Kleingeräte, wobei die Kleingeräte jeweils eine aufladbare Batterie aufweisen, mit einer Mehrzahl von jeweils den zu ladenden Kleingeräten zugeordneten Modulen, die über Koppelmittel mit einem benachbarten Modul mechanisch und/oder elektrisch verbunden sind, mit einem elektrischen Stromkreis, in dem elektrische Leitungsabschnitte der Module hintereinander verschaltet sind, mit einem Lademittel, das an einer elektrischen Stromversorgung anschließbar ist und das an dem elektrischen Reihenstromkreis angeschlossen ist, dass die elektrischen Leitungsabschnitte der Module jeweils eine Abzweigung aufweisen, die in einer Ladeposition des Kleingerätes mit der aufladbaren Batterie des den jeweiligen Moduls zugeordneten Kleingerätes gekoppelt ist zum Aufladen der aufladbaren Batterie.
Ferner betrifft die Erfindung ein Modul für ein solches modulares Ladesystem.
Aus der US 2013/0113420 A1 ist ein modulares Ladesystem für elektronische Kleingeräte bekannt, das ein Gehäuse mit einer Mehrzahl von Ladeschlitze umfasst, an denen die elektronischen Kleingeräte jeweils mechanisch und elektrisch angeschlossen werden können. In dem Gehäuse führen Anschlusskabel von dem jeweiligen elektronischen Kleingerät zu einer Stromschiene, an der die elektronischen Kleingeräte mit Strom versorgt werden. Die Stromschiene ist über ein Kabel mit einer Steckdose eines Stromversorgungsnetzes verbindbar. Das bekannte Ladesystem ermöglicht eine zentrale elektrische Aufladung von mehreren elektronischen Kleingeräten. Eine Ladesteuerung zur elektrischen Aufladung der Kleingeräte ist nicht vorgesehen.
Aus der US 4 739 242 A ist ein modulares Ladesystem für elektronische Kleingeräte bekannt, das eine Mehrzahl von Modulen aufweist, an denen jeweils ein elektronisches Kleingerät elektrisch und mechanisch koppelbar ist. Die jeweils ein einziges elektronisches Kleingerät aufnehmbaren Module sind nebeneinander angeordnet und weisen jeweils elektrische Leitungsabschnitte auf, so dass die in dem Kleingerät angeordneten aufladbaren Batterien (Akkumulator) zueinander in Reihe geschaltet sind. An einem endseitigen Modul ist ein Ende des elektrischen Leitungsabschnitts über ein Kabel mit einem Lademittel (Netzstecker) verbunden, welches an eine elektrische Stromversorgung anschließbar ist. Zwar ermöglicht das modulare Ladesystem eine einfache Erweiterung der automatischen Ladung von Kleingeräten, da lediglich ein zusätzliches Modul an die bereits zusammengesteckten Module ansteckbar ist. Nachteilig an dem modularen Ladesystem ist, dass ab einer bestimmten Anzahl von Modulen bzw. angeschlossenen elektronischen Kleingeräten aufgrund der begrenzten Kapazität des Lademittels die Aufladung aller Kleingeräte beeinträchtigt ist. Nachteilig ist weiterhin, dass bei Entnahme eines Kleingerätes aus dem Model die Ladung der weiteren Kleingeräte unterbrochen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein modulares Ladesystem für elektronische Kleingeräte sowie Module hierfür derart weiterzubilden, dass das Laden der Kleingeräte effektiver und für den Nutzer bedienungsfreundlicher wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander elektrisch verbundenen und/oder gekoppelten elektrischen Leitungsabschnitte der Module eine Stromschiene bilden, von der über die in dem Modul angeordneten Abzweigungen ein Ladestrom zu der aufladbaren Batterie des Kleingerätes abzweigbar ist, dass in mindestens einem Modul Mess- und/oder Schätzmittel zur Messung und/oder Schätzung eines aktuellen Ladezustandes, der jeweils den Modulen zugeordneten Batterie vorgesehen ist, dass eine Ladesteuerung vorgesehen ist, mittels derer in Abhängigkeit von ermittelten Messwerten der Mess- und/oder Schätzmittel eine der Batterie zugeführte Ladegröße eingestellt wird, und/oder dass Messmittel vorgesehen sind zum Messen einer eingangsseitigen Ladegröße oder einer ausgangsseitigen Ladegröße der Module und/oder einer Ladegröße aller Module und dass eine Ladeverteilsteuerung vorgesehen ist, mittels derer in Abhängigkeit von dem gemessenen eingangsseitigen Ladegröße oder ausgangsseitigen Ladegröße und einer von dem Lademittel zur Verfügung gestellten maximalen Ladegröße der Ladestrom auf die Module verteilt wird.