DE19928809A1

DE19928809A1 - Universelle Energieversorgungseinheit für unterschiedliche elektrische Kleingeräte

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Publication number: DE19928809A1
Application number: DE19928809A
Authority: DE
Inventors: Oliver Lang
Original assignee: Solarc Innovative Solarprodukte GmbH
Current assignee: Solarc Innovative Solarprodukte GmbH
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: CN1245795C; DE19928809B4; WO2000079673A1; AU6148200A; US6538341B1; WO2000079673A8; CN1369132A

Abstract

Die zunehmende Zahl an mobilen batteriegespeisten Kleingeräten mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen und Anschlußeinrichtungen verlangt nach einer universellen und kompakten Energieversorgungseinrichtung, die eine unkomplizierte und gleichzeitig preiswerte Anpassung an möglichst viele Kleingeräte gestattet. In der vorliegenden Anmeldung wird hierfür eine universelle Energieversorgungseinheit vorgeschlagen, die aus einer Energiestation mit integriertem Spannungswandler in Kombination mit verschiedenen geräteindividuellen Adapterkabeln mit einer elektronischen Bauteilgruppe besteht. Mit dieser wird im Adapterkabel ein individuelles Programmierungssignal erzeugt, das bei Ankopplung des Adapterkabels an die Energiestation eine entsprechende Einstellung der erforderlichen Ausgangsgrößen bewirkt. Dadurch wird eine einfache Anpassung der Einheit an unterschiedliche Kleingeräte erreicht und ein großer Anwendungsbereich geschaffen, insbesondere kann das Energiemodul noch durch Versorgung mit Solarstrom energieautark gestaltet sein.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine universelle Energie versorgungseinheit für unterschiedliche elektrische Kleingeräte, bestehend aus einer Energiestation mit einer integrierten Spannungsquelle und einem nachgeschalteten Spannungswandler zur Bereitstellung einer Ausgangs spannung und eines Ausgangsstromes, die dem jeweils zu versorgenden Kleingerät zugeordnet sind, und mindestens einem konfektionierten Adapterkabel mit einem geräteindividuellen Ausgangsstecker zur Überleitung der bereitgestellten Ausgangsgrößen an das jeweilige Kleingerät.

Kompakte elektrische Kleingeräte mit hoher technischer Funktionalität werden heute in zunehmendem Maße im Haushalt, im gewerblichen Bereich und auch auf Reisen genutzt. Den größten Anteil bilden dabei mobile Geräte aus den Bereichen Telekommunikation, Datenverarbeitung und Audio; typische Beispiele hierfür sind Mobiltelefone, Palmtop-Computer oder tragbare CD- Player. Ein Merkmal dieser Geräte ist die Auslagerung des Netzteils zugunsten eines geringeren Gewichts und kompakterer Abmessungen. Statt dessen ist in der Regel ein Batteriefach mit vom Benutzer auswechselbaren Batterien und/oder ein Anschluss zur Versorgung mit einer externen Stromquelle vorhanden. In vielen Fällen, z. B. bei Mobiltelefonen, wird standardmäßig zu dem Gerät ein Netzadapter mitgeliefert, der die Aufladung der abnehmbaren Akkumulatoren sowie gleichzeitig die Stromversorgung des Gerätes übernimmt.

Neben den netzbetriebenen Geräten existieren auch andere Möglichkeiten zur Versorgung von Kleingeräten. Beispielsweise sind für Mobiltelefone KFZ- Ladekabel erhältlich, die im einfachsten Fall einen Spannungsabfall mittels Dioden erzeugen und so die KFZ-Bordspannung von 12 V unter Entstehung von Verlustwärme auf die niedrigere Ladespannung des jeweiligen Mobiltelefons reduzieren. In den technisch anspruchsvolleren Ausführungen ist im Kabel ein Schaltwandler integriert, der die Anpassung wie zuvor beschrieben mit hohem Wirkungsgrad vornimmt. Diese Ausführungen führen jedoch zu einer deutlichen Vergrößerung der Dimensionen des Kabels, da die komplette Schaltung mit Gehäuse integriert werden muss. Weiterhin wurden im Bereich der Mobiltelefone auch bereits Solarstromversorgungseinrichtungen vorgeschlagen bzw. realisiert, wie z. B. in der Anmeldung DE 197 56 526, beim NOKIA 1611 Solar oder in einer Studie des Fraunhofer Instituts ISE in Freiburg (vgl. Jahresbericht '98).

Anschlussstecker, die Elektronikbauteile enthalten, sind auch im Bereich der Messtechnik bekannt: Die Firma Ahlborn aus Holzkirchen vertreibt z. B. ein mit "ALMEMO" bezeichnetes Sensor-System, bei dem die Sensor-Schaltkreise in speziellen Anschlusssteckern integriert sind und dadurch äußere Störeinflüsse vermindern. In der Anmeldung Nr. DE 195 27 972 detektiert ein am Ende eines Kabels integrierter Messwiderstand Wassereinbrüche in Rohren. Die Möglichkeit, Netzgeräte durch das Auslagern von spannungsbestimmenden oder strombegrenzenden Bauteilen von außen zu steuern, ist ebenfalls Stand der Technik.

Bei den genannten Versorgungseinrichtungen erfolgt die Auslegung der jeweiligen externen Stromversorgung in der Regel speziell auf ein bestimmtes dazugehöriges Kleingerät. Eine universelle Anwendung dieser Stromver sorgungseinrichtung auf andere Kleingeräte mit unterschiedlichen Anschluss buchsen oder Versorgungsspannungen ist damit ausgeschlossen. Dies hat zur Folge, dass eine Vielzahl von Versorgungseinrichtungen für Kleingeräte mit ähnlichen Leistungsdaten benutzt werden, die prinzipiell auch mit einem einzigen anpassungsfähigen Versorgungsgerät gespeist werden könnten.

Universal-Stromversorgungsgeräte für Kleingeräte mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen und Anschlüssen gehören bereits seit langem zum Stand der Technik. Beispielsweise sind Netzadapter mit Ausgangsspannungen von 3 bis 12 Volt erhältlich, die mit einem Set von 4 bis 6 gebräuchlichen Kleinleistungssteckern geliefert werden und einen Schalter zur Einstellung der Ausgangsspannung besitzen. Hiermit kann immerhin eine Vielzahl von Audiogeräten und auch portablen Computern betrieben werden. Im Bereich der Solarstromversorgung sind ebenfalls Ladegeräte bekannt, die mit einem ansteckbaren Kabel mit Vielfach-Steckadapter geliefert werden (vgl. Conrad Katalog '98, z. B. "Sito Solar Ladegerät"). Hiermit können Geräte mit 3 Volt Versorgungsspannung betrieben werden. In anderen Fällen von Solar- Stromversorgungsgeräten werden auch unterschiedliche Ausgangsspannungen mittels am Versorgungsgerät angebrachten Schaltern realisiert (vgl. DE-U 188 01 229 oder "Sunline Solarkoffer" im Conrad Katalog '99, Seite 323).

Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird in dem Prospektblatt "Solarc - innovative Solarprodukte - Variante 3: CSM9.040A02T" der Firma Solarc, Stand 09198, beschrieben. Hierin wird eine universelle Energiestation im Scheckkartenformat beschrieben, die aus einer Kombination eines Akkulademoduls und eines Spannungswandlermoduls besteht. Diese Module werden mit individuellen Ausgangsspannungen und Anschlusskabeln geliefert, die werksmäßig oder auch durch fachkundige Benutzer auf bestimmte Kleingeräte angepasst werden können. Die Einstellung der Ausgangsspannung wird in der Schaltung der Energiestation durch ein einziges Bauteil realisiert, das im Gegenkopplungszweig eines Schaltwandlers liegt. Mit Hilfe derartiger Schaltwandler lassen sich Spannungen mit hohem Wirkungsgrad auf nahezu beliebige Werte herauf- oder herabtransformieren.

Die beschriebene und auch die anderen genannten Universal-Strom versorgungseinrichtungen weisen jedoch drei gravierende Merkmale auf, die den Betrieb von speziellen Kleingeräten wie z. B. modernen Mobiltelefonen für den Standard-Benutzer nahezu unmöglich machen. Erstens wird die Höhe und der Verlauf der benötigten Versorgungsspannung und des Versorgungsstroms bei den meisten dieser Kleingeräte nicht vom Hersteller angegeben. Zweitens kann einem technisch nicht versierten Benutzer die Justierung einer Versorgungsspannung und ggf. sogar eines Maximalstroms nicht zugemutet werden. Drittens sind die sehr speziellen Anschlussstecker oftmals aus schließlich für einen Gerätetyp ausgelegt und nicht als Zubehör für Universal- Energieversorgungsgeräte oder einzeln im Handel erhältlich.

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine universelle und kompakte Energieversorgungseinheit zu schaffen, die eine unkomplizierte und gleichzeitig preiswerte Anpassung an eine Vielzahl von unterschiedlichen elektrischen Kleingeräten erlaubt und dabei eine einfache Bedienung ohne Einstellarbeiten, wie z. B. die Wahl der Versorgungsspannung, gestattet. Dabei sollte die Versorgungseinheit auch robust und praktisch konzipiert sein. Für einige Anwendungen sollte diese Einrichtung als energieautarkes Gerät ausgeführt sein, beispielsweise als Solarmodul zur Versorgung von Mobiltelefonen und Audiogeräten auf Reisen. Speziell für eine solche Ausführung ist eine Schaltungsanordnung mit möglichst niedrigen Leistungsverlusten notwendig.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei der Erfindung dadurch erreicht, dass in dem geräteindividuellen Adapterkabel eine elektronische Bauteilgruppe zur Erzeugung eines individuellen Programmierungssignals vorgesehen ist, das bei einer Kopplung des Adapterkabels mit der Energiestation von einer Schaltsteuereinheit am Spannungswandler detektiert und entsprechend über den Spannungswandler in eine Einstellung der bereitzustellenden Ausgangsgrößen umgesetzt wird.

Durch die Aufteilung der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinheit in eine technisch umfangreichere Energiestation als festes Herzstück und ein unkompliziertes Peripherieteil als wechselbare Komponente werden alle genannten Anforderungen erreicht: Die Verwendung des Schalt- bzw. Spannungswandlers in der Energiestation führt zu einer kompakten Bauform und zu hohen Wirkungsgraden, die Ausführung der Adapterkabel mit nur wenigen Bauteilen gestattet eine preiswerte Anpassung an eine Vielzahl von Kleingeräten. Für den Benutzer bedeutet dies eine äußerst einfache Handhabung. Er benötigt lediglich die zu seinen Kleingeräten passenden Adapterkabel. Einstellungsarbeiten an der Energiestation entfallen vollständig. Die für das jeweilig anzuschließende Kleingerät erforderlichen Ausgangs größen werden über die Ankopplung des entsprechenden Adapterkabels automatisch eingestellt. Durch den Wegfall jeglicher Einstellmöglichkeiten kann auch keine Fehlanpassung erfolgen. Die richtige Zuordnung der Adapterkabel zu den Kleingeräten erfolgt über die geräteindividuellen Ausgangsstecker an den Kabeln.

Zur Erkennung der von dem angekoppelten Adapterkabel ausgegebenen Programmierungssignale weist der Spannungswandler in der Energiestation eine detektierende Schaltsteuereinheit, beispielsweise einen Spannungs detektor, auf. Zur Aktivierung dieses Detektors ist es vorteilhaft, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine Widerstandsbrücke in der Bauteil gruppe im Adapterkabel vorgesehen ist. Hierbei handelt es sich um ein unempfindliches Bauteil von geringen Abmessungen, das einfach in seiner Dimensionierung auszulegen ist. Dies ist insbesondere auch dann von Vorteil, wenn nach einer nächsten Erfindungsausgestaltung die Bauteilgruppe bezüglich der Einstellung der Ausgangsgrößen an der Energiestation frei programmierbar ist. Ein einfacher Zugriff auf die einzustellenden Ausgangsgrößen ist so, beispielsweise über elektronisch programmierbare Logikbausteine, möglich. Dadurch kann insgesamt die Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Energieversorgungseinheits noch erhöht werden.

Neben einer Programmierung der Versorgungsspannung kann nach einer nächsten Erfindungsausgestaltung auch vorgesehen sein, dass in der Programmierung physikalische Einflussparameter auf die Energieversorgung berücksichtigt sind. Dadurch sind noch weitere Möglichkeiten gegeben, das Verhalten der Energiestation durch die Verwendung programmierbarer Adapterkabel zu beeinflussen. Anstelle einer konstanten kann eine pulsförmige Ausgangsspannung eingestellt werden. Der entnehmbare Strom kann auf einen maximalen Wert begrenzt werden. Der Spannungswandler kann durch Einstecken des Anschlusskabels aktiviert werden und sonst im stromsparenden Modus verbleiben. Die Ausgangsspannung kann in Abhängigkeit bestimmter physikalischer Einflußgrößen wie z. B. Temperatur, Druck oder Helligkeit variiert werden.

Im einfachsten Falle wird die integrierte Spannungsquelle in der universellen Energieversorgungseinheit nach einer anderen Erfindungsfortführung aus dem Stromnetz gespeist. Durch ein integriertes Netzgerät kann die Energieversor gungseinheit beispielsweise als Steckernetzteil ausgeführt sein. Insbesondere kann hier ein Schaltnetzteil verwendet werden, um einen hohen Wirkungsgrad, geringen Ruhestrom und kleine Abmessungen zu erreichen. Mit dem integrierten Netzgerät wird jedoch eine mobile Verwendung der Energiestation eingeschränkt. Vorteilhaft ist es deshalb nach einer nächsten Ausgestaltung, wenn die integrierte Sapnnungsquelle über eine Solarzellen anordnung gespeist wird. Im Falle des Energieversorgungseinheits mit Solarstrom als Gleichspannungsquelle kann dieses entweder direkt an dem im optimalen Arbeitspunkt der Solarzellenanordnung betriebenen Gleich spannungswandler angekoppelt sein oder durch eine Akkumulatoranordnung gepuffert werden, die über eine geeignete Laderegelung von der Solarzellenanordnung aufgeladen wird.

Gelegentlich kann es vorkommen, dass der Leistungsbedarf eines Ver brauchers die von einer einzelnen Energieversorgungseinheit verfügbare Leistung deutlich übersteigt oder dass die Ladeleistung der Akkumulator anordnung erhöht werden soll. Für diesen Fall können nach einer nächsten Erfindungsfortführung Anreihbuchsen auf dem Energieversorgungseinheit zur elektrischen Parallelschaltung mehrerer Module vorgesehen sein. Durch die Verbindung mehrerer Module über geeignete Kabel kann dann ein Modulfeld gebildet werden, dessen Nennleistung dem Leistungsbedarf des Verbrauches entspricht.

Wenn der Verbraucher mit einer Versorgungsspannung betreibbar ist, die dem Nennwert der Quellenspannung der Gleichspannungsquelle entspricht, kann es zweckmäßig sein, wenn die Energieversorgungseinheit einen zum Anschließen eines elektrischen Verbrauchers dienenden Anschluss aufweist, an dem die Quellenspannung bereitsteht. Die Leistungsverluste des Gleichspannungswandlers können in diesem Fall vermieden werden.

Eine handliche, jederzeit am Körper mitführbare und für elektrische Klein geräte, etwa Mobiltelephone, tragbare CD-Spieler oder dgl., ausreichend leistungsfähige Energieversorgungseinheit lässt sich nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch schaffen, dass bei einem Solarmodul die Grundabmessungen im Bereich der Größe einer Scheckkarte liegen. Dabei kann das Solarmodul ein Gehäuse mit Positionierungsmitteln aufweisen, mit deren Hilfe eine Ausrichtung der Solarzellenanordnung in Richtung einer Lichtquelle möglich ist. Das Gehäuse kann als Hartgehäuse, vorzugsweise aus Kunststoff, oder als Weichgehäuse in Form einer Umhüllung ausgeführt sein. Eine optisch ansprechende und gewünschtenfalls luxuriöse Ausführung kann darin bestehen, dass die Umhüllung von einer Tasche aus Weichmaterial, vorzugsweise Leder, gebildet ist.

