DE29824235U1

DE29824235U1 - Vorrichtung zur Energieversorgung von tragbaren Elektrogeräten

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Publication number: DE29824235U1
Application number: DE29824235U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2008-06-18

Description

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Vorrichtung zur Energieversorgung von tragbaren Elektrogeräten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieversorgung von tragbaren Elektrogeräten nach dem Hauptpatent.

.. (Patentanmeldung 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.

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.

Aufgabe

Die Aufgabe der Erfindung wird in der Verbesserung der betrieblichen Eigenschaften der Vorrichtung bezüglich der bisher beobachteten Mängel gesehen.

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 Kodensatoren, 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.

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.

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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. 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.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung, bei der anstelle eines Akkumulators 5 im Hauptpatent ein anderer Energiespeicher, in diesem Fall ein Kodensator 25 mit den Solarzellen 3 kombiniert ist. Durch die Verwendung eines Kodensators 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 entlad 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.

In Figur 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 Kodensator 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.

In Figur 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 la 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

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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
Kodensator 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 Elektrolysevorgang 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.

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Claims

1. Vorrichtung zur Energieversorgung von Elektrogeräten mit einer aus wenigstens einer Solarzelle bestehenden Solarzellenanordnung, einem an letztere angeschlossenen ersten Energiespeicher, externen Anschlüssen und Mitteln zur Aufstellung der Vorrichtung, bei welcher der in Flachbauweise ausgeführte erste Energiespeicher als hintere und die Solarzellenanordnung (3) als vordere Begrenzung an einem Träger angebracht sind und daß wenigstens eine Anschlußmöglichkeit für ein Elektrogerät besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Energiespeicher kein Akkumulators ist, und daß zusätzlich ein oder mehrere andere in Flachbauweise ausgeführte Energiespeicher mit der Solarzellenanordnung (3) kombinierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenanordnung (3) mit einem Kondensator (25) kombiniert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenanordnung (3) zusätzlich mit einem Akkumulator (5) kombiniert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung des von der Solarzelleneinheit (3) dargestellten Wasserstoffs ein Wasserstoffspeicher (27) eingesetzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung des Wasserstoffs mit Hilfe eines Miniaturelektrolyseurs (28) stattfindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieumwandlung eine Brennstoffzelle (26) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenanordnung (3) zusätzlich mit einem Kondensator (25) kombiniert ist.