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass batteriebetriebene Kleingeräte bei Einnahme einer Ladeposition an einem Modul stets optimal aufgeladen werden können. Dadurch, dass die elektrischen Leitungsabschnitte der Module im zusammengesetzten Zustand der Module eine Stromschiene bilden, an der aufladbare Batterien der Kleingeräte angeschlossen sind, kann eine Aufladung der Batterie eines Kleingerätes erfolgen, auch wenn ein anderes Kleingerät nicht an einem anderen Modul gekoppelt ist. Die Module weisen jeweils Mess- und/oder Schätzmittel auf, so dass in Abhängigkeit von den hierdurch gewonnenen Ladezustandsdaten eine Ladesteuerung für die vollständige Aufladung der Batterie gesorgt ist. Sofern aufgrund der Erweiterbarkeit des Ladesystems durch Ankoppeln weiterer Module die verfügbare Ladekapazität von Lademitteln (Netzgerät) überschritten wird, ist eine Ladeverteilsteuerung vorgesehen, die in Abhängigkeit von Messdaten der jeweiligen Module und/oder einer maximalen Ladegröße für die Anzahl der Kleingeräte eine optimale Ladestromverteilung unter den Modulen bewirkt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ladesteuerung jeweils in den Modulen angeordnet. Um die Lebensdauer der aufladbaren Batterien der Kleingeräte zu verlängern, weist die Ladesteuerung Steuermittel auf, mittels derer die aufladbaren Batterien stets auf einem MindestLadegrößenwert aufgeladen gehalten werden und/oder bei Unterschreiten der Ladegröße unter einem vorgegebenen Minimal-Ladegrößenwert die Batterie und vorzugsweise auf einen Maximal-Ladegrößenwert aufgeladen wird und/oder dass ein Ladestrom auf einen vorgegebenen maximalen Ladestrom begrenzt ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Module jeweils ein Schaltelement auf, mittels dessen der elektrische Stromfluss zu der aufladbaren Batterie des Kleingerätes entweder aufrecht erhalten oder unterbrochen werden kann. Vorteilhaft kann hierdurch eine an die Batterie angepasste Ladesteuerung erfolgen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist als Mess- und/oder Schätzmittel eine Strommesseinrichtung zum Messen einer zu der Batterie des Kleingerätes fließenden Ladestromstärke als Ladegröße und eine Spanungsmesseinrichtung zum Messen einer an der Batterie anliegenden Batteriespannung auf. Anhand der ermittelten Messdaten kann das Kleingerät akkuschonend aufgeladen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ladesteuerung Steuermittel auf, so dass ein der Batterie zugeführter Betrag und/oder eine Dauer der Ladegröße (Ladestrom) abhängig ist von einer Nutzungsdauer der Batterie und/oder einem Ladebedarf des mit derselben betriebenen Kleingerätes, wobei die Nutzungsdauer einem Zeitraum entspricht, in dem das Kleingerät nicht mit dem Modul gekoppelt ist und in dem das Kleingerät von dem Nutzer in Gebrauch ist bzw. genutzt wird. Vorteilhaft ergibt sich hieraus eine Abhebeerkennung. Aus der Nutzungsdauer des Kleingeräts, die einer Dauer des Nichtladezustands der Batterie entsprechen kann, lässt sich die Betriebsdauer des Kleingerätes ableiten. Wenn zusätzlich der elektrische Energiebedarf des Kleingerätes bekannt ist, kann auf den Ladebedarf und die Ladedauer der Batterie geschlossen werden, die mittels entsprechender Ansteuerung durch die Ladesteuerung umsetzbar ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Schaltelement als ein manuell betätigbarer Schalter oder als ein integrierter Schaltbaustein ausgebildet. Der manuell betätigbare Schalter kann beispielsweise von einem Nutzer betätigt werden, um beispielsweise bei Nichtgebrauch des Kleingerätes eine unerwünschte Aufladung der Batterie zu vermeiden. Der Schaltbaustein ermöglicht eine Bauraumersparnis, die insbesondere bei integrierter Bestückung einer Leiterplatte durch die Ladesteuerung und den Schaltbaustein weiter erhöht werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ladeverteilsteuerung durch eine zentrale Ladeverteilsteuereinheit gebildet, die die Ladegröße aller Module misst oder die über eine Datenleitung, über eine Funkverbindung (Bluetooth, WAN, induktiv) oder über ein auf der Versorgungsleitung aufmoduliertes Datensignal die jeweils von den Modulen gemessenen Ladegrößen empfängt. In Abhängigkeit von den Messdaten kann eine Ladepriorisierung der batteriebetriebenen Kleingeräte erfolgen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass relativ häufig benutzte Kleingeräte, wie beispielsweise Zahnbürsten, eine höhere Ladepriorisierung bekommen als seltener benutzte Barthaarschneidegeräte. Beispielsweise kann die Ladepriorisierung dazu führen, dass zuerst das elektrische Zahnbürstengerät aufgeladen wird und erst danach das Barthaarschneidegerät.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ladeverteilsteuerung in einem der Module als zentrale Ladeverteilsteuereinheit oder in allen Modulen als dezentrale Ladeverteilsteuereinheiten angeordnet. Vorteilhaft kann eine Ladeverteilsteuerung erfolgen, ohne dass der Ladestrom der jeweiligen Kleingeräte gemessen werden muss.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ladeverteilsteuerung derart ausgebildet, dass als eingangsseitige Ladegröße eine Eingangsspannung des Moduls gemessen wird und dass Steuermittel vorgesehen sind, so dass das Kleingerät mit dem Ladestrom verfügbar ist, wenn die gemessene Eingangsspannung größer ist als eine vorgegebene Schwellwertspannung. Vorteilhaft kann hierdurch die zur Verfügung gestellte Ladeleistung für die Kleingeräte angepasst werden an die von einem Lademittel bereitgestellte Ladeleistung bzw. Ladestrom. Bei zu hoher Belastung sinkt nämlich die Ausgangsspannung des beispielsweise als Netzteil ausgebildeten Lademittels.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Verbindung von einem Modul zu einem Kleingerät eine mechanische Steckverbindung einerseits und eine elektrische Kontaktierung oder eine drahtlose elektrische Verbindung andererseits vorgesehen. Vorteilhaft können hierdurch auch Kommunikationsdaten ausgetauscht werden, so dass in Abhängigkeit von dem Ladezustand bzw. Ladebedarf des Kleingerätes das Aufladen der Batterie erfolgen kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Module für elektronische Kleingeräte an einem gleichen Einsatzort eingesetzt. So kann bei Anordnung der Gruppe von Modulen in einem Badezimmer beispielsweise gleichzeitig eine elektrische Zahnbürste, eine Munddusche, ein Rasierer und Barthaarrasierer, aufgeladen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild eines Ladesystems nach einer ersten Ausführungsform,
2 ein Blockschaltbild des Ladesystems nach einer zweiten Ausführungsform und
3 ein Blockschaltbild des Ladesystems nach einer dritten Ausführungsform.

Ein erfindungsgemäßes modulares Ladesystem kann zum Aufladen einer Mehrzahl von batteriebetriebenen elektronischen Kleingeräten dienen. Beispielsweise kann ein erstes elektronisches Kleingerät 1 als eine elektrische Zahnbürste, ein nicht dargestelltes zweites elektronisches Kleingerät als eine Munddusche, ein nicht dargestelltes drittes elektronisches Kleingerät als ein Rasierer und ein viertes Kleingerät 4 als ein Barthaarschneider ausgebildet sein, die in einem Raum, vorzugsweise in einem Badezimmer, betrieben werden.
Nach einer ersten Ausführungsform des modularen Ladesystems gemäß 1 umfasst dieses eine zur Anzahl der zu ladenden Kleingeräte entsprechende Anzahl von Modulen 5, 8 auf. Die Module 5, 8 weisen jeweils ein Gehäuse auf, in dem später beschriebene Bauteile angeordnet sind, und Verbindungsmittel zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit den jeweiligen Kleingeräten 1, 4. Die Kleingeräte 1, 4 weisen jeweils nicht dargestellte aufladbare Batterien auf. Beispielsweise können die Kleingeräte 1, 4 jeweils über eine mechanische Steckverbindung an dem jeweiligen Modul 5, 8 gehalten sein.
Die Module 5, 8 weisen jeweils an zwei unterschiedlichen, vorzugsweise gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses, Koppelmittel auf zur mechanischen und/oder elektrischen Verbindung mit einem benachbarten Modul. Beispielsweise können benachbarte Module über eine Steckverbindung miteinander verbunden sein. Die Koppelmittel sind derart ausgebildet, dass ein elektrischer Leitungsabschnitt 9 des einen Moduls 5, 8 elektrisch mit einem weiteren elektrischen Leitungsabschnitt 9 des benachbarten Moduls 5, 8 verbindbar ist. In einem zusammengefügten Zustand der Module 5, 8 sind die elektrischen Leitungsabschnitte 9 der jeweiligen Module 5, 8 in Reihe zueinander geschaltet.
Das erste Modul 5 ist als ein Endmodul ausgebildet, das nur mit einem einzigen weiteren Modul elektrisch und mechanisch verbindbar ist. Es weist nur eine einzige Koppelstelle auf. Alle anderen Module 8 weisen zwei Koppelstellen 6' auf, so dass sie über Koppelmittel mit zwei weiteren Modulen elektrisch und mechanisch verbindbar sind. Alternativ kann das erste Modul 5 über Koppelmittel mit einem Lademittel 10 statt eines weiteren Moduls 8 verbunden sein, das an eine elektrische Stromversorgung anschließbar ist, sofern keine weiteren Module angeschlossen sind. Beispielsweise kann das Lademittel als ein Netzteil, Solarpaneel, Batteriequelle oder als eine Kabelverbindung zu einer Steckdose einer elektrischen Stromversorgung (Stromversorgungsnetz) ausgebildet sein. Sind mehrere Module 5, 8 hintereinander miteinander verbunden, ist das erste vierte Modul 8 mit dem Leuchtmittel 10 verbunden.
In Abhängigkeit von der Anzahl der zu ladenden Kleingeräte 1, 4 sind die Module 5, 8 körperlich und elektrisch hintereinander geschaltet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sollen vier Kleingeräte 1, 4 aufgeladen werden, so dass das vierte Modul 8 als Endmodul ausgebildet ist. Dieses Endmodul 8 ist über Koppelmittel nach einer ersten Ausführungsform mit einer als Ladeverteilsteuereinheit 11 ausgebildeten Ladeverteilsteuerung elektrisch und vorzugsweise mechanisch verbunden. Das zweite Endmodul 8 ist zum einen mit dem dritten Modul und zum anderen mit der Ladeverteilsteuereinheit 11 elektrisch und mechanisch verbunden. Die Ladeverteilsteuereinheit 11 dient zur optimalen Verteilung der von dem Lademittel 10 zur Verfügung gestellten elektrischen Energie auf die angeschlossenen Kleingeräte 1, 4.
Die Module 5, 8 weisen im Wesentlichen den gleichen Aufbau auf. Sie weisen zum einen den elektrischen Leitungsabschnitt 9 auf, der von einem elektrischen Eingang der jeweiligen Module 5, 8 durchgehend zu einem Ausgang derselben führt. Im zusammengeschalteten Zustand der Module 5, 8 bilden die elektrischen Leitungsabschnitte 9 derselben eine Stromschiene, von der über eine in den jeweiligen Modulen 5, 8 angeordnete Abzweigung 12 ein Ladestrom I_L1, I_L4 zu den aufladbaren Batterien der jeweiligen Kleingeräte 1, 4 abzweigbar ist. Die Abzweigung 12 ist als ein elektrischer Knotenpunkt an der Stromschiene ausgebildet, von der ein Stromzweig 13 zu dem jeweiligen Kleingerät 1, 4 führt. In dem Stromzweig 13 ist als Mess- und/oder Schätzmittel eine Strommesseinrichtung 14 zur Messung des Ladestroms I_L1, I_L4 vorgesehen. In Reihe zu der Strommesseinrichtung 14 ist ein Schaltelement 15 vorgesehen, mittels dessen der Ladestrom I_L1, I_L4 unterbrochen werden kann. Ferner umfasst das Modul 5, 8 eine als Ladesteuereinheit 16 ausgebildete Ladesteuerung, die eingangsseitig ein Strommesssignal 25 der Strommesseinrichtung 14 und ein Spannungsmesssignal 26 einer Spannungsmesseinrichtung 17 zum Messen einer an der Batterie des angeschlossenen Kleingerätes 1, 4 anliegenden Batteriespannung U_G1, U_G4 erhält. In Abhängigkeit von dem Strommesssignal 25 der Strommesseinrichtung 14 und dem Spannungsmesssignal 26 der Spannungsmesseinrichtung 17 erzeugt die Ladesteuereinheit 16 ein Steuersignal, mit dem das Schaltelement 15 in eine Schließstellung oder in eine Öffnungsstellung geschaltet werden kann. Die Ladesteuereinheit 16 weist Steuermittel derart auf, dass die jeweils an den Modulen 5, 8 angeschlossenen Kleingeräte 1, 4 optimal aufgeladen werden.
Mindestens einer der folgenden Bedingungen werden bei der Ladesteuerung berücksichtigt. Zum einen kann ein Steuermittel vorgesehen sein, so dass eine Ladegröße, mit der die aufladbare Batterie des Kleingerätes 1, 4 über das entsprechende Modul 5, 8 aufgeladen wird, auf einen Mindestladegrößenwert aufgeladen gehalten wird. Als Ladegröße kann beispielsweise die Spannung U_G1, U_G4 der jeweiligen Kleingeräte 1, 4 oder die Leistung oder die zugeführte Ladung derselben dienen. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Gerätespannung des Kleingerätes 1, 4 nicht unter einem Minimalwert fallen kann.
Das Steuermittel kann derart ausgebildet sein, dass bei Unterschreiten der Ladegröße (Gerätespannung, Leistung, Ladung) unter einem vorgegebenen Minimal-Ladegrößenwert die Batterie auf einen Maximal-Ladegrößenwert aufgeladen wird. Vorteilhaft wird durch den Minimal-Ladegrößenwert und dem Maximal-Ladegrößenwert der Arbeitsbereich des Kleingerätes 1, 4 festgelegt, d. h. der Ladezustand des Kleingerätes 1, 4 befindet sich beispielsweise immer zwischen 40 % und 80 % des Ladezustandes desselben.
Nach einer weiteren Bedingung kann das Steuermittel derart ausgebildet sein, dass ein Ladestrom I_L1, I_L4, mit dem die Batterie aufgeladen wird, auf einen vorgegebenen maximalen Ladestrom begrenzt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Batterie schonend aufgeladen wird.
Die Ladesteuereinheit 16 kann den Ladebedarf der an den jeweiligen Modulen 5, 8 angeschlossenen Kleingeräten 1, 4 ermitteln. Dies erfolgt durch eine Abhebeerkennung der Kleingeräte 1, 4 bezüglich der Module 5, 8. Denn die Dauer des Nichtladezustands der jeweiligen Batterien kann durch das Signal der Strommesseinrichtung 14 bzw. Spannungsmesseinrichtung 17 ermittelt werden. Die hierdurch ermittelte Dauer eines Nichtladezustands des Kleingerätes 1, 4 wird mit einer Nutzungsdauer des entsprechenden Kleingerätes 1, 4 gleichgesetzt, so dass hierauf ein entsprechender Ladebedarf ermittelt werden kann. Denn in der Ladesteuereinheit 16 sind für die jeweiligen Kleingeräte 1, 4 typischer Ladebedarf gespeichert, so dass die für das jeweilige Kleingerät 1, 4 erforderliche notwendige Ladeenergie und/oder Ladedauer ermittelt werden kann.
Die Ladesteuerung erfolgt autark für jedes Modul 5, 8 gesondert. Das hierbei verwendete Laderegime (Ladedauer, Ladeenergie) ist abhängig von dem angeschlossenen Kleingerät 1, 4. Im einfachsten Falle können die Laderegime für alle Module 5, 8 gleich sein.
Wenn das Schaltelement 15 als ein manuell betätigbarer Schalter ausgebildet ist, kann ein Nutzer der Kleingeräte 1, 4 auf den Ladevorgang derselben einwirken. Beispielsweise kann er durch Betätigen des Schaltelementes 15 das Laden bei Nichtgebrauch desselben verhindern, obwohl das Kleingerät 1, 4 mechanisch mit dem Modul 5, 8 verbunden ist.
Alternativ kann das Schaltelement 15 als ein integrierter Schaltbaustein ausgebildet sein, der vorzugsweise auf derselben Leiterplatte angeordnet ist wie die Ladesteuereinheit 16. Der Schaltbaustein kann beispielsweise die Unterbrechung der elektrischen Verbindung zu der aufladbaren Batterie bewirken in Abhängigkeit von einem vorgegebenen programmierbaren Ladeprofil der Ladesteuereinheit 16.
Die Ladeverteilsteuereinheit 11 weist eine Steuereinheit 18 zur Erzeugung eines Verteilsteuersignals 19 auf, das über eine Datenleitung 20 zu den Ladeverteilsteuereinheiten 11 der Module 5, 8 übertragen wird. Ferner umfasst die Ladeverteilsteuereinheit 11 eine Messeinrichtung 21 zum Messen einer Ladegröße aller Module 5, 8 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Ladegröße der gesamte von dem Modulen 5, 8 abgegebene Ladestrom oder Ladeleistung sein. Mittels des Verteilsteuersignals 19 wird auf die Module 5, 8 bzw. die Ladesteuereinheiten 16 insbesondere dann eingewirkt, wenn die aktuelle Ladegröße (aktuell an die Kleingeräte 1, 4 übertragene Ladung, Ladestrom) größer ist als eine vorgegebene maximale Ladegröße (maximale Ladeleistung, maximaler Gesamtladestrom). In einem solchen Fall wäre beispielsweise das Netzgerät 10 als Lademittel überlastet, was zu einer Netzspannungsreduktion führen würde. Die Ladeverteilsteuereinheit 11 erzeugt ein solches Verteilsteuersignal 19, das in einem solchen Fall die Module 5, 8 entsprechend einer vorgegebenen Ladepriorisierung angesteuert werden.
Die Messeinrichtung 21 zum Messen des Ladestroms kann als Amperemeter ausgebildet sein. Die Strommesseinrichtung 14 kann alternativ auch als Amperemeter ausgebildet sein.
In der Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 ist die Ladeverteilsteuereinheit 11 zwischen dem vierten Modul 8 und den dem Gesamtstrom I_LGesamt liefernden Netzgerät 10 angeordnet.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 kann die Ladeverteilsteuereinheit 11 in einem der Module 5 oder 8 integriert angeordnet sein. Hierdurch kann ein zentrales Modul eingespart werden.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Verteilsteuersignal 19 auch über die vorhandenen Verbindungsleitungen 9 übertragen werden, beispielsweise durch Aufmodulieren auf die Ladegröße (Ladestrom). Alternativ kann die Kommunikation bzw. die Übertragung des Datensignals über eine Funkverbindung (Bluetooth, WAN, induktiv) erfolgen.
Als Kommunikationsmittel zur Übertragung der Messwerte von dem Kleingerät 1, 4 zu der Ladesteuerung 16 kann eine Datenleitung oder eine Funkverbindung vorgesehen sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 ist die Ladeverteilsteuereinheit 11 in jedem Modul 5, 8 integriert angeordnet. Die Ladeverteilsteuereinheit 11 ist vorzugsweise wie die Ladesteuereinheit 16 auf derselben Leiterplatte angeordnet. Die Ladeverteilsteuereinheit 11 ist somit als eine dezentrale Ladeverteilsteuereinheit ausgebildet. In den Modulen 5, 8 wird jeweils eine eingangsseitige Ladegröße oder eine ausgangsseitige Ladegröße gemessen. Eingangsseitige Ladegröße kann der Eingangsstrom I_Ein oder die Eingangsleistung sein; die ausgangsseitige Ladegröße kann der Ausgangsstrom I_Aus oder die Ausgangsleistung des jeweiligen Modules 5, 8 sein. In 3 wird der Ausgangsstrom I_Aus der jeweiligen Module 5, 8 gemessen, da der Stromabgriff 22 in Stromflussrichtung vor der Abzweigung 12 angeordnet ist. Befindet sich der Stromabgriff 22 in Stromflussrichtung hinter der Abzweigung 12, wird der Eingangsstrom I_Ein gemessen.
Ferner liegt der Ladeverteilsteuereinheit 11 die Information über die maximale Ladegröße aller Module 5, 8 vor. Beispielsweise kann dies der maximale Ausgangsstrom (Speisestrom) des Netzteils 10 zum Laden der angeschlossenen Kleingeräte 1, 4 sein, der abgespeichert ist. Aus der Differenz zwischen dem aktuellen Gesamtstrom aller Module 5, 8 und dem vorgegebenen maximalen Speisestrom des Netzgerätes 10 kann der die für jedes Modul 5, 8 zur Verfügung stehende Ladestrom bzw. Ladeleistung ermittelt werden. Es wird davon ausgegangen, dass jedem Modul 5, 8 der maximale Ausgangsstrom des Netzgerätes 10 und des aktuell angeschlossenen Kleingerätes 1, 4 bekannt ist. Aus der Differenz zwischen dem Ausgangsstrom des Moduls 5, 8 und dem maximalen Ausgangsstrom des Netzgerätes 10 kann die für das jeweilige Modul 5, 8 verfügbare Ladestrom ermittelt werden.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann statt der Messung des Eingangs- I_EIN oder Ausgangsstromes I_AUS eine Eingangsspannung des Moduls 5, 8 gemessen werden. Die Module 5, 8 laden die an ihnen angeschlossenen Kleingeräte 1, 4 nur für eine Zeitspanne, solange die Eingangsspannung oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt. Der Schwellwert wird in Abhängigkeit von der Spannung des Netzgerätes bestimmt.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Datenverbindung zwischen den Modulen 5, 8 und/oder zwischen den Modulen 5, 8 und dem Kleingerät 1, 4 durch eine Funkverbindung, beispielsweise Bluetooths, erfolgen.
Die Module 5, 8 weisen jeweils ein Gehäuse auf, in dem die Ladesteuereinheit 16, das Schaltelement 15, die Messmittel 14 und die Durchgangsleitung 9 von einem ersten elektrischen Anschluss zu einem zweiten elektrischen Anschluss des Moduls 5, 8 sowie Verbindungsmittel zu dem Kleingerät 1, 4 angeordnet sind.
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

US 2013/0113420 A1 [0003]
US 4739242 A [0004]

Claims

Modulares Ladesystem für elektronische Kleingeräte (1, 4), wobei die Kleingeräte (1, 4) jeweils eine aufladbare Batterie aufweisen, - mit einer Mehrzahl von jeweils den zu ladenden Kleingeräten (1, 4) zugeordneten Modulen (5, 8), die über Koppelmittel mit einem benachbarten Modul (5, 8) mechanisch und/oder elektrisch verbunden sind, - mit einem elektrischen Stromkreis, in dem elektrische Leitungsabschnitte (9) der Module (5, 8) hintereinander verschaltet sind, - mit einem Lademittel (10), das an einer elektrischen Stromversorgung anschließbar ist und das an dem elektrischen Stromkreis angeschlossen ist, - dass die elektrischen Leitungsabschnitte (9) der Module (5, 8) jeweils eine Abzweigung (12) aufweisen, die in einer Ladeposition des Kleingerätes (1, 4) mit der aufladbaren Batterie des den jeweiligen Moduls (5, 8) zugeordneten Kleingerätes (1, 4) gekoppelt ist zum Aufladen der aufladbaren Batterie, dadurch gekennzeichnet, - dass die miteinander elektrisch verbundenen und/oder gekoppelten elektrischen Leitungsabschnitte (9) der Module (5, 8) eine Stromschiene bilden, von der über die in dem Modul (5, 8) angeordneten Abzweigungen (12) ein Ladestrom (I_L1, I_L4) zu der aufladbaren Batterie des Kleingerätes (1, 4) abzweigbar ist, - dass in mindestens einem Modul (5, 8) Mess- und/oder Schätzmittel (14) zur Messung und/oder Schätzung eines aktuellen Ladezustandes, der jeweils den Modulen (5, 8) zugeordneten Batterie vorgesehen ist, dass eine Ladesteuerung (16) vorgesehen ist, mittels derer in Abhängigkeit von ermittelten Messwerten der Mess- und/oder Schätzmittel (14) eine der Batterie zugeführte Ladegröße (I_L1, I_L4) eingestellt wird, und/oder - dass Messmittel vorgesehen sind zum Messen einer eingangsseitigen Ladegröße (I_EIN) oder einer ausgangsseitigen Ladegröße (I_AUS) der Module (5, 8) und/oder einer Ladegröße aller Module (5, 8) und dass eine Ladeverteilsteuerung (11) vorgesehen ist, mittels derer in Abhängigkeit von dem gemessenen eingangsseitigen Ladegröße (I_EIN) oder ausgangsseitigen Ladegröße (I_AUS) und einer von dem Lademittel (10) zur Verfügung gestellten maximalen Ladegröße der Ladestrom (I_L1, I_L4) auf die Module (5, 8) verteilt wird.
Modulares Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesteuerung (16) jeweils in den Modulen (5, 8) angeordnet ist und dass die Ladesteuerung (16) Steuermittel aufweist, derart, - dass die Ladegröße der dem Modul (5, 8) zugeordneten aufladbaren Batterie des Kleingerätes (1, 2, 3, 4) auf eine Mindest-Ladegröße aufgeladen gehalten wird, und/oder - dass bei Unterschreiten der Ladegröße unter einer vorgegebenen Minimal-Ladegröße die aufladbare Batterie auf eine Maximal-Ladegröße aufgeladen wird, und/oder - dass ein Ladestrom (I_L1, I_L4), mit dem die aufladbare Batterie aufgeladen wird, auf einen vorgegebenen maximalen Ladestrom begrenzt wird.
Modulares Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (5, 8) ein Schaltelement (15) aufweist, mittels dessen der Ladestrom (I_L1, I_L4) zu dem zugeordneten Kleingerät (1, 4) und/oder mittels dessen eine zu einem nächsten Modul (5, 8) führender Weiterleitungsstrom unterbrochen werden kann.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Mess- und/oder Schätzmittel eine Strommesseinrichtung (14) zur Messung des als zu der Batterie des Kleingerätes (1, 4) führenden elektrischen Stromstärke (I_L1, 1_L4) ausgebildeter Messwert und eine Spannungsmesseinrichtung (17) zum Messen einer an der Batterie anliegenden Spannung (U_G1, U_G4) ausgebildeten Messwerte vorgesehen sind, und dass Kommunikationsmittel vorgesehen sind, so dass die Messwerte von dem Kleingerät (1, 4) zu der Ladesteuerung übertragen werden.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesteuerung (16) Steuermittel aufweist, derart, dass ein der Batterie zugeführter Betrag und/oder Dauer der Ladegröße (I_L1, I_L4) abhängig ist von einer Nutzungsdauer der Batterie und/oder einem Ladebedarf des mit derselben betriebenen Kleingerätes (1, 4), wobei die Nutzungsdauer einem Zeitraum entspricht, in dem das Kleingerät (1, 4) nicht mit dem Modul (5, 8) gekoppelt ist.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (15) als ein manuell betätigbarer Schalter oder als ein integrierter Schaltbaustein ausgebildet ist, wobei der Schaltbaustein derart ausgebildet ist, dass der zu der Batterie fließende Ladestrom (I_L1, I_L4) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen programmierenden Ladeprofil unterbrochen wird und/oder nicht unterbrochen wird.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeverteilsteuerung (11) durch eine zentrale Verteilsteuereinheit gebildet ist, die die Ladegröße aller Module (5, 8) misst oder die über eine Datenleitung (20), Funkverbindung oder über ein auf die Versorgungsleitung aufmoduliertes Datensignal die jeweils von den Modulen (5, 8) gemessenen Ladegrößen empfängt, so dass bei Überschreitung einer durch das Lademittel (10) bereitgestellten maximalen Ladegröße durch die Summe der Ladegrößen aller Module (5, 8) eine Verteilung des Ladestroms (I_L1, I_L4) auf die verschiedenen Module (5, 8) entsprechend einer vorgegebenen Ladepriorisierung erfolgt.
Modulares Ladesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Ladeverteilsteuereinheit in einem einzigen der Module (5, 8) integriert ist.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeverteilsteuerung (11) als eine dezentrale Ladeverteilsteuereinheit in jedem der Module (5, 8) integriert ist, wobei in den Modulen (5, 8) jeweils die eingangsseitige Ladegröße (I_EIN) oder die ausgangsseitige Ladegröße (I_AUS) gemessen wird und wobei in der dezentralen Ladeverteilsteuereinheit aus einer Differenz zwischen der gemessenen Ladegröße (I_EIN, I_AUS) und einer vorgegebenen maximalen Ladegröße aller Module (5, 8) der für das Modul (5, 8) zur Verfügung stehenden Ladestrom (I_L1, I_L4) ermittelt wird.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeverteilsteuereinheit (11) derart ausgebildet ist, dass als eingangsseitige Ladegröße eine Eingangsspannung des Moduls (5, 8) gemessen wird und das Steuermittel vorgesehen sind, so dass das Kleingerät (1, 4) mit dem Ladestrom (I_L1, I_L4) versorgbar ist, wenn die gemessene Eingangsspannung größer ist als eine vorgegebene Schwellwertspannung.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladepriorisierung abhängig ist von einer tatsächlichen und/oder vorgegebenen Benutzungshäufigkeit und/oder -dauer der jeweils den Modulen (5, 8) zugeordneten Kleingeräte (1, 4).
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung zwischen dem Modul (5, 8) und dem Kleingerät (1, 4) eine mechanische Steckverbindung einerseits und eine elektrische Kontaktierung oder eine drahtlose elektrische Verbindung andererseits vorgesehen ist.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenverbindung zwischen dem Modul (5, 8) und dem Kleingerät (1, 4) durch eine elektrische Verbindungsleitung gebildet ist, die eine elektrische Leitung von dem Modul (5, 8) zu dem Kleingerät (1, 4) überträgt und die Datenübertragung durch Aufmodulation auf das Strom- oder Spannungssignal erfolgt.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung durch eine Funkverbindung erfolgt.
Modulares Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lademittel (10) als ein Netzgerät, Solarpaneel, Batteriequelle oder als eine Kabelverbindung zu einer Steckdose eines Stromversorgungsnetzes ausgebildet ist.
Modul für ein Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gehäuse, einer Ladesteuereinheit (16), einem Schaltelement (15), mit Messmitteln (14), mit einer Durchgangsleitung (9) von einem ersten elektrischen Anschluss zu einem zweiten elektrischen Anschluss des Gehäuses und Verbindungsmittel zu dem Kleingerät (1, 4).
Verwendung des Ladesystems für elektrische Kleingeräte (1, 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Kleingeräte (1, 4) an einem gleichen Einsatzort oder zu einem gleichen Einsatzzweck eingesetzt werden.