DE19913857A1 - Energieversorgungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem, bestehend aus einer Ladequelle, die über eine Energieaufbereitung mit einer Batterie verbunden ist und einer Last, die an der Batterie anschließbar ist. Es wird vorgeschlagen, die Energieaufbereitung abschaltbar auszugestalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem, insbeson­ dere ein elektrisches System, bestehend aus einer Ladequelle, die über eine Energieaufbereitung mit einer Batterie verbunden ist und einer Last, die an die Batterie anschließbar ist.

Eingangs beschriebene Energieversorgungssysteme werden zum Beispiel als dezentrale Energieversorgungssysteme im Zusammen­ hang mit Solargeneratoren, Batterien und entsprechenden Ver­ brauchern eingesetzt. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist insbesondere, daß diese Systeme in Bereichen eingesetzt werden können, in denen eine normale Netzversorgung nicht oder nur sehr aufwendig zur Verfügung zu stellen ist.

Nun sind die vorgenannten Energieversorgungssysteme aufgrund der Solarzellen verhältnismäßig kostenaufwendig und es wird ein Weg gesucht, diese Anlagen in einem sicheren Finanzierungs­ system einem größeren Interessentenkreis zugänglich zu machen. Hierbei ist vorgesehen, daß das Energieversorgungssystem von Investoren finanziert wird und eine Schaltung angeordnet ist, die sicherstellt, daß das Energieversorgungssystem nur genutzt werden kann, wenn dieses durch Entrichten einer Nutzungsgebühr aktiviert ist. Hierzu ist es bekannt, daß das Energieversor­ gungssystem nach Ablauf der Nutzungszeit die Last abschaltet. Eine solche Ausgestaltung ist verhältnismäßig leicht zu manipu­ lieren, es muß nur der Schalter, welcher die Last ausschaltet, überbrückt werden. Aufgrund der einfachen Manipulationsmöglich­ keit ist das System unsicher und im Endeffekt für einen In­ vestor nicht rentabel. Dadurch werden abgelegene Gegenden von der Nutzung von elektrischer Energie abgetrennt.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Energiever­ sorgungssystem, wie eingangs beschrieben, dahingehend zu ver­ bessern, daß dieses möglichst manipulationssicher ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Energieversorgungssystem, bei welchem die Energieaufbereitung abschaltbar ist. Im Gegen­ satz zum Stand der Technik, bei welchem die Last abschaltbar ist, wurde die Energieaufbereitung, die zwischen Ladequelle und Batterie angeordnet ist, abschaltbar ausgestaltet. Zwar besteht dann für den Kunden immer noch die Möglichkeit, den Energiege­ halt der Batterie am Verbraucher zu nutzen, wenn das System abgeschaltet ist, aber diese zusätzliche Energie ist bei der Kalkulation der Nutzungsgebühr entsprechend berücksichtigbar.

Voraussetzung ist, daß die Energieaufbereitung als solches nicht überbrückbar ist, das heißt, die von der Ladequelle ange­ lieferte Energie ist so unmittelbar nicht in die Batterie ein­ speisbar, zum Beispiel weil die Batterie aufgrund des angeleg­ ten Spannungsniveaus zerstört würde oder aber eine Ladung nicht erfolgt. Hierbei ist es gleichbedeutend, ob die Energieaufbe­ reitung als aktives oder als passives Element ausgestaltet ist. Es ist zum Beispiel möglich, die Energieaufbereitung als Trafo mit Primär- und Sekundärwicklungen auszugestalten, wobei eine elektronische Schaltung einfach die Ladequelle von der Batterie abklemmt. Dies kann günstigerweise zum Beispiel durch einen Transistor erfolgen.

Günstig ist es dabei, wenn als Energieaufbereitung eine aktive Schaltung vorgesehen ist, die entsprechend komplex ist und die für einfache Manipulation unüberbrückbar ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß das Spannungsniveau, welches die Ladequelle zur Verfügung stellt, kleiner ist als das Ladespannungsniveau der Batterie. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zum Beispiel vorgesehen, daß als Batterie ein 12 V-Akkumulator vorgesehen ist, wie er zum Beispeil im Kfz-Bereich hinlänglich bekannt ist. Als Ladespannungsniveau benötigt eine solche Bat­ terie ca. 15 V (Gleichspannung). Die Ladequelle wird nun so konzipiert, daß diese ein Spannungsniveau unterhalb von 15 V, günstiger unterhalb von 12 V anbietet. Durch eine solche Ausge­ staltung ist es zwingend notwendig, daß eine aktive Energieauf­ bereitung vorgesehen ist, bei der eine entsprechenden, elek­ tronische Schaltung das niedrige Spannungsniveau der Ladequelle auf ein für die Batterie verwendbares Lade-/Spannungsniveau anhebt. Eine solche elektronische Schaltung ist günstigerweise abschaltbar ausgestaltet um den Benutzer zu zwingen, zunächst die Nutzungsgebühren zu bezahlen, wenn er das Energieversor­ gungssystem verwenden möchte.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Energieaufbereitungsanlage eine Abschaltsteuerung aufweist, die bei entsprechender Ansteuerung ein Abschalten des Energiever­ sorgungssystemes bewirkt. Die Abschaltsteuerung ist dabei als separates Modul, insbesondere als elektronisches Modul vorge­ sehen, welches in einem ansonsten bekannten Schaltkreis einer aktiven oder auch passiven Energieaufbereitung integriert wird. Die Abschaltsteuerung ist dabei von externen Informationen oder Daten abhängig und steuert ihrerseits ein entsprechendes Regel­ element, zum Beispiel einen Transistor oder zum Beispiel auch ein mechanisches Relais, um gegebenenfalls die Energieaufberei­ tung von der Ladequelle beziehungsweise der Batterie abzutren­ nen. Es bestehen hierbei eine Vielzahl unterschiedlicher Konzepte, wie das von der Abschaltsteuerung geregtelte Regelelement eine Abschaltung der Energieaufbereitung bewirkt. Zum Beispiel ist vorgesehen, eine aktive Energieaufbereitung ihrerseits abzuschalten. Desweiteren ist es möglich, die Ver­ bindung der Energieaufbereitung zur Ladequelle oder zur Bat­ terie oder beide zu trennen, was ebenfalls zu einem Abschalten der Energieaufbereitung führt.

Es hat sich hierbei als vorteilhaft herausgebildet, daß eine Entwertungseinheit vorgesehen ist, die mit der Abschaltsteue­ rung in Verbindung steht. Die Entwertungseinheit ist hierbei zum Beispiel ein Kartenlesegerät oder eine Geldzählvorrichtung oder andere bekannte Mittel, die einen Bezahlvorgang durchfüh­ ren beziehungsweise kontrollieren. Es ist zum Beispiel auch möglich als Entwertungseinheit eine Kreditkartenlesevorrichtung vorzusehen, bei der dann die entsprechenden Nutzungsgebühren auf eine Kreditkartenabrechnung gesetzt werden und gleichzeitig das entsprechende Energieversorungungssystem für einen ent­ sprechenden Zeitraum oder Energiegehalt freigeschaltet wird. Natürlich ist es möglich als Entwertungseinheit auch eine Pin- Freischaltvorrichtung zu verwenden.

Günstig wird dabei eine Ausgestaltung ähnlich wie bei den Tele­ fonkarten sein, bei denen bei einem zentralen Distributor Wert­ karten gekauft werden können, die dann von der Entwertungsein­ heit entweder nach festen Sequenzen oder frei definierbar ent­ wertet werden und dann die Energieaufbereitung entsprechend freischaltet. Hierbei ist zum Beispiel auch vorgesehen, daß eine Entwertungseinheit für eine Vielzahl von Energieversor­ gungssystemen eingesetzt wird, wobei dann bei der Freischalt­ routine eine entsprechende Adresse mit zu vergeben ist. Um eine eindeutige Zuordnung sicherzustellen, weist die Abschaltsteue­ rung ein entsprechendes Logikmodul auf, das die Daten nur em­ pfängt wenn der Adressat stimmt.

In einer einfacheren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Entwertungseinheit die Energieaufbereitung nur für einen gewis­ sen Zeitintervall, entsprechend der Nutzungsgebühr, freischal­ tet und nach Ablauf dieser Zeit die Aufbereitung wieder abge­ schaltet wird. Das Zeitsteuersegment ist hierbei zum Beispiel in der Entwertungseinheit integriert, oder aber Teil der Ab­ schaltsteuerung, wobei die Abschaltsteuerung anfänglich akti­ viert wird und ein entsprechendes Zeitintervall gesetzt wird, welches dann abläuft.

In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Energieversorgungssystem eine Energiezähleinheit aufweist und diese, bei einem gewissen Energiewert auf die Abschaltsteuerung einwirkt. Der Nutzer bezahlt hier für einen gewissen Energiebe­ trag, der von einem angeschlossenem Verbraucher nach Bedarf verwendet wird. Ein solches System ist von der zeitlichen Nutzung dann unabhängig. Hierbei ist vorgesehen, daß die Ener­ giezähleinheit zum Beispiel ebenfalls in der Energieaufberei­ tung angeordnet ist, um eine Manipulation zu erschweren. Hier­ bei wird die Energie gemessen, die von der Ladequelle in die Batterie und gegebenenfalls auch in den Verbraucher transpor­ tiert wird. Alternativ hierzu ist es möglich, die Energiezähl­ einheit an der Batterie, verbraucherseits, anzuordnen. Auch hier wird, nachdem die Entwertungseinheit das Energieversor­ gungssystem aktiviert hat, in der Energiezähleinheit ein gewis­ ser Wert gesetzt, der entsprechend vom entrichteten Nutzungs­ entgeld abhängt, und dann wird dieser Wert entweder abgezählt oder aufgezählt, je nachdem wie die Anlage ausgelegt ist. Nach­ dem die bezahlte Energie vollständig geliefert ist, wird das System wieder abgeschaltet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Abschaltsteuerung über eine Steuerleitung, durch eine drahtlose Übertragung oder durch Aufmodulation von Abschaltdaten auf die zur Energieaufbereitung führenden Leitungen, angesteuert wird. Es ist möglich, daß die Abschaltsteuerung nicht nur von der Entwertungseinheit angesteuert wird, sondern von anderen Ele­ menten, zum Beispiel einer zentralen Energiesteuerung oder dergleichen ansteuerbar ist. Gerade wenn dieses System als netzunabhängiges Energieversorgungssystem ausgeführt ist, bietet sich eine drahtlose Übertragung/Fernsteuerung der Ab­ schaltsteuerung an. Es ist aber auch möglich, die Entwertungs­ einheit durch eine drahtlose Übertragung, zum Beispiel durch Ultraschall oder Infrarot beziehungsweise Funk, mit der Ab­ schaltsteuerung zu verbinden, zum Beispiel wenn eine Distanz von wenigen Metern überbrückt werden soll, wenn zum Beispiel die Ubertragungseinheit am Boden und das Energieversorgungs­ system an einem Mast in 5 m oder 10 m Höhe angeordnet ist.

Es ist vorgesehen, daß die Energieaufbereitung mit einer eigenen Leitung, der Steuerleitung, mit der Entwertungseinheit verbunden ist. Es ist aber auch möglich, die Verbindungslei­ tungen zwischen der Ladequelle und der Energieaufbereitung hierzu zu verwenden und auf dieser Leitung ein entsprechendes Datensignal aufzumodulieren. Es ist dann nur notwendig, in der Energieaufbereitung eingangs einen entsprechenden Filger anzu­ ordnen um die elektrische Energie von den Abschaltdaten zu trennen. Dies ist durch einen entsprechenden Hochpaßfilter einfach möglich.

Als Schutz für die Batterie ist zwischen Batterie und Last eine Schutzelektronik vorgesehen, die insbesondere ein zu tiefes Entladen der Batterie verhindert. Ebenfalls ist in der Schutz­ elektronik eine Kurzschlußsicherung vorgesehen, die für den Fall, daß verbraucherseits ein Kurzschluß auftritt, dies nicht zu einer Zerstörung der Batterie führt.

Erfindungsgemäß wird vorgesehen, daß als Ladequelle eine Solar­ zelle angeordnet ist. Die Verwendung von Solarzellen hat sich als dezentrale Ladequelle für elektrische Energie hervorragend bewährt. Neben der Verwendung von Sonnenenergie ist es aber auch möglich in gleicher Weise Windkraft oder Wasserkraft, zum Beispiel mit einem Generartor als Ladequelle, zu verwenden. Dabei ist zwar der gerätemäßige Aufwand größer, aber der erfin­ dungsgemäße Einsatz auf diese Ladequellen in gleicher Weise umsetzbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß als Energieaufbereitung ein DC/DC-wandler eingesetzt ist. Ein DC/DC-Wandler besteht im wesentlichen aus einem eingangsseiti­ gen Zerhacker, der aus einem Gleichstrom mindestens einen pul­ sierenden Gleichstrom bildet, der über einen Transformator auf ein höheres oder niedrigeres Spannungsniveau transformierbar ist und einen abschließenden Gleichrichter zum Glätten des transformierten Stromes. Insbesondere wird vorgeschlagen als DC/DC-Wandler einen Hochsetzwandler einzusetzen, also eine Energieaufbereitung derart zu realisieren, daß aus einem nied­ rigerem Spannungsniveau ein höheres Spannungsniveau erzeugt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Energieaufbereitung und die Abschaltsteuerung als elektronische Schaltung ausgeführt ist. Günstigerweise werden diese beiden Elemente in einer gemeinsamen Schaltung realisiert um Manipula­ tionsversuche aufgrund der Komplexität der Schaltung von vorne­ herein als erfolglos erscheinen zu lassen.

In der Zeichung ist die Erfindung schematisch dargestellt.

Eine Ladequelle 1, hier zum Beispiel als Solarzelle 10 darge­ stellt, ist über eine Leitung 11 mit der Energieaufbereitung 2 verbunden. Die Leitungen sind jeweils paarweise angedeutet, wenn auch nur von der Leitung in der Einzahl gesprochen wird.

Die Energieaufbereitung ist zum Beispiel als DC/DC-Wandler ausgebildet und ist ausgangsseitig über die Leitung 21 mit der Batterie 3 verbunden.

An der Leitung 21 ist vor der Batterie 3 eine Leitung 22 ange­ schlossen, die die elektrische Energie über eine Schutzelek­ tronik 4 und der Leitung 40 an einen Verbraucher oder eine Last 5 leitet. Als Verbraucher 5 ist hierbei zum Beispiel eine Lampe 50 angedeutet.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Energieaufbereitung 2 abschaltbar ausgebildet ist. Hierzu ist an der Energieaufbe­ reitung 2 eine Abschaltsteuerung 7 vorgesehen, die mit einer zum Beispiel extern angeordneten Entwertungseinheit 6 über die Steuerleitung 60 angesteuert wird. Es ist aber auch möglich, daß die Abschaltsteuerung 7 über die Leitung 11 oder andere, nicht angedeutete Leitungen oder drahtlos von der Entwertungseinheit 6 oder anderen Elementen angesteuert wird. Für den Fall, daß eine drahtlose Ansteuerung eingesetzt wird, weist zum Beispiel die Entwertungseinheit 6 einen Sender und die Abschaltsteuerung 7 einen Empfänger auf. Die drahtlose Datenübermittlung ist hierbei entweder mit Ultraschall, Infrarot oder mit Funk möglich.

Die Abschaltsteuerung 7 umfaßt einen Abschaltregler 71, sowie einen Zeit- beziehungsweise Energiezähler 70. Hat der Benutzer eine Wertkarte, oder Geld in eine entsprechende Vorrichtung eingesteckt und die Entwertungseinheit 6 akzeptiert diese Be­ zahlung, so wird über die Steuerleitung 60 zum einen der Ab­ schaltregler 71 derart betätigt, daß die Energieaufbereitung 2 wieder aktiviert wird beziehungsweise angeschaltet wird. Gleichzeitig wird der Zeit- beziehungsweise Energiezähler 70 auf einen entsprechenden Wert gesetzt, der dem entrichteten Nutzungsentgeld entspricht. Diese Information wird ebenfalls über die Steuerleitung 60 in die Abschaltsteuerung 7 einge­ speist.

Ist das entsprechende Kriterium (Zeit oder gelieferte Energie) erschöpft, so wird über den Zeit- beziehungsweise Energiezähler 70 ein Impuls an den Abschaltregler 71 gegeben, der seinerseits dann die Verbindung zwischen der Solarzelle beziehungsweise Ladequelle 1 und der Batterie 3 in dem Energieaufbereiter 2 aufhebt. Zum Abschalten des Energieaufbereiters 2 sind aber auch andere Konzepte einsetzbar, auf die der Abschaltregler 71 einwirkt.

Gemäß dem hier dargestellten Beispiel ist es von Vorteil, wenn als Ladequelle 1 eine Solarzelle 10 verwendet wird, die zum Beispiel mit einem Ausgangsspannungsniveau von ca. 10 V Gleich­ spannung betrieben wird, wobei dann ein DC/DC-Wander 20 vorge­ sehen ist, der die angebotenen 10 V Gleichspannung auf ca. 15 V Gleichspannung zum Laden der Batterie 3 heraufwandelt.

Bei einer solchen Ausgestaltung ist es nicht möglich die Ab­ schaltsteuerung 7 zu überbrücken, da dann auch der DC/DC-wand­ ler überbrückt ist und ein Laden der Batterie mit den von der Solarzelle angebotenen 10 V nicht möglich ist. Die Batterie ist aber als Energiespeichermedium notwendig, um die bei Tag gesam­ melte Photovoltaikenergie nachts einem Verbraucher, zum Bei­ spiel einer Lampe 50 zur Verfügung zu stellen.

Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Haupt­ anspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.

Claims (11)

1. Energieversorgungssystem, insbesondere ein elektrisches System, bestehend aus einer Ladequelle, die über eine Energieaufbereitung mit einer Batterie verbunden ist und eine Last, die an die Batterie anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieaufbereitung abschaltbar ist.

2. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Spannungsniveau, welches die Ladequelle zur Verfügung stellt, kleiner ist als das Ladespannungs­ niveau der Batterie.

3. Energieversorgungssystem nach einem oder beiden der vor­ genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieaufbereitung eine Abschaltsteuerung aufweist, die bei entsprechender Ansteuerung ein Abschalten des Energieversorgungssystemes bewirkt.

4. Energieversorgungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entwertungseinheit vorgesehen ist, die mit der Abschalt­ steuerung in Verbindung steht.

5. Energieversorgungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltsteuerung über eine Steuerleitung, durch draht­ lose Übertragung oder durch Aufmodulation von Abschalt­ daten auf die zur Energieaufbereitung führenden Leitungen angesteuert wird.

6. Energieversorgungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Entwertungseinheit ein Kartenlesegerät oder eine Geldzähl­ vorrichtung vorgesehen ist.

7. Energieversorgungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieversorgungssystem eine Energiezähleinheit und/oder Zeitzähleinheit aufweist und diese ab einem gewissen Energiewert/Zeitwert auf die Abschaltsteuerung einwirkt.

8. Energieversorgungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Batterie und Last eine Schutzelektronik vorge­ sehen ist.

9. Energieversorgungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladequelle eine Solarzelle vorgesehen ist.

10. Energieversorgungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Energieaufbereitung eine DC/DC-Wandler vorgesehen ist.

11. Energieversorgungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieaufbereitung mit der Abschaltsteuerung als elek­ tronische Schaltung ausgeführt ist.