DE202017103025U1

DE202017103025U1 - Dezentrales Batterie-System zentral aktivierbarer Stromspeicher-Elemente

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Publication number: DE202017103025U1
Application number: DE202017103025.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2017-08-04
Anticipated expiration: 2027-05-20

Abstract

Batterie-System (100) mit einer Mehrzahl über mindestens eine zentrale Steuereinheit (110) aktivierbarer, einen jeweiligen Stromspeicher (121, 121‘, 121‘‘) enthaltender Stromspeicher-Elemente (120, 120‘, 120‘‘) zum Versorgen jeweils zugeordneter Stromverbraucher-Einheiten (130, 130‘, 130‘‘), dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) eine mit einem zentralen Stromnetz verbindbare Stromzuleitung S sowie eine mit der zugeordneten Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) verbindbare Stromausleitung B sowie einem A/D-Wandler (140) zum Wandeln einer eingangsseitigen Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden des Stromspeicher-Elementes (120, 120', 120'') und einem D/A-Wandler (150) zum Wandeln gespeicherter Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Liefern von Wechselspannung an die zugeordnete Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) sowie einem von der Steuereinheit (110) aktivierbaren/ deaktivierbaren Schalter (160) zum Verbinden der Stromspeicher-Elemente (120, 120‘, 120‘‘) mit dem Stromnetz versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batterie-System mit einer Mehrzahl über mindestens eine zentrale Steuereinheit aktivierbarer, einen jeweiligen Stromspeicher enthaltende Stromspeicher-Elemente zum Versorgen jeweils zugeordneter Stromverbraucher-Einheiten.
Batterie-Systeme der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik beispielsweise als einem insgesamten Haushalt zentral versorgende elektrische Groß-Speicher bekannt. Diese bekannten nicht adaptiven Batterie-Systeme weisen indes sämtlich den Nachteil auf, dass eine Bemessung einer tatsächlich benötigten elektrischen Energie schwierig ist mit dem Resultat, dass diese Batterie-Systeme für einen mit elektrischer Energie zu versorgenden Haushalt im Lichte einer drohenden Mangelbereitstellung elektrischer Energie vorsichtshalber deutlich zu groß ausgelegt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein elektrisches Batterie-System zu schaffen, dessen Speicherkapazität ausbaubar und adaptiv an einen wachsenden oder abnehmenden Bedarf anpassbar ist.
Für ein Batterie-System der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede einzelne Stromverbraucher-Einheit eine mit einem zentralen Stromnetz verbindbare Stromzuleitung sowie eine mit der zugeordneten Stromverbraucher-Einheit verbindbare Stromausleitung sowie einem A/D-Wandler zum Wandeln einer eingangsseitigen Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden des Stromspeicher-Elementes und einem D/A-Wandler zum Wandeln gespeicherter Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Liefern von Wechselspannung an die zugeordnete Stromverbraucher-Einheit sowie einem von der Steuereinheit aktivierbaren/deaktivierbaren Schalter zum Verbinden der Stromspeicher-Elemente mit dem Stromnetz versehen ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Elemente im Sinne einer weiteren Verbesserung des Lösungsansatzes der der Erfindung zugrunde gelegten Aufgabe wirken.
Bei dem erfindungsgemäßen Batterie-System wird mit Hilfe der Merkmalskombination, dass jede einzelne Stromverbraucher-Einheit eine mit einem zentralen Stromnetz verbindbare Stromzuleitung sowie eine mit der zugeordneten Stromverbraucher-Einheit verbindbare Stromausleitung sowie einem A/D-Wandler zum Wandeln einer eingangsseitigen Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden des Stromspeicher-Elementes und einem D/A-Wandler zum Wandeln gespeicherter Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Liefern von Wechselspannung an die zugeordnete Stromverbraucher-Einheit sowie einem von der Steuereinheit aktivierbaren/deaktivierbaren Schalter zum Verbinden des Stromspeicher-Elementes mit dem Stromnetz versehen ist, die eine dezentrale und an einen sich ändernden Energieverbrauch eines Haushalts dynamisch anpassbare Bereitstellung gespeicherter elektrischer Energie erreicht.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batterie-Systems ist vorgesehen, dass das zentrale Stromnetz von einem erneuerbare Energien nutzenden lokalen Privatnetz und/ oder von dem allgemeinen Stromnetz mit 230 V Wechselspannung gebildet ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batterie-Systems ist die Speicherkapazität jedes Stromspeicher-Elementes an den Energieverbrauch der betreffenden zugeordneten Stromverbraucher-Einheit angepasst.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batterie-Systems ist der Schalter eines jeden Stromspeicher-Elementes über eine am Stromspeicher-Element angeordnete Schnittstelle mit der zentralen Steuereinheit verbunden.
Eine Schnittstelle ist dabei vorzugsweise von einer Empfangsstation gebildet, die Steuersignale von einer mit der zentralen Steuereinheit verbundenen Sendestation empfängt, wobei eine Übertragung betreffender Steuersignalen zwischen einer Empfangsstation und der Sendestation vorzugsweise mittels Radiowellen, infrarot- oder ultraviolettwelligem Licht oder Infraschall bzw. Ultraschall erfolgt.
Des Weiteren ist jedes Stromspeicher-Element vorzugsweise als dezentrale portable Einheit ausgelegt und kann als herkömmliche wiederaufladbare Batterie realisiert sein.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batterie-Systems enthält die zentrale Steuereinheit eine mit einem elektronischen Speicher verbundene elektronische Schaltung und ist dabei ausgelegt, um die jeweiligen Stromspeicher-Elemente täglich eine vorgegebene Zeit mit dem zentralen Stromnetz zu verbinden, um eine Strom-Speicherkapazität des Stromspeicher-Elementes bereitzustellen, die an einen mittleren täglichen Strombedarf der zugeordneten Stromverbraucher-Einheiten angepasst ist.
Die zentrale Steuereinheit kann eine jedem Stromspeicher-Element zugeordnete Fuzzy-Logik-Schaltung enthalten, die eine tägliche Nutzungsdauer der betreffenden Stromverbraucher-Einheit sensiert und daraus eine mittlere zu erwartende tägliche Nutzungsdauer ermittelt. Alternativ und vorzugsweise enthält die zentrale Steuereinheit indes ein jedem Stromspeicher-Element zugeordnetes neuronales Netz, das eine tägliche Nutzungsdauer der betreffenden Stromverbraucher-Einheit sensiert und daraus eine mittlere zu erwartende tägliche Nutzungsdauer ermittelt.
Die zentrale Steuereinheit ist des Weiteren vorzugsweise ausgelegt, um im Falle der Nutzung eines eine begrenzte Gesamtenergie liefernden lokalen Privatnetzes aufgrund vorausgegangener Informationen betreffend eine zu erwartende tägliche Nutzungsdauer einer betreffenden Stromverbraucher-Einheit die vorhandene Gesamtenergie entsprechend einer aufgrund der vorausgegangener Informationen errechneten Priorisierung auf die unterschiedlichen Stromverbraucher-Einheiten zu verteilen.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batterie-Systems enthält jedes Stromspeicher-Element eine Durchschalt-Einrichtung, um eine zugeordnete Stromverbraucher-Einheit für den Fall direkt mit dem zentralen Stromnetz zu verbinden, dass die Strom-Speicherkapazität des Stromspeicher-Elementes entgegen der von der zentralen Steuereinheit ermittelten täglichen Nutzungsdauer für eine aktuelle Stromversorgung der zugeordnete Stromverbraucher-Einheit nicht ausreichend ist.
Der Schalter jedes Stromspeicher-Elementes ist vorzugsweise zusätzlich zu einer Steuerung über die zentrale Steuereinheit über ein mit dem allgemeinen Internet verbindbares persönliches elektronisches Gerät wie ein Smartphone oder ein Tabletcomputer aktivierbar/ deaktivierbar, wobei die Schnittstelle eines jeden Stromspeicher-Elementes vorzugsweise für eine zumindest monodirektionale Kommunikation mit dem persönlichen elektronischen Gerät ausgelegt ist.
Das erfindungsgemäße Batterie-System wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in der Figur der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batterie-Systems.
Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Batterie-System 100 enthält eine Mehrzahl über eine zentrale Steuereinheit 110 aktivierbarer, einen jeweiligen Stromspeicher 121, 121‘, 121‘‘ enthaltende Stromspeicher-Elemente 120, 120', 120'' zum Versorgen jeweils zugeordneter Stromverbraucher-Einheiten 130, 130', 130'' eines fiktiven Haushaltes.
Jede einzelne Stromverbraucher-Einheit 130, 130', 130'' enthält dabei eine mit einem zentralen Stromnetz verbindbare Stromzuleitung sowie eine mit der zugeordneten Stromverbraucher-Einheit 130, 130', 130'' verbindbare Stromausleitung. Des Weiteren enthält jede einzelne Stromverbraucher-Einheit 130, 130', 130'' einen A/D-Wandler 140 zum Wandeln einer eingangsseitigen Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden des Stromspeicher-Elementes 120, 120', 120'' und einem D/A-Wandler 150 zum Wandeln gespeicherter Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Liefern von Wechselspannung an die zugeordnete Stromverbraucher-Einheit 130, 130', 130'' sowie einen von der Steuereinheit 110 aktivierbaren/deaktivierbaren Schalter 160 zum Verbinden des Stromspeicher-Elementes 120, 120', 120'' mit dem Stromnetz, das von dem allgemeinen Stromnetz mit 230 V Wechselspannung gebildet ist.
Jedes Stromspeicher-Element 120, 120', 120'' ist dabei als portable Einheit ausgelegt, die von einer herkömmlichen wiederaufladbaren Batterie geeigneter Güte und Speicherkapazität gebildet ist.
Die Speicherkapazität jedes Stromspeicher-Elementes 120, 120', 120'' ist dabei an den typischen mittleren täglichen Energieverbrauch der betreffenden zugeordneten Stromverbraucher-Einheit 130, 130', 130'' angepasst.
Der Schalter 160, 160', 160'' eines jeden Stromspeicher-Elementes 120, 120', 120'' ist über eine am Stromspeicher-Element 120, 120', 120'' angeordnete Schnittstelle 111 mit der zentralen Steuereinheit 110 verbunden, wobei die Schnittstelle 111 von einer Empfangsstation gebildet ist, die Steuersignale in Form von Radiowellen von einer mit der zentralen Steuereinheit verbundenen Sendestation empfängt.
Die zentrale Steuereinheit 110 enthält eine mit einem elektronischen Speicher verbundene elektronische Schaltung und ist ausgelegt, um die jeweiligen Stromspeicher-Elemente 120, 120', 120'' täglich eine vorgegebene Zeit mit dem zentralen Stromnetz zu verbinden, um eine Strom-Speicherkapazität des Stromspeicher-Elementes 120, 120', 120'' bereitzustellen, die an einen täglichen Strombedarf der zugeordneten Stromverbraucher-Einheiten 130, 130', 130'' angepasst ist.
Die zentrale Steuereinheit 110 enthält des Weiteren ein jedem Stromspeicher-Element 120, 120', 120'' zugeordnetes neuronales Netz, das eine tägliche Nutzungsdauer der betreffenden Stromverbraucher-Einheit 130, 130', 130'' sensiert und daraus eine mittlere zu erwartende tägliche Nutzungsdauer ermittelt.
Des Weiteren ist jedes Stromspeicher-Element 120, 120', 120'' mit einer Durchschalt-Einrichtung 170, 170', 170'' versehen, um eine zugeordnete Stromverbraucher-Einheit 130, 130', 130'' für den Fall direkt mit dem zentralen Stromnetz zu verbinden, dass die Strom-Speicherkapazität des Stromspeicher-Elementes 120, 120', 120'' entgegen der von der zentralen Steuereinheit 110 ermittelten täglichen Nutzungsdauer für eine aktuelle Stromversorgung der zugeordnete Stromverbraucher-Einheit 130 nicht ausreichend ist.
Der Schalter 160, 160', 160'' jedes Stromspeicher-Elementes 120, 120', 120'' ist zusätzlich zu einer Steuerung über die zentrale Steuereinheit 110 über ein mit dem allgemeinen Internet verbindbares persönliches elektronisches Gerät 190 wie ein Smartphone oder ein Tabletcomputer aktivierbar/deaktivierbar, wobei die Schnittstelle 111 eines betreffenden Stromspeicher-Elementes 120, 120', 120'' für eine zumindest monodirektionale Kommunikation mit dem persönlichen elektronischen Gerät ausgelegt ist.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche vorgegebenen erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.
Bezugszeichenliste

100: Batterie-System
110: Steuereinheit
111: Schnittstelle
120, 120', 120'': Stromspeicher-Element
121, 121', 121'': Stromspeicher
130, 130', 130'': Stromverbraucher-Einheit
140: A/D-Wandler
150: D/A-Wandler
160, 160', 160'': Schalter
170, 170', 170'': Durchschalt-Einrichtung
190: persönliches elektronisches Gerät

Claims

Batterie-System (100) mit einer Mehrzahl über mindestens eine zentrale Steuereinheit (110) aktivierbarer, einen jeweiligen Stromspeicher (121, 121‘, 121‘‘) enthaltender Stromspeicher-Elemente (120, 120‘, 120‘‘) zum Versorgen jeweils zugeordneter Stromverbraucher-Einheiten (130, 130‘, 130‘‘), dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) eine mit einem zentralen Stromnetz verbindbare Stromzuleitung S sowie eine mit der zugeordneten Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) verbindbare Stromausleitung B sowie einem A/D-Wandler (140) zum Wandeln einer eingangsseitigen Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden des Stromspeicher-Elementes (120, 120', 120'') und einem D/A-Wandler (150) zum Wandeln gespeicherter Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Liefern von Wechselspannung an die zugeordnete Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) sowie einem von der Steuereinheit (110) aktivierbaren/ deaktivierbaren Schalter (160) zum Verbinden der Stromspeicher-Elemente (120, 120‘, 120‘‘) mit dem Stromnetz versehen ist.
Batterie-System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Stromnetz von einem erneuerbare Energien nutzenden lokalen Privatnetz und/ oder von dem allgemeinen Stromnetz mit 230 V Wechselspannung gebildet ist.
Batterie-System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkapazität jedes Stromspeicher-Elementes (120, 120‘, 120‘‘) an den Energieverbrauch der betreffenden zugeordneten Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) angepasst ist.
Batterie-System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (160, 160', 160'') eines jeden Stromspeicher-Elementes (120, 120‘, 120‘‘) über eine am Stromspeicher-Element (120, 120', 120'') angeordnete Schnittstelle (111) mit der zentralen Steuereinheit (110) verbunden ist.
Batterie-System (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittstelle (111) von einer Empfangsstation gebildet ist, die Steuersignale von einer mit der zentralen Steuereinheit (110) verbundenen Sendestation empfängt.
Batterie-System (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragung von Steuersignalen zwischen einer Empfangsstation und der Sendestation mittels Radiowellen, infrarot- oder ultraviolettwelligem Licht oder Infraschall bzw. Ultraschall erfolgt.
Batterie-System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stromspeicher-Element (120, 120‘, 120‘‘) als dezentrale portable Einheit ausgelegt ist.
Batterie-System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromspeicher (121, 120‘, 120‘‘) eines jeden Stromspeicher-Elementes (120, 120‘, 120‘‘) als herkömmliche wiederaufladbare Batterie ausgelegt ist.
Batterie-System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (110) eine mit einem elektronischen Speicher verbundene elektronische Schaltung enthält und ausgelegt ist, um die jeweiligen Stromspeicher-Elemente (120, 120‘, 120‘‘) täglich eine vorgegebene Zeit mit dem zentralen Stromnetz zu verbinden, um eine Strom-Speicherkapazität des Stromspeicher-Elementes (120, 120‘, 120‘‘) bereitzustellen, die an einen mittleren täglichen Strombedarf der zugeordneten Stromverbraucher-Einheiten (130, 130‘, 130‘‘) angepasst ist.
Batterie-System (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (110) eine jedem Stromspeicher-Element (120, 120‘, 120‘‘) zugeordnete Fuzzy-Logik-Schaltung enthält, die eine tägliche Nutzungsdauer der betreffenden Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) sensiert und daraus eine mittlere zu erwartende tägliche Nutzungsdauer ermittelt.
Batterie-System (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (110) ein jedem Stromspeicher-Element (120, 120‘, 120‘‘) zugeordnetes neuronales Netz enthält, das eine tägliche Nutzungsdauer der betreffenden Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) sensiert und daraus eine mittlere zu erwartende tägliche Nutzungsdauer ermittelt.
Batterie-System (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (110) ausgelegt ist, um im Falle der Nutzung eines eine begrenzte Gesamtenergie liefernden lokalen Privatnetzes aufgrund vorausgegangener Informationen betreffend eine zu erwartende tägliche Nutzungsdauer einer betreffenden Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) die vorhandene Gesamtenergie entsprechend einer aufgrund der vorausgegangener Informationen errechneten Priorisierung auf die unterschiedlichen Stromverbraucher-Einheiten (130, 130‘, 130‘‘) zu verteilen.
Batterie-System (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stromspeicher-Element (120, 120‘, 120‘‘) eine Durchschalt-Einrichtung (170, 170‘, 170‘‘) enthält, um eine zugeordnete Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) für den Fall direkt mit dem zentralen Stromnetz zu verbinden, dass die Strom-Speicherkapazität des Stromspeicher-Elementes (120, 120‘, 120‘‘) entgegen der von der zentralen Steuereinheit (110) ermittelten täglichen Nutzungsdauer für eine aktuelle Stromversorgung der zugeordnete Stromverbraucher-Einheit (130, 130‘, 130‘‘) nicht ausreichend ist.
Batterie-System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (160, 160‘, 160‘‘) jedes Stromspeicher-Elementes (120, 120‘, 120‘‘) zusätzlich zu einer Steuerung über die zentrale Steuereinheit (110) über ein mit dem allgemeinen Internet verbindbares persönliches elektronisches Gerät (190) wie ein Smartphone oder ein Tabletcomputer aktivierbar/ deaktivierbar ist.
Batterie-System (100) nach den Ansprüchen 4 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (111) für eine zumindest monodirektionale Kommunikation mit dem persönlichen elektronischen Gerät (190) ausgelegt ist.