Nach einer folgenden Erfindungsausgestaltung kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Positionierungsmittel eine in ihrem Winkel zum Gehäuse veränderbare Ansteckklammer sowohl zum Anstecken des Moduls an die Bekleidung eines Benutzers als auch zum Aufstellen des Moduls auf eine feste Unterlage umfassen. Dabei sind diese Mittel im wesentlichen verrutschungssicher und können eine Ansteckklammer zum Anstecken des Solarmoduls an ein Kleidungsstück der tragenden Person umfassen. Denkbar sind auch Riemen oder Gurte, mit denen das Solarmodul am Arm oder am Rumpf befestigt werden kann. Im Falle der Verwendung einer Ansteck klammer kann diese als herausklappbares Element ausgeführt sein, das eine Schrägstellung des Solarmoduls auf einer festen Unterlage zur effektiveren Ausrichtung zum einfallenden Sonnenlicht ermöglicht.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist weiterhin denkbar, dass die Energiestation mit bestimmten Verbrauchern zu einer Baueinheit mechanisch fest verbunden oder verbindbar ist. In einer solchen Baueinheit, die beispielsweise am Anschluß für das Adapterkabel ansteckbar ausgeführt werden kann, kann sich auch die elektronische Bauteilgruppe zur Erzeugung des Programmierungssignals für die Energiestation befinden. Beispielsweise kann mittels eines Leuchtmittelaufsatzes eine Solar-Taschenlampe oder mittels eines Ventilatoraufsatzes ein Solar-Lüfter gebildet werden. Weiterhin kann die Energiestation einen Anschluss aufweisen, um ein externes Ladegerät zum Laden der Akkumulatoranordnung anzuschließen. Beim Laden der Akkumulatoranordnung ist darauf zu achten, dass diese nicht überladen wird, da sonst mit Beschädigungen und einer eingeschränkten Lebensdauer der Akkumulatoranordnung gerechnet werden muss. Der Elektronikschaltkreis umfasst daher vorzugsweise eine Ladesteuereinheit, welche beim Laden der Akkumulatoranordnung bei Erreichen eines vorbestimmten Ladungszustands den Ladestrom in die Akkumulatoranordnung abschaltet. Eine schaltungs technisch einfache Lösung besteht darin, dass die Ladesteuereinheit die Klemmenspannung der Akkumulatoranordnung als Maß für deren Ladungs zustand erfasst und beim Laden der Akkumulatoranordnung bei Erreichen einer vorbestimmten Klemmenspannung den Ladestrom abschaltet. Für die Akkumulatoranordnung können grundsätzlich beliebige Akkumulatortypen verwendet werden, beispielsweise Ni-Cd-Akkus oder Li-Ionen-Akkus oder wiederaufladbare Alkali-Mangan-Zellen.

Ausbildungsformen der Erfindung werden zu derem weiteren Verständnis nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße universelle Energieversorgungseinheit in einem Querschnitt mit Energiestation und Adapterkabel mit einer Solarzellenanordnung,

Fig. 2 einen Schaltplan für die erfindungsgemäße Energieversorgungs einheit gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schaltplan für die erfindungsgemäße Energieversorgungs einheit mit einer Netztransformatoranordnung,

Fig. 4 einen Schaltplan für die Bauteilgruppe in einem geräte individuellen Adapterkabel zur Erzeugung einer pulsförmigen Ausgangsspannung,

Fig. 5 einen Schaltplan für die Bauteilgruppe in einem geräte individuellen Adapterkabel zum Anschluß eines Kleingerätes, das direkt mit einer Quellenspannung U1 betrieben wird und

Fig. 6 den konstruktiven Aufbau und das Funktionsprinzip eines herausklappbaren Ansteckclips in einer Seitenansicht.

Der konstruktive Aufbau einer Energieversorgungseinheit ist in Fig. 1 skizziert. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Ausführung der Energie station 1 als tragbares Solarmodul mit Akkumulatoranordnung entsprechend dem Schaltbild in Fig. 2. Die Solarzellenanordnung wird dabei durch die Platine 3 dargestellt, während die Akkumulatoren 4 und die elektronischen Bauteile 5 auf der Platine 6 montiert sind. Beide Platinen sind durch einen Lüftungs zwischenraum 7 getrennt, um bei einer Aufheizung der Solarzellenanordnung 3 einen möglichst geringen Wärmeübertrag zu den Akkumulatoren 4 zu erzielen. In der Praxis hat sich ein Höhe von 1-2 mm für den Lüftungszwischenraum 7 als sinnvoll herausgestellt. Die Platinen 3, 6 mit den Akkumulatoren 4 sind in einem Gehäuse 8 untergebracht, das einen Ansteckklip 9 aufweist, mit dem das Solarmodul beispielsweise an einer Hosentasche oder einem Gürtel festgeklemmt werden kann. Das Gehäuse 8 weist einen nicht näher dargestellten abnehmbaren Deckel zum Öffnen und Schließen des Auf nahmefachs 10 für die Akkumulatoren 4 auf. An einer Vorderseite des Gehäuses 8 ist schematisch die Anschlußbuchse 12 angedeutet. Die Anreih buchsen 11 können in gegenüberliegenden Seitenflächen des Solarmoduls vorgesehen sein. Hierzu ist in Fig. 1 eine der Anreihbuchsen 11 schematisch angedeutet.

Der konstruktive Aufbau eines Adapterkabels 2 mit Programmierbauteilen 13 ist im unteren Teil von Fig. 1 dargestellt. Die Bauteile 13 können entweder wie dargestellt auf einer Elektronik-Platine 14 angeordnet und vorzugsweise in SMD- Technik montiert sein oder einzeln an die Kabel 15 und 16 angelötet werden. In der dargestellten Anordnung bildet der Kabelstecker 17 die Verbindung zur Ausgangsbuchse 12 der Energiestation 1 und der Stecker 18 die Verbindung zur Versorgungsbuchse des anzuschließenden Kleingerätes. Zur Zugentlastung sollte der die Bauteile enthaltene Abschnitt des Adapterkabels mit einem Kunststoffmaterial 19 umspritzt werden.

Die in den Schaltbildern in Fig. 2 und 3 dargestellte Energiestation 1 enthält eine Spannungsquelle mit Quellenspannung U1 (wahlweise als Solarzelle 3 mit über eine Diode D1 oder wahlweise eine Ladesteuereinheit 22 versorgter Akku mulatoreinheit 4 oder als Netztransformatoreinheit 24 ausgeführt), sowie einen Spannungswandler 25 mit Spannungsdetektor 26. Am Ausgang des Spannungswandlers 25, der zum Steckanschluß d in der Ausgangsbuchse 12 führt, wird die transformierte Ausgangsspanung U2 bereitgestellt. An den Anreihbuchsen 11 können z. B. ein externes Ladegerät, weitere Solarzellen anordnungen zur Erhöhung des solaren Energieertrags oder auch weitere Akkumulatoranordnungen zur Erhöhung der Kapazität angeschlossen werden. Am Anschluß 12e können Verbraucher angeschlossen werden, die unmittelbar mit der Quellenspannung U1 zu betreiben sind, wie in Fig. 5 dargestellt. Leistungsverluste durch den Spannungswandler 25 können so vermieden werden.

In der Ausführung in Fig. 2 ist über eine Sperrdiode D1 eine Akkumulator anordnung 4 parallel zur Solarzellenanordnung 3 geschaltet. Diese Ausführung eignet sich besonders für solche Anwendungsfälle, bei denen unabhängig von kurzzeitigen Lichtstärkeschwankungen für eine längere Zeit eine konstante Ausgangsspannung erwünscht ist, so etwa zum Nachladen eines Mobiltelefons mit höherem Strom oder zur Verwendung als Notstromgerät. Statt der Sperr diode D1 kann eine gestrichelt angedeutete elektronische Ladesteuereinheit 22 zwischen die Solarzellenanordnung 3 und die Akkumulatoranordnung 4 geschaltet sein, welche den in die Akkumulatoranordnung 4 fließenden Ladestrom sperrt, wenn diese einen vorbestimmten Ladungszustand erreicht hat. Der Ladungszustand kann beispielsweise mittels eines Ladungszählers ermittelt werden.

Die Akkumulatoranordnung 4 umfaßt beispielsweise zwei in Reihe geschaltete Akkumulatorzellen (Ni-MH, Ni-Cd oder Alkali-Mn) mit einer typabhängigen Nenn spannung von jeweils zwischen etwa 1,2 und 1,6 Volt. Ebenso können Li-Ionen- Akkus mit einer Nennspannung von etwa 3,6 Volt verwendet werden. In der Ausführung ohne Akkumulatoranordnung sind die Schaltschwellen U_Ein und U_AUS (V_Ein < U_AUS) des Spannungsdetektors 26 auf den optimalen Arbeitspunkt der Solarzellenanordnung 3 (Maximum Power Point, MPP) ausgelegt. In der Ausführung mit Akkumulatoranordnung 4 sind sie derart gewählt, daß die Akkumulatoranordnung 4 vor zu starker Entladung geschützt ist und in einem möglichst optimalen Arbeitsbereich betrieben wird.

Der Spannungsdetektor 26 greift die am Widerstand R2 abfallende und mit U_D bezeichnete Spannung ab und gibt in Abhängigkeit vom Wert der Spannung U_D ein Steuersignal an einen Steuereingang SHDN des Spannungswandlers 25 aus, welcher die von der Solarzellenanordnung 3 erzeugte Quellenspannung U1 in eine durch den Spannungsteiler R3/(R4 + R5) bestimmte Ausgangsspannung U2 transformiert. Die Ausgangsspannung U2 ergibt sich dabei aus einem festen Spannungswert U_FB, der im normalen Betriebszustand am Feedback-Eingang FB des Spannungswandlers 25 anliegt. Der Spannungswandler 25 kann beispiels weise als Sperrwandler, Durchflusswandler oder Schaltkondensatorwandler ausgeführt sein. Er kann die Quellenspannung U1 herauf oder herab transformieren, je nachdem, welche Betriebsspannung der angeschlossene Verbraucher benötigt. Die Verbindung des Widerstands R1 mit dem oberen Zweig der Spannungsquelle über eine Brücke 29 ist ebenfalls herausgeführt (Anschlüsse e und f in der Anschlußbuchse 12) und führt durch Einstecken des Adapterkabels 2 zum Aktivieren des Spannungswandlers 25 über den Spannungsdetektor 26.

Über den Ausgangsstecker 18 des Adapterkabels 2 kann ein elektrischer Verbraucher 30 an die Energieversorgungseinheit angeschlossen werden, dessen Leistungsaufnahme sich aus der Klemmenspannung U3 = U2 - U_I2 und dem Ausgangsstrom 12 ergibt. Durch Parallelschaltung des im Adapterkabel 2 enthaltenen Widerstands R3' mit dem Spannungsteilerwiderstand R3 (Anschlüsse c und d in der Anschlußbuchse 12) ergibt sich eine Beeinflussung der Ausgangsspannung U2 über den externen Widerstand R3' gemäß U2 = U_FB.(R3_ges + R4 + R5_ges)/(R4 + R5_ges) mit R3_ges = (R3^-1 + R3'^-1)^-1 und R5_ges = (R5^-1 + R5'^-1)^-1.

Eine Stabilisierung des Ausgangsstroms 12 wird durch die Schaltungsanordnung R5 und R5' erreicht. Hierbei bewirkt die an dem im Ausgangsstromkreis liegenden Widerstand R5 abfallende Spannung U_I2 ein Herunterregeln der Ausgangsspannung U2 um den Betrag -ΔU2 = U_I2.R3_ges/R4 und somit zu einer Kompensation von Stromänderungen ΔI2, abhängig vom Verhältnis R3_ges/R4 und U_I2. Die Regelspannung U_I2 kann dabei wiederum durch einen im Adapterkabel 2 enthaltenen Widerstand R5' gemäß U_I2 = I2.(R5^-1 + R5'^-1)^-1 beeinflußt werden.

Im Falle einer Ausführung als Solarmodul ohne Akkumulatoreinheit (Fig. 2 ohne Pos. 2 und 4) dient die Energieversorgungseinheit insbesondere zur Energie versorgung solcher Geräte, bei denen durch schwankende Lichtverhältnisse hervorgerufene kurz- oder mittelfristige Schwankungen des Leistungsangebots tolerierbar sind. Beispielsweise können damit Meßgeräte, tragbare Kassetten- oder CD-Abspielgeräte oder Mobiltelefone betrieben werden, die eine interne Energiespeichervorrichtung besitzen und auch mit niedrigen Ladeströmen geladen werden können.

In der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist anstelle der Solarzellenanordnung 3 eine Netztransformatoreinheit 24 eingezeichnet, welche eine weitgehend stabile Spannung U1 liefert.

Ein Beispiel für eine spezielle Schaltungsanordnung im Adapterkabel 2 ist in Fig. 4 gezeigt. Es handelt sich um eine über einen CMOS-Inverter/Schmitt-Trigger IC1 erzielte Rückkopplungsschaltung, die zu einer pulsförmigen Ausgangs spannung mit der Frequenz f ∝ (R6.C1)^-1 führt. Der Ausgang von IC1 steuert dabei über den Widerstand R1 den Spannungsdetektor 26 und damit den Spannungswandler 25 an.

In Fig. 6 ist die Funktionsweise des herausklappbaren Clips 26 verdeutlicht, der in der oberen Position A zum Anstecken arretiert ist und in der unteren Position B um beispielsweise 45° nach hinten um den im Gehäuse befindlichen Drehpunkt 31 ausgelenkt werden kann, um die Energiestation 1 schräg aufzustellen.

Bezugszeichenliste

1

Energiestation

2

Adapterkabel

3

Solarzellenanordnung

4

Akkumulatoranordnung

5

Elektronische Bauteile in Energiestation

6

Bauteileplatine

7

Lüftungszwischenraum

8

Gehäuse

9

Ansteckclip

10

Aufnahmefach für Akkus

11

Anreihstecker

12

Anschlußbuchse

13

Elektronische Bauteilgruppe in Adapterkabel

14

Bauteileplatine in Adapterkabel

15

Kabel zur Energiestation

16

Kabel zum Kleingerät

17

Anschlußstecker zur Energiestation

18

Anschlußstecker zum Kleingerät

19

Kunststoffummantelung

22

Ladesteuereinheit

24

Netztransformatoreinheit

25

Spannungswandler

26

Spannungsdetektor

29

Brücke

30

Elektrischer Verbraucher

31

Drehpunkt Ansteckclip

Claims

1. Universelle Energieversorgungseinheit für unterschiedliche elektrische Kleingeräte, bestehend aus einer Energiestation (1) mit einer integrierten Spannungsquelle und einem nachgeschalteten Spannungswandler (25) zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung und eines Ausgangsstromes, die dem jeweils zu versorgenden Kleingerät zugeordnet sind, und mindestens einem konfektionierten Adapterkabel (2) mit einem geräteindividuellen Ausgangs stecker (18) zur Überleitung der bereitgestellten Ausgangsgrößen an das jeweilige Kleingerät, dadurch gekennzeichnet, dass in dem geräteindividuellen Adapterkabel (2) eine elektronische Bauteilgruppe (13) zur Erzeugung eines individuellen Programmierungssignals vorgesehen ist, das bei einer Kopplung des Adapterkabels (2) mit der Energiestation (1) von einer Schaltsteuereinheit (26) am Spannungswandler (25) detektiert und entsprechend über den Spannungswandler (25) in eine Einstellung der bereitszustellenden Ausgangsgrößen umgesetzt wird.

2. Universelle Energieversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltsteuereinheit (26) durch eine Widerstandsbrücke (29) in der Bauteilgruppe (13) im Adapterkabel (2) aktivierbar ist.

3. Universelle Energieversorgungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilgruppe (13) bezüglich der Einstellung der Ausgangsgrößen an der Energiestation (1) frei programmierbar ist.

4. Universelle Energieversorgungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Programmierung physikalische Einflussparameter auf die Energie versorgung berücksichtigt sind.

5. Universelle Energieversorgungseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Spannungsquelle aus dem Stromnetz gespeist wird.

6. Universelle Energieversorgungseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Spannungsquelle über eine Solarzellenanordnung (3) gespeist wird.

7. Universelle Energieversorgungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung mit Solarstrom über eine ladbare Akkumulatoranordnung (4) als Zwischenspeichereinheit erfolgt.

8. Universelle Energieversorgungseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Anreihbuchsen (11) zur elektrischen Parallelschaltung mehrerer Energie versorgungseinheiten vorgesehen sind.

9. Universelle Energieversorgungseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundabmessungen der Energiestation (1) im Bereich der Größe einer Scheckkarte liegen.

10. Universelle Energieversorgungseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Ausführung als Solarmodul ein Gehäuse (8) mit Positionierungsmitteln zur Ausrichtung der Solarzellenanordnung (3) in Richtung einer Lichtquelle vorgesehen ist.

11. Universelle Energieversorgungseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsmittel eine in ihrem Winkel zum Gehäuse veränderbare Ansteckklammer (9) sowohl zum Anstecken des Moduls an die Bekleidung eines Benutzers als auch zum Aufstellen des Moduls auf eine feste Unterlage umfassen.

12. Universelle Energieversorgungseinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das geräteindividuelle Adapterkabel (2) als Geräteeinheit mit Zusatzfunktionen ausgeführt ist.