DE9409780U1 - System zur elektrischen Energieversorgung insbesondere für Fahrräder - Google Patents

Description

7076/+II/bu

Manfred Otto

Josephstraße 57, 44791 Bochum

System zur elektrischen Energieversorgung
insbesondere für Fahrräder

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur elektrischen Energieversorgung insbesondere für Fahrrad-Beleuchtungsanlagen, mit einem eine Generatorgleichspannung erzeugenden Generatorteil, mindestens einem Verbraucher und einem zumindest zeitweise zum Verbraucher und/oder zum Generatorteil parallel geschalteten, zum Bereitstellen einer Speichergleichspannung vorgesehenen Energiespeicher.

Bei bekannten Systemen der genannten Art (vgl. beispielsweise EP 0 021 266) wird im Stillstand des Fahrrades bzw. des Generators (Dynamos) die Beleuchtungsanlage durch ein Schaltglied vom Generatorbetrieb auf Akkumulatorbetrieb umgeschaltet. Hierdurch wird aber bei langsamer werdender Fahrt das Licht stetig immer dunkler, bis es nahezu ganz verlischt, dann aber bei Stillstand wegen des Umschaltens zum Akkubetrieb plötzlich wieder heller wird. Die Helligkeit hängt somit während der Fahrt von der Geschwindigkeit ab, so daß kein "Dauerlicht" mit konstanter Helligkeit zur Verfügung steht. Zudem ist hierbei die Ladung des Akkumulators unzureichend, so daß derartige Systeme nicht ohne externes Nachladen des Speichers auskommen, d.h. sie arbeiten nachteiligerweise nicht "autark" bzw. mit verminderter Spannung im Stand. Dynamos mit höherer Leistung können

nicht vorteilhaft eingesetzt werden, da sie zu Überspannungen bzw. Leistungsverlusten (Z-Dioden) führen.

Es sind auch Systeme bekannt, bei denen ein als Energiespeicher vorgesehener Akkumulator im Akkubetrieb über ein intermittierend wirkendes Schaltelement an die Verbraucher (Leuchten) angeschlossen wird, so daß dann die Leuchten im Stand aber nur blinken. Es handelt sich daher lediglich um eine "Notbeleuchtung". Im Dynamobetrieb soll dann der Akku taktweise aufgeladen werden, um die Beleuchtung nur wenig zu schwächen. Bei diesen bekannten Systemen ist vor allem nachteilig, daß nicht in allen Fahrsituationen ein konstantes Dauerlicht möglich ist, und außerdem reicht auch hier die Ladung nicht aus, um einen "autarken" Betrieb ohne externe Ladevorgänge zu ermöglichen.

Es sind zudem einfachere Beleuchtungsanlagen für Fahrräder bekannt, bei denen jeweils manuell vom Dynamobetrieb (Wechselstrom) zum Akkumulatorbetrieb (Gleichstrom) oder umgekehrt umgeschaltet werden muß. Dabei müssen die Akkus generell durch externe Ladegeräte geladen werden, weil diese Systeme nicht "autark", sondern gänzlich ohne interne Lademöglichkeit arbeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Energierversorgungssystem der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem in nahezu allen Fahrsituation und somit praktisch geschwindigkeitsunabhängig, d.h. sowohl bei schnellerer und langsamerer Fahrt als auch im Stand, ein konstantes Dauerlicht möglich ist und welches dabei "autark", d.h. mit interner Speicher-Ladung, sowie mit optimal geringer mechanischer Antriebsleistung des Generators arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in Reihe zum Verbraucher ein erstes elektronisches Schaltelement und in Reihe zum Energiespeicher ein zweites elektronisches Schaltelement angeordnet sind, wobei die Schaltelemente von einer Steuerlogik in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhe der Generatorgleichspannung (Effektivwert) und/oder der Speichergleichspannung derart angesteuert werden, daß eine am Verbraucher anliegende Istspannung weitgehend konstant auf der Höhe einer vorbestimmten Sollspannung gehalten wird. Dabei ist die Reihenschaltung aus Verbraucherin) und erstem Schaltelement ständig parallel zur Reihenschaltung aus Speicher und zweitem Schaltelement geschaltet, und die gesamte Parallelschaltung ist ständig oder über einen "Hauptschalter" mit dem Ausgang des Generatorteils, d.h. mit der Generatorgleichspannung, verbunden.

Erfindungsgemäß wird somit die für den oder die Verbraucher erforderliche Leistung mit unterschiedlichen Anteilen aus dem Generatorteil und/oder aus dem Energiespeicher entnommen, d.h. die Verbraucherleistung wird vorzugsweise elektronisch durch eine bestimmte, zum Teil mit Impulsweitenmodulation (PWM) getaktete Ansteuerung der elektronischen Schaltelemente aus den jeweils zur Verfügung stehenden Leistungen des Generatorteils und/oder des Speicher "zusammengesetzt" .

Beispielsweise ist im Stillstand des Generators dessen Anteil gleich Null, so daß dann der Speicher - sofern dieser genügend geladen ist - die Sollspannung bzw. die Verbraucherleistung gänzlich liefert.

Bei geringerer Drehzahl des Generators (langsamere Fahrt des Fahrrades) wird - bei ausreichend geladenem Speicher -

• ·

die eigentlich zu geringe Generatorleistung durch Entnahme einer Teilleistung aus dem Speicher so ergänzt, daß am Verbraucher jedenfalls die Sollspannung bzw. die Verbraucherleistung zur Verfügung steht. Dabei wirkt der Generator praktisch als "Stromquelle". Hierzu wird erfindungsgemäß das zweite Schaltelement ständig durchgeschaltet, während das erste Schaltelement impulsweitenmoduliert getaktet wird, wodurch dann dem Speicher Spannungsimpulse derart entnommen werden, daß die daraus resultierende Effektivspannung genau den noch benötigten Teil der Verbraucherleistung bewirkt.

Bei hoher Generatordrehzahl (schneller Fahrt) und "voll" geladenem Speicher wird die Leistung nur dem Generator entnommen, d.h. der Speicher wird durch Sperren des zweiten Schaltelementes abgekoppelt und so vorteilhafterweise vor Überladung geschützt. Dabei erfolgt dann erfindungsgemäß eine elektronische Spannungsbegrenzung der vom Generator erzeugten, gegebenenfalls zu hohen Generatorgleichspannung, vorzugsweise indem das erste Schaltelement durch die Steuerlogik impulsweitenmoduliert so getaktet wird, daß am Verbraucher als Effektivspannung die Sollspannung ansteht. Dadurch wird vorteilhafterweise nur gerade die Soll-Leistung umgesetzt, d.h. es wird erfindungsgemäß vermieden, daß überschüssige Leistung z.B. über Zenerdioden oder dergleichen als Verlustleistung in Wärme umgesetzt wird. Dies ist ein wesentlicher Vorteil für die Verwendung bei Fahrrädern, weil hierdurch der Fahrer nicht unnötig belastet wird, weil die mechanische Antriebsleistung stets minimiert ist.

Ist nun bei hoher Generatordrehzahl (schneller Fahrt) der Speicher entladen oder teilentladen, so wird die "überschüssige" Generatorleistung dazu ausgenutzt, den Speicher

zu laden. Dies bedeutet, daß die Generatorleistung elektronisch aufgeteilt wird, und zwar in die erforderliche Verbraucherleistung und eine Speicher-Ladeleistung. Dies wird vorzugsweise durch impulsweitenmodulierte Taktung des zweiten Schaltelementes erreicht, während das erste Schaltelement ständig durchgeschaltet ist.

Ist schließlich im Stillstand oder bei geringerer Drehzahl des Generators der Speicher nur teilgeladen oder sogar "leer", wird erfindungsgemäß der Speicher zum Schutz gegen Tiefentladung durch Sperren des zweiten Schaltelementes abgeschaltet, und die Istspannung am Verbraucher entspricht dann der Generatorgleichspannung, indem das erste Schaltelement ständig durchgeschaltet ist. Es handelt sich hierbei somit um den ungünstigsten Fall ("worst case"), in dem die Istspannung natürlich nicht auf der Sollspannung gehalten werden kann; eine Leuchte würde dann entsprechend dunkler leuchten oder - im Stand - sogar verlöschen. Die Anlage arbeitet dann wie ein normaler Fahrraddynamo.

Durch die Erfindung tritt der wesentliche Vorteil auf, daß ein Generator mit einer - im Vergleich zu bisher üblichen, durch elektromagnetische Maßnahmen oder Z-Dioden auf eine maximale Leistung begrenzten Generatoren - steileren Kennlinie verwendet werden kann. Hierbei bedeutet "steilere Kennlinie", daß die Leistung bei höheren Drehzahlen auf eine Maximalleistung ansteigt, die wesentlich größer als die aus der maximal zulässigen Spannung resultierende Verbraucherleistung ist. Hierdurch steht bereits in den unteren Drehzahlbereichen mehr Leistung bzw. eine höhere Spannung zur Verfügung, und die - eigentlich zu hohe - Maximalspannung ist dann durch die erfindungsgemäße, elektronische, vorteilhafterweise praktisch verlustleistungsfreie Spannungsbegrenzung absolut "unschädlich".

Das erfindungsgemäße System arbeitet dabei vorteilhafterweise auch ohne einen Energiespeicher. Dies bedeutet, daß bei gar nicht vorhandenem, ausgebautem oder defektem Speicher jedenfalls die Funktion einer üblichen Dynamoanlage gewährleistet ist, so daß jedenfalls die Anforderungen der Straßenverkehrszulassungsordnung (StVZO) erfüllt sind. Bei einer solchen erfindungsgemäßen "Mindest-Ausführung" ohne Speicher wäre auch das zweite Schaltelement entbehrlich, wobei aber erfindungsgemäß weiterhin über das erste Schaltelement die beschriebene elektronische Spannungsbegrenzung erfolgt, indem die Generatorgleichspannung durch Impulsbreitenmodulation des ersten Schaltelementes - praktisch verlustleistungsfrei - auf die Sