DE4226529A1 - Energieversorgungsschaltung - Google Patents
EnergieversorgungsschaltungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Energieversorgungsschaltung nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der Firmenschrift "SUPERCAP
APPLICATION GUIDE", NEC-Corporation, 1985, S. 1-17 sind
Schaltungen bekannt, die das gemeinsame Merkmal aufweisen, daß ein
Doppelschichtkondensator mit hoher Kapazität zur unterbrechungs
freien Stromversorgung eines Verbrauchers vorgesehen ist. Im Normal
betrieb wird die Energieversorgung des Verbrauchers entweder von
einer Batterie oder von einem Netzgerät mit Gleichstromausgang vor
genommen. Im Normalbetrieb kommt dem Kondensator keine Funktion zu.
Bei einem Ausfall der Netzenergie oder beispielsweise bei einem
Batteriewechsel übernimmt der Kondensator für eine vorgegebene Zeit
die Energieversorgung des Verbrauchers.
Aus der Fachzeitschrift "ELEKTRONIK", Heft 6, Franzis-Verlag
München, 1977, S. 53 ist eine Energieversorgungsschaltung bekannt,
die als Energiequelle Solarzellen und als Energiespeicher Konden
satoren enthält. Der Betrieb eines an die Energieversorgungs
schaltung angeschlossenen Verbrauchers ist
innerhalb eines Spannungsbereichs möglich, für den der Verbraucher
ausgelegt ist. Wenn die Solarzellen keine Energie abgeben, wird der
Verbraucher ausschließlich von der in den Kondensatoren ge
speicherten Energie versorgt. Nach Unterschreiten einer vom Ver
braucher abhängigen Mindestspannung an den Kondensatoren während
dieses Entladebetriebs ist der Verbraucher nicht mehr betriebsbereit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgungs
schaltung mit einem kapazitiven Energiespeicher anzugeben, der einen
Reservebetrieb ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale
gelöst.
Die erfindungsgemäße Energieversorgungsschaltung weist den Vorteil
auf, daß mit der zusätzlich zum kapazitiven Energiespeicher vorge
sehenen elektrochemischen Batterie jederzeit ein Reservebetrieb des
Verbrauchers, beispielsweise nach einem Absinken der Spannung am
kapazitiven Energiespeicher unter einen vorgegebenen Schwellwert,
möglich ist. Die Kapazität der Zusatzbatterie und somit deren
mechanischen Abmessungen können vergleichsweise klein gewählt
werden, weil der kapazitive Energiespeicher nach kurzer Zeit wieder
von einer Energiequelle aufladbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsge
mäßen Schaltung ergeben sich aus Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Schaltung eignet sich besonders in Verbindung
mit einem Solargenerator als Energiequelle. Der Solargenerator ist
mit der Schaltung entweder fest verbunden oder kann bedarfsweise mit
ihr verbunden werden. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für Ver
braucher geeignet, die einen vergleichsweise geringen Energiebedarf
aufweisen, der mit einem kleinen Solargenerator aufgebracht werden
kann. Die Energieversorgung des Verbrauchers wird bei einem Weg
bleiben des Energienachschubs durch den Solargenerator von der im
kapazitiven Speicher enthaltenen Energie gedeckt. Für den Fall, daß
auch die am kapazitiven Energiespeicher auftretende Spannung unter
einen Mindestwert absinkt, ist in jedem Fall mittels der Zusatz
batterie ein Reservebetrieb des Verbrauchers möglich.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß als Energiequelle eine mit
der Energieversorgungsschaltung verbindbare Netzenergiequelle oder
eine Batterieenergiequelle vorgesehen sind. Der wesentliche Vorteil
dieser Weiterbildung liegt darin, daß der kapazitive Energiespeicher
innerhalb kurzer Zeit wieder aufladbar ist, wobei die Aufladezeit im
wesentlichen von der Leistungsfähigkeit der Quelle und vom maximal
zulässigen Kondensatorstrom abhängt.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energieversorgungs
schaltung ist vorgesehen, daß die Schaltmittel handbetätigbar sind.
Diese Ausgestaltung weist den Benutzer durch eine Reduzierung der
Funktionsleistung des Verbrauchers oder durch einen Ausfall des
Verbrauchers darauf hin, daß der kapazitive Energiespeicher in
absehbarer Zeit wieder aufgeladen werden muß. Gleichzeitig kann vom
Benutzer der Reservebetrieb eingeschaltet werden.
Mit einer Rückstellfeder am Umschalter kann erreicht werden, daß der
Reservebetrieb von selbst wieder abgeschaltet wird.
In einer anderen Ausgestaltung ist eine selbständige Umschaltung
zwischen Normalbetrieb und Reservebetrieb vorgesehen. Die Um
schaltung erfolgt in Abhängigkeit beispielsweise von der am kapa
zitiven Energiespeicher liegenden Spannung, die ein Komparator mit
einer vorgegebenen Schwelle vergleicht, bei deren Unterschreitung
ein entsprechendes Schaltsignal für die Schaltmittel abgegeben wird.
Sowohl die Komparatorfunktion als auch die Schaltmittelfunktion
können von einer einzigen Diode übernommen werden, die in Serie mit
der Zusatzbatterie geschaltet ist, wobei die Serienschaltung
parallel zum kapazitiven Energiespeicher liegt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht eine An
zeigevorrichtung vor, die den Benutzer darauf aufmerksam macht, daß
bereits auf Reservebetrieb umgeschaltet wurde.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Energie
versorgungsschaltung ist die Anordnung des kapazitiven Energie
speichers in einem oder mehreren genormten Batteriegehäusen vorge
sehen. Diese Maßnahme ermöglicht ein Nachrüsten vorhandener Ver
braucher mit entsprechenden Batteriekästen oder zumindest die Ver
wendung von preisgünstig erhältlichen Batteriekästen bei neu zu
entwickelnden Verbrauchern.
Die erfindungsgemäße Energieversorgungsschaltung ist insbesondere
für tragbare Geräte mit geringem Energiebedarf geeignet. Derartige
Geräte sind beispielsweise Fernbedienungen für die unterschied
lichsten Anwendungen. Fernbedienungen werden beispielsweise im
Audio- und Videobereich verwendet. Weiterhin finden Fernbedienungen
beispielsweise zu Türbetätigungen, insbesondere Garagentorbe
tätigungen, oder beispielsweise bei Kraftfahrzeugen Verwendung.
Insbesondere beim Einsatz der Fernbedienung im Audio- und Video
bereich ist neben der Ausgestaltung der Energiequelle als Solar
generator zusätzlich die Ausgestaltung als Netzenergie- oder
Batterieenergiequelle zweckmäßigerweise vorzusehen, die beispiels
weise in dem fernzubedienenden Gerät angeordnet ist und die ein
rasches Nachladen des kapazitiven Energiespeichers ermöglicht, falls
die vom Solargenerator, der gegebenenfalls vorhanden ist, abgegebene
Energie nicht ausreichen sollte.
Besonders geeignet als kapazitive Energiespeicher sind Doppel
schichtkondensatoren, die bei gegebenen Abmessungen eine besonders
hohe Kapazität aufweisen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen ergeben sich
aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Be
schreibung.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Energiever
sorgungsschaltung mit zwei Energiequellen und Fig. 2 zeigt eine
andere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Energieversorgungs
schaltung.
Fig. 1 zeigt eine erste und zweite Stromversorgungsleitung 10, 11,
an die ein Kondensator 12 angeschlossen ist. Umschaltmittel 13 ver
binden eine weitere Stromversorgungsleitung 14 entweder mit der
ersten Stromversorgungsleitung 10 oder mit einer Zusatzbatterie 15,
deren anderer Anschluß an der zweiten Stromversorgungsleitung 11
liegt. Die weitere Stromversorgungsleitung 14 ist über weitere
Schaltmittel 16 mit einem Spannungswandler 17 verbunden, an dessen
Ausgang ein Verbraucher 18 angeschlossen ist.
Das Schaltmittel 13 kann mittels eines Schaltsignals 19 betätigt
werden, das am Ausgang eines Komparators 20 auftritt. Der Komparator
20 vergleicht die am Kondensator 12 auftretende Spannung mit einem
Schwellwert. Der Komparator 20 ist mit einer Warnvorrichtung 21
verbunden.
Die Stromversorgungsleitungen 10, 11 führen zu Anschlußklemmen 22,
23, an die eine Energiequelle anschließbar ist. In Fig. 1 sind zwei
Beispiele von Energiequellen eingezeichnet. Eine erste Energiequelle
24 enthält einen Solargenerator 25, der die von einer Strahlungs
quelle abgegebene Strahlung 26 in elektrische Energie umsetzt. In
Serie mit dem Solargenerator 25 ist eine Diode 27 geschaltet.
Als zweite Energiequelle 28 ist eine Gleichstromquelle 29 vorge
sehen, die in Serie mit einem Widerstand 30 geschaltet ist.
In Fig. 2 ist eine alternative Ausgestaltung der in Fig. 1 ge
zeigten Stromversorgungsschaltung gezeigt. Diejenigen Teile in Fig.
2, die mit den in Fig. 1 gezeigten Teilen unmittelbar oder zumin
dest funktionell übereinstimmen, sind in Fig. 2 mit denselben Be
zugszeichen wie in Fig. 1 versehen. In Fig. 2 ist in Serie zur
Zusatzbatterie 15 eine Diode 31 geschaltet. Die Serienschaltung 32,
welche die Zusatzbatterie 15 sowie die Diode 31 enthält, ist un
mittelbar zum Kondensator 12 parallel geschaltet.
Die erfindungsgemäße Energieversorgungsschaltung arbeitet folgender
maßen:
Die Energieversorgungsschaltung ist zur Bereitstellung elektrischer
Energie für den Verbraucher 18 vorgesehen. Die Schaltung enthält den
Kondensator 12 als kapazitiven Energiespeicher. Der Kondensator 12
kann auch aus mehreren Kondensatoren zusammengesetzt sein. Als Kon
densator 12 ist vorzugsweise ein hochkapazitiver Doppelschichtkon
densator, wie er beispielsweise in der Firmenschrift "SUPERCAP",
NEC-Corporation, 1984, S. 1-26 beschrieben ist.
Im Normalbetrieb des Verbrauchers 18 wird die benötigte Energie aus
dem Kondensator 12 entnommen. In dieser Betriebsart verbindet das
Schaltmittel 13, das beispielsweise als Umschalter ausgebildet ist,
die erste Stromversorgungsleitung 10 mit der weiteren Stromver
sorgungsleitung 14, die über das weitere Schaltmittel 16, das bei
spielsweise als Ein/Aus-Schalter ausgebildet ist, und über den
Spannungswandler 17 mit dem Verbraucher 18 verbunden ist. Bei einem
vorgesehenen Dauerbetrieb des Verbrauchers 18 kann der Schalter 16
entfallen.
Ein Verbraucher, der nur eine relativ geringe Spannungsschwankung
toleriert, kann durch die Verwendung des Spannungswandlers 17 an dem
kapazitiven Energiespeicher 12 betrieben werden, dessen Spannung von
der gespeicherten Energie abhängt. Der Spannungswandler 17 ist auf
den gewünschten Eingangsspannungsbereich auszulegen. Die Ausgangs
spannung sowie deren Toleranz sind auf den Verbraucher 18 abzu
stimmen.
Der Umschalter 13 ist in einer ersten Ausgestaltung manuell betätig
bar. In dieser Ausgestaltung hat ein Benutzer stets die freie Wahl
zwischen dem Normalbetrieb, bei dem die Energie aus dem Kondensator
entnommen wird und einem Reservebetrieb, bei dem die für den Ver
braucher 18 benötigte Energie aus der Zusatzbatterie 15 entnommen
wird. Die manuelle Betätigung des Umschalters 13 erfolgt beispiels
weise dann, wenn der Benutzer eine abnehmende Funktionsleistung des
Verbrauchers 18 oder ein völliges Ausbleiben der Verbraucherfunktion
feststellt.
Die Kapazität der Zusatzbatterie 15 kann vergleichsweise gering
bemessen werden, da die Zusatzenergie lediglich für den Reservebe
trieb auszulegen ist. Die Batteriespannung kann so gewählt werden,
daß sie wenigstens näherungsweise dem unteren, vom Verbraucher 18
oder vom Spannungswandler 17 noch tolerierten Eingangsspannungswert
entspricht.
In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Schaltmittel
13 als elektronisch betätigbarer Umschalter ausgebildet ist. In
dieser Ausgestaltung erhält der Umschalter 13 das Schaltsignal 19
zugeführt, das der Komparator 20 in Abhängigkeit von einem Vergleich
der am Kondensator 12 auftretenden Spannung mit einem vorgegebenen
Spannungsschwellwert abgibt. Der Spannungsschwellwert wird vorzugs
weise auf einen Wert, der knapp oberhalb der Spannung der Zusatz
batterie liegt, festgelegt. Beim Unterschreiten dieser Spannung wird
auf die Zusatzbatterie 15 umgeschaltet. In dieser Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung ist ein Umschalten auf
Reservebetrieb für den Benutzer nicht ohne weiteres erkennbar. Vor
teilhafterweise ist deshalb zusätzlich die Warnvorrichtung 21 vor
gesehen, die ein optisches oder/und akustisches Signal entweder beim
Umschalten auf Reservebetrieb oder dauernd während des Reservebe
triebs abgibt. Die Warnvorrichtung 21 ist beispielsweise vom Kompa
rator gesteuert. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schaltbild ist bei
spielsweise eine optische Anzeigevorrichtung in Form einer Leucht
diode eingetragen.
Die im Kondensator 12 gespeicherte Energie wird von einer Energie
quelle 24, 28 bereitgestellt, die mit den Anschlußklemmen 22, 23
verbindbar ist. In einer speziellen Ausgestaltung kann die Energie
quelle 24, 28 mit den Klemmen 22, 23 ständig verbunden sein. Als
erste Energiequelle 24 ist der Solargenerator 25 vorgesehen, der die
von einer Strahlungsquelle abgegebene Strahlung 26 in elektrische
Energie umsetzt. Die Diode 27 verhindert ein Entladen des Konden
sators 12 durch den Solargenerator 25 bei nicht ausreichender
Strahlung 26. Anstelle der ersten Energiequelle 24 oder zusätzlich
zur ersten Energiequelle 24 kann die zweite Energiequelle 28 vor
gesehen sein, die die Gleichstromquelle 29 aufweist. Die Gleich
stromquelle 29 ist über den Widerstand 32 mit den Klemmen 22, 23
verbindbar. Der Widerstand 32, der gegebenenfalls vorgesehen ist,
begrenzt den Ladestrom. Als Gleichstromquelle 29 kann beispielsweise
eine elektrochemische Batterie vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die
Gleichstromquelle 29 als Netzgerät mit Gleichstromausgang realisiert.
Die erfindungsgemäße Energieversorgungsschaltung eignet sich insbe
sondere für tragbare Verbraucher mit geringem Energieverbrauch. Eine
vorteilhafte Verwendung ist beispielsweise bei Fernsteuerungen
gegeben, die in den unterschiedlichsten Applikationen eingesetzt
werden. Fernsteuerungen werden beispielsweise im Audio- und Video
bereich, bei der Fernsteuerung von Toren, insbesondere von Garagen
toren sowie bei der Fernsteuerung von Kraftfahrzeugkarrosserieelek
tronik, wie beispielsweise Alarmanlagen, Zentralverriegelungsanlagen
und Sitz-/Spiegel-/Lenkradverstellungen eingesetzt.
Als Zusatzbatterie 15 eignet sich beispielsweise eine Batterie mit
einer geringen Selbstentladung. Als derartige Batterie ist bei
spielsweise eine Lithium-Zelle geeignet.
In Betriebssituationen, bei denen die zweite Energiequelle 28 nicht
verfügbar ist, die erste Energiequelle 24 entweder nicht verfügbar
ist oder der Solargenerator 25 momentan keine Energie abgeben kann,
ist bei der erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung stets noch
ein Reservebetrieb möglich.
Die zweite Energiequelle 28 ermöglicht ein rasches Nachladen der
Energie im Sekunden- oder Minutenbereich. Die zweite Energiequelle
28 ist vorzugsweise am oder in der Nähe des Einsatzortes der er
findungsgemäßen Schaltungsanordnung angeordnet. Bei Fernbedienungen
zur Steuerung von Audio- und Videoanlagen ist die zweite Energie
quelle 28 vorzugsweise unmittelbar in wenigstens einem der Geräte
untergebracht. Bei einer Ausgestaltung der Gleichstromenergiequelle
29 als elektrochemische Batterie kann auch die zweite Energiequelle
28 als tragbare Einheit konzipiert sein. Die erste Energiequelle 24
kann mobil oder stationär sein.
Die in Fig. 2 gezeigte alternative Ausgestaltung der erfindungsge
mäßen Stromversorgungsschaltung sieht eine selbständige Umschaltung
zwischen Normalbetrieb und Reservebetrieb des Verbrauchers 18 vor.
Die in Fig. 2 gezeigte Diode 31, die in Serie zur Zusatzbatterie 15
geschaltet ist, kann den in Fig. 1 gezeigten Komparator 20 sowie
das Umschaltmittel 13 ersetzen. In dieser einfachen Ausgestaltung
ist die Umschaltschwelle hauptsächlich durch die Diodendurchlaß
spannung festgelegt. Zur Variation der Schwelle, bei der die Über
nahme der Energieversorgung durch die Zusatzbatterie 15 stattfindet,
können unterschiedliche Diodentypen mit entsprechend unterschied
lichen Durchlaßspannungen oder Reihenschaltungen dieser Dioden vor
gesehen sein. Vorzugsweise wird jedoch eine Diode mit geringer
Durchlaßspannung gewählt und die Schwelle für die Energieübernahme
durch die Zusatzbatterie 15 im wesentlichen durch die Spannung der
Zusatzbatterie 15 festgelegt, weil eine hohe Durchlaßspannung der
Diode eine entsprechend höhere Verlustleistung bei Stromfluß
bedeuten würde. Die Batteriespannung ist so zu wählen, daß sie
unterhalb der im Normalbetrieb am Kondensator 12 auftretenden
Spannung liegt, jedoch ausreicht, die Funktion des Verbrauchers 18
zu gewährleisten. Die Spannung am Kondensator 12 fällt im Extremfall
auf die Leerlaufspannung der Batterie abzüglich des Spannungsabfalls
an der Diode 31. Die Diode 31 kann bei einer Ausführung als Leucht
diode gleichzeitig die Funktion der in Fig. 1 gezeigten Warnvor
richtung 21 übernehmen.
Eine Nachrüstung bereits vorhandener Geräte mit der erfindungsge
mäßen Energieversorgungsschaltung, insbesondere von Fernbedienungen,
die einen Batteriekasten zur Aufnahme von Batterien mit genormten
Abmessungen aufweisen, ist durch eine Weiterbildung möglich, die
zumindest die Anordnung des Kondensators 12 in einem genormten
Batteriegehäuse vorsieht. Bei neuen Entwicklungen kann unmittelbar
auf die sehr preisgünstig erhältlichen Batteriekästen zurückge
griffen werden.
Claims (12)
1. Stromversorgungsschaltung mit einer Energiequelle (24, 28), die
zumindest zeitweise mit einem kapazitiven Energiespeicher (12) ver
bindbar ist, dessen Kapazität derart bemessen ist, daß ein mit
elektrischer Energie zu versorgender Verbraucher (18) eine vorgeb
bare Zeit mit der im kapazitiven Energiespeicher (12) gespeicherten
Energie betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel
(13) vorgesehen sind, die den Verbraucher (18) mit einer elektro
chemischen Zusatzbatterie (15) verbinden, die einen Reservebetrieb
des Verbrauchers (18) ermöglicht.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Energiequelle (24) ein mit der Energieversorgungsschaltung verbind
barer Solargenerator (25, 26, 27) vorgesehen ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Energiequelle (28) eine mit der Energieversorgungsschaltung verbind
bare Gleichstromenergiequelle (29, 30) vorgesehen ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltmittel (13) manuell betätigbar sind.
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltmittel (13) als elektronisch betätigbarer Schalter ausgebildet
sind und daß ein Komparator (20) vorgesehen ist, der den Schalter
(13) in Abhängigkeit von einem Vergleich der am Kondensator (12)
liegenden Spannung mit einem vorgegebenen Spannungsschwellwert be
tätigt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Schaltmittel (13) eine Diode (31) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Warnvorrichtung (21) vorgesehen ist, die das Vorliegen des
Reservebetriebs oder zumindest das Umschalten auf Reservebetrieb
signalisiert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
kapazitive Energiespeicher (12) wenigstens einen Doppelschichtkon
densator enthält.
9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
der Kondensator (12) in einem genormten Batteriegehäuse unterge
bracht ist.
10. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung
zur Energieversorgung von tragbaren Verbrauchern (18).
11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Ver
braucher (18) eine Fernbedienung vorgesehen ist.
12. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltmittel (13) mit einer Rückstellfeder versehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4226529A DE4226529A1 (de) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | Energieversorgungsschaltung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4226529A DE4226529A1 (de) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | Energieversorgungsschaltung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4226529A1 true DE4226529A1 (de) | 1994-02-17 |
Family
ID=6465292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4226529A Withdrawn DE4226529A1 (de) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | Energieversorgungsschaltung |
Country Status (1)
Country | Link |
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8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
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