DE19826923A1 - Arrangement for supplying power to portable electrical equipment e.g. mobile telephone, has different type of energy storage device combined with solar cell arrangement instead of accumulator, e.g. capacitor - Google Patents

Arrangement for supplying power to portable electrical equipment e.g. mobile telephone, has different type of energy storage device combined with solar cell arrangement instead of accumulator, e.g. capacitor

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Abstract

The arrangement has a solar cell arrangement (3) with at least one solar cell, an accumulator connected to the solar cell arrangement, external connections and an installation arrangement. The flat accumulator forms the front boundary and the solar cell arrangement the rear boundary of a carrier for suspended mounting of the arrangement. A different type of energy storage device can be combined with the solar cell arrangement instead of an accumulator, e.g. a capacitor (25). An Independent claim is also included for an arrangement for implementing the method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieversorgung von tragbaren Elektrogeräten nach dem Hauptpatent . . . (Patentanmeldung 19756526.3).The invention relates to a device for supplying energy to portable electrical devices according to the Main patent. . . (Patent application 19756526.3).

Bei der bekannten Vorrichtung ist auf der einen Seite einer Grundplatte ein in Flachbauweise ausgeführter Akkumulator und auf der anderen Seite eine Solarzellenanordnung angebracht. Anschlußmöglichkeiten für wenigstens ein externes Elektrogerät, zum Beispiel ein Handy ergänzen die Bestückung der bekannten Vorrichtung, die außerdem mit Vorkehrungen zur im wesentlichen hängenden Anbringung versehen ist. Für die Vorrichtung ist eine Reihe von Anwendungsbeispielen angegeben.In the known device there is a flat design on one side of a base plate Accumulator and on the other side a solar cell arrangement attached. Connection options for at least one external electrical device, for example a cell phone, complements the equipment of the known Device which is also provided with arrangements for substantially hanging attachment. For the A number of application examples are given for the device.

Die bei der mit der bekannten Vorrichtung gemachten Erfahrungen beinhalten für die als Energiespeicher ausschließlich eingesetzten Akkumulatoren eine Reihe von Nachteilen: So ist zur Durchführung von wirksamen Ladevorgängen eine aufwendige elektronische Regelung erforderlich. Die Lebensdauer derartiger Akkumulatoren ist außerdem von der Größe der vorhandenen Restladung beim Beginn eines neuen Ladevorgangs abhängig. Die längste Lebensdauer ergibt sich dabei, wenn vor einem neuen Ladevorgang eine völlige Entladung stattgefunden hat und wenn andererseits auf eine derartige Entladung eine vollständige, nicht unterbrochene Ladung erfolgt. Ein solcher optimaler Zyklus ist aber für die meisten Anwendungsfälle und bei unterschiedlicher Sonnenscheindauer in unseren Breitengraden nicht zu erwarten.The experiences made with the known device include energy storage Accumulators used exclusively have a number of disadvantages: So it is effective to carry out An elaborate electronic control is required for charging processes. The lifespan of such batteries is also dependent on the size of the remaining charge at the start of a new charging process. The The longest lifespan is obtained if a complete discharge takes place before a new charging process and if, on the other hand, a complete, uninterrupted charging takes place on such a discharge. A such an optimal cycle is, however, for most applications and with different periods of sunshine not to expect our latitudes.

Aufgabetask

Die Aufgabe der Erfindung wird in der Verbesserung der betrieblichen Eigenschaften der Vorrichtung bezüglich der bisher beobachteten Mängel gesehen.The object of the invention is to improve the operational characteristics of the device of the shortcomings observed so far.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der genannten Art gelöst, bei der anstelle eines Akkumulators wenigstens ein anderer vorzugsweise in Flachbauweise ausgeführter Energiespeicher mit der Solarzellenanordnung kombiniert ist. Es gibt eine Vielzahl von bekannten elektrischen Energiespeichern, die noch weiter entwickelt werden, vor allem in Bezug auf deren Energiedichte. Es sind hier insbesondere Kondensatoren, supraleitende Spulen, elektrische Schwungradspeicher, aber auch Brennstoffzellen mit den dazugehörigen Vorrichtungen zur Speicherung des Energieträgers, Wasserstoff, zu nennen. Theoretisch ist es möglich, alle Energiespeicher, vor allem die vorher genannten, in die Vorrichtung einzubeziehen. Es eignen sich aber vorzugsweise die Energiespeicher, welche eine relativ hohe Energiedichte aufweisen.The object is achieved by a device of the type mentioned, in which instead of an accumulator at least one other energy storage device, preferably of a flat design, with the solar cell arrangement is combined. There are a variety of known electrical energy stores that are still being developed especially in terms of their energy density. There are in particular capacitors, superconducting Coils, electric flywheel storage, but also fuel cells with the associated devices for Storage of the energy source, hydrogen. Theoretically, it is possible to pre-store all energy all the aforementioned, to be included in the device. But it is preferably the Energy storage, which have a relatively high energy density.

Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, daß für einzelne Prinzipien von Energiespeichern Entwicklungen mit dem Ziel einer weitgehenden Miniaturisierung abgeschlossen sind, die den Einsatz in der bekannten Vorrichtung ermöglichen. Für den Betrieb von Geräten mit sehr vielen, kurz aufeinander erfolgenden Benutzungsintervallen eignen sich erfindungsgemäß auch Kondensatoren als Energiespeicher wegen ihrer Unempfindlichkeit gegen häufige Ladevorgänge sehr gut. Der beim Einsatz von Kondensatoren zu beobachtende Abfall der Betriebsspannung auf Grund von Leckströmen stellt dem gegenüber ein Hindernis für den Einsatz über längere Zeitabschnitte dar. Für einen intensiveren Betrieb mit überwiegend kurzen, dicht aufeinanderfolgenden Benutzungsintervallen eignen sich nach dem Erfindungsgedanken darüberhinaus aus zwei verschiedenen Prinzipien zusammengesetzte Energiespeicher. Die Verwendung eines Kondensators neben einem Akkumulator vereinigt dabei in vorteilhafter Weise das unempfindliche Ladeverhalten des ersteren mit der zeitlich nahezu unabhängigen Betriebsbereitschaft des letzteren. Ein optimaler Energiespeicher ergibt sich dabei mit Hilfe einer Steuerung, mit der die Solarzellen direkt auf den Kondensator einwirken und die Aufladung des Akkumulators erst beim Absinken der gespeicherten Energie unter einem definierten Wert beginnt und dann ohne Unterbrechung zur vollen Aufladung führt.The invention uses the knowledge that developments for individual principles of energy storage the goal of extensive miniaturization have been completed, the use in the known device enable. For the operation of devices with a large number of short intervals of use According to the invention, capacitors are also suitable as energy stores because of their insensitivity to frequent charging very well. The drop in the use of capacitors Operating voltage due to leakage currents, on the other hand, is an obstacle to use over longer periods Periods. For a more intensive operation with mostly short, closely consecutive According to the concept of the invention, use intervals are furthermore suitable from two different ones Principles of composite energy storage. The use of a capacitor next to an accumulator  thereby advantageously combines the insensitive charging behavior of the former with that almost in time independent operational readiness of the latter. An optimal energy storage is obtained with the help of a Control with which the solar cells act directly on the capacitor and the charging of the battery first begins when the stored energy falls below a defined value and then continues without interruption full charge leads.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte weiterführende Ausführungen der Erfindung angegeben. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele in folgenden Zeichnungen verwiesen, in denen die Bezugszeichen der bereits im Hauptpatent verwendeten Bauteile übernommen wurden.Advantageous further embodiments of the invention are specified in the subclaims. For a better understanding of the invention, reference is made to the exemplary embodiments in the following drawings, in which the reference numerals of the components already used in the main patent were adopted.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung, bei der anstelle eines Akkumulators 5 im Hauptpatent ein anderer Energiespeicher, in diesem Fall ein Kondensator 25 mit den Solarzellen 3 kombiniert ist. Durch die Verwendung eines Kondensators 25 in der Vorrichtung wird einerseits gewährleistet, daß die von den Solarzellen 3 gewonnene elektrische Energie gespeichert wird, auch wenn die Vorrichtung nicht in Verbindung mit dem Elektrogerät steht. Andererseits stellt der Kondensator einen Energiepuffer für die gesteuerte Aufladung des Akkumulators im Elektrogerät dar. In der Vorrichtung kann deshalb weiterhin, wie schon im Hauptpatent erwähnt, eine Schaltung integriert sein, die den Ladevorgang des Energiespeichers in der Vorrichtung steuert, oder den Ladevorgang des Energiespeichers im Elektrogerät bzw. den Ladevorgang mehrere Energiespeicher gleichzeitig. Vorzugsweise sollte eine Schaltung verwendet werden, bei welcher der Energiespeicher im Elektrogerät vorrangig geladen wird, sobald dieser einen vorbestimmten Grad der Entladung aufweist und die Energie auf den Energiespeicher im Elektrogerät übertragen werden kann. Der Energiespeicher in der Vorrichtung entlädt sich dann zugunsten des Energiespeichers im Elektrogerät oder die Solarzellen 3 wirken dann direkt auf den Energiespeicher im Elektrogerät ein, oder beides. Es kann auch eine schaltbare Schaltung zur Laderegelung in die Vorrichtung einbezogen sein, bei welcher bei der Schaltung durch einen Schalter verschiedene Modifikationen des Ladevorgangs eingestellt werden können. Grundsätzlich empfiehlt es sich in allen Varianten der Vorrichtung eine Schaltung für die Regelung des Ladevorgangs zu verwenden, falls empfindliche Energiespeicher in Verbindung mit der Vorrichtung im Einsatz sind. Fig. 1 shows a side view of the device, is combined in which, instead of an accumulator 5 in the main patent, another energy storage, in this case a capacitor 25 with the solar cells 3. The use of a capacitor 25 in the device ensures, on the one hand, that the electrical energy obtained from the solar cells 3 is stored, even when the device is not connected to the electrical device. On the other hand, the capacitor represents an energy buffer for the controlled charging of the accumulator in the electrical device. As already mentioned in the main patent, a circuit can therefore be integrated in the device which controls the charging process of the energy store in the device, or the charging process of the energy store in the device Electrical device or the charging process of several energy stores at the same time. A circuit should preferably be used in which the energy store in the electrical device is primarily charged as soon as it has a predetermined degree of discharge and the energy can be transferred to the energy store in the electrical device. The energy store in the device then discharges in favor of the energy store in the electrical device or the solar cells 3 then act directly on the energy store in the electrical device, or both. A switchable circuit for charging control can also be included in the device, in which various modifications of the charging process can be set in the circuit by means of a switch. In principle, it is advisable to use a circuit for regulating the charging process in all variants of the device if sensitive energy stores are used in connection with the device.

In Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung dargestellt, in der zwei verschiedene Energiespeicher in derselben kombiniert sind, ein Kondensator 25 und ein Akkumulator 5, wobei die Solarzellen 3 direkt auf den Kondensator 25 einwirken können und der Akkumulator 5 dann über eine Schaltung geladen wird. Dieser kann dann das Elektrogerät direkt mit Energie versorgen oder den Energiespeicher im Elektrogerät regenerieren. Die Anordnung dieser beiden verschiedenen Energiespeicher in der Vorrichtung spielt dabei keine Rolle. FIG. 2 shows a side view of the device in which two different energy stores are combined in the same, a capacitor 25 and an accumulator 5 , the solar cells 3 being able to act directly on the capacitor 25 and the accumulator 5 then being charged via a circuit . The latter can then supply the electrical device with energy directly or regenerate the energy store in the electrical device. The arrangement of these two different energy stores in the device is irrelevant.

In Fig. 3 ist die Vorrichtung in Kombination mit einem Wasserstoffspeicher 27, einem Miniaturelektrolyseur 28 und einer Brennstoffzelle 26 dargestellt. In der Vorrichtung werden vorzugsweise Vorkehrungen getroffen, damit bei zu starker Wärmeentwicklung in der Brennstoffzelle 26 die Wärme nicht auf die übrigen Teile der Vorrichtung oder an sonstigen Gegenständen, die mit der Vorrichtung in Berührung kommen, übergehen kann. Die Brennstoffzelle 26 ist deshalb in dieser Ausführung der Vorrichtung vom Wasserstoffspeicher 27 durch eine zusätzliche Grundplatte 1a getrennt. Weiterhin können in der Vorrichtung Maßnahmen zur zur Kühlung der Brennstoffzelle 26 vorgesehen sein, beispielsweise durch an der Vorrichtung angebrachte Kühlbleche. Die von den Solarzellen 3 erzeugte elektrische Energie wird zunächst über den Miniaturelektrolyseur 28 in chemische Energie, in Form von Wasserstoff umgewandelt, wobei dieser Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Wasserstoff wird dann im Wasserstoffspeicher 27 gespeichert wobei dieser dann wiederum nach Bedarf an die Brennstoffzelle 26 abgegeben wird, welche diesen dann in elektrische Energie umwandelt. Als Wasserstoffspeicher 27 kann vorzugsweise ein mit Metallgranulat gefüllter Behälter vorgesehen sein. Der Miniaturelektrolyseur 28 kann in der Mitte mit einer nur für Ionen durchlässigen Schicht durchzogen sein und auf der rechten und linken Seite mit einer nur für Gase durchlässigen Trennschicht versehen sein. Der durch die Elektrolyse entstandene Wasserstoff wird dann in den Wasserstoffspeicher 27 geleitet. Der Sauerstoff kann in die Umgebung entweichen oder ganz oder teilweise auch gespeichert werden. Das in der Brennstoffzelle 26 entstandene Wasser wird über eine Pumpe oder durch den Druck der bei der Elektrolyse entstehenden Gase in den Miniaturelektrolyseur 28 befördert, wobei dieser dann mit Ventilen ausgestattet ist. Zusätzlich kann in der Vorrichtung ein weiterer Energiespeicher, beispielsweise ein Kondensator 25, vorgesehen sein, der die von den Solarzellen 3 erzeugte Energie speichert und diese dann nach dem Erreichung einer bestimmten Kapazität an den Miniaturektrolyseur 28 abgibt, um den Elcktrolysevorgang zu ermöglichen. Der Wasserstoffspeicher 27 kann auch abnehmbar von der Vorrichtung sein um gegebenenfalls mit dem des Elektrogerätes austauschbar sein. Weiterhin können am Wasserstoffspeicher 27 auch Vorkehrungen zur externen Regenerierung vorhanden sein. FIG. 3 shows the device in combination with a hydrogen storage 27 , a miniature electrolyzer 28 and a fuel cell 26 . Precautions are preferably taken in the device so that if the heat in the fuel cell 26 is too strong, the heat cannot transfer to the other parts of the device or to other objects that come into contact with the device. In this embodiment of the device, the fuel cell 26 is therefore separated from the hydrogen storage 27 by an additional base plate 1 a. Furthermore, measures for cooling the fuel cell 26 can be provided in the device, for example by cooling plates attached to the device. The electrical energy generated by the solar cells 3 is first converted into chemical energy, in the form of hydrogen, via the miniature electrolyzer 28 , said water being broken down into hydrogen and oxygen. The hydrogen is then stored in the hydrogen storage 27 , which in turn is then released to the fuel cell 26 as required, which then converts it into electrical energy. A container filled with metal granules can preferably be provided as the hydrogen store 27 . The miniature electrolyser 28 can be traversed in the middle with a layer which is only permeable to ions and can be provided on the right and left side with a separating layer which is only permeable for gases. The hydrogen generated by the electrolysis is then fed into the hydrogen storage 27 . The oxygen can escape into the environment or can be stored in whole or in part. The water formed in the fuel cell 26 is conveyed into the miniature electrolyzer 28 by means of a pump or by the pressure of the gases resulting from the electrolysis, the miniature electrolyzer 28 then being equipped with valves. In addition, a further energy store, for example a capacitor 25 , can be provided in the device, which stores the energy generated by the solar cells 3 and then outputs this to the miniature electrolyser 28 after reaching a certain capacity in order to enable the electrolysis process. The hydrogen storage 27 can also be detachable from the device in order to be interchangeable with that of the electrical device if necessary. Provisions for external regeneration may also be present at the hydrogen storage device 27 .

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Energieversorgung von vorzugsweise tragbaren Elektrogeräten mit einer aus wenigstens einer Solarzelle bestehenden Solarzellenanordnung, einem an letztere angeschlossenen Akkumulator, externen Anschlüssen und Mitteln zur Aufstellung der Vorrichtung, bei welcher der in vorzugsweise Flachbauweise ausgeführte Akkumulator (5) als hintere und die Solarzellenanordnung (3) als vordere Begrenzung an einem mit Vorkehrungen zur im wesentlich hängenden Anbringung der Vorrichtung versehenen Träger angebracht sind und daß wenigstens eine Anschlußmöglichkeit für ein Elektrogerät besteht nach Hauptpatent . . . (Patentanmeldung 19756526.3-32) dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Akkumulators (5) wenigstens ein anderer in Flachbauweise ausgeführter Energiespeicher mit der Solarzellenanordnung (3) kombiniert ist.1.Device for supplying power to preferably portable electrical devices with a solar cell arrangement consisting of at least one solar cell, an accumulator connected to the latter, external connections and means for installing the device, in which the accumulator ( 5 ), which is preferably of a flat design, is used as the rear arrangement and the solar cell arrangement ( 3 ) are attached as a front boundary to a support provided with arrangements for essentially hanging the device and that there is at least one connection option for an electrical device according to the main patent. . . (Patent application 19756526.3-32), characterized in that, instead of an accumulator ( 5 ), at least one other energy store constructed in a flat design is combined with the solar cell arrangement ( 3 ). 2. Vorrichtung zur Energieversorgung von vorzugsweise tragbaren Elektrogeräten nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenanordnung (3) mit einem Kondensator (25) kombiniert ist.2. Device for the energy supply of preferably portable electrical devices according to claim 1, characterized in that the solar cell arrangement ( 3 ) is combined with a capacitor ( 25 ). 3. Vorrichtung zur Energieversorgung von vorzugsweise tragbaren Elektrogeräten nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenanordnung (3) zusätzlich mit einem Akkumulator (5) kombiniert ist.3. Device for the energy supply of preferably portable electrical devices according to claim 2, characterized in that the solar cell arrangement ( 3 ) is additionally combined with an accumulator ( 5 ). 4. Vorrichtung zur Energieversorgung von vorzugsweise tragbaren Elektrogeräten nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,4. Device for the energy supply of preferably portable electrical devices according to claim 1, characterized, daß zur Speicherung des von der Solarzelleneinheit (3) dargestellten Wasserstoffs ein Wasserstoffspeicher (27) eingesetzt ist.that a hydrogen store ( 27 ) is used to store the hydrogen represented by the solar cell unit ( 3 ). 5. Vorrichtung zur Energieversorgung von vorzugsweise tragbaren Elektrogeräten nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung des Wasserstoffs mit Hilfe eines Miniaturelektrolyseurs (28) stattfindet.5. Device for the energy supply of preferably portable electrical devices according to claim 4, characterized in that the representation of the hydrogen takes place with the aid of a miniature electrolyzer ( 28 ). 6. Vorrichtung zur Energieversorgung von vorzugsweise tragbaren Elektrogeräten nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieumwandlung eine Brennstoffzelle (26) vorgesehen ist.6. Device for the energy supply of preferably portable electrical devices according to claim 4 or 5, characterized in that a fuel cell ( 26 ) is provided for energy conversion. 7. Vorrichtung zur Energieversorgung von vorzugsweise tragbaren Elektrogeräten nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenanordnung (3) zusätzlich mit einem Kondensator (25) kombiniert ist.7. Device for the energy supply of preferably portable electrical devices according to one of the claims 4 to 6, characterized in that the solar cell arrangement ( 3 ) is additionally combined with a capacitor ( 25 ).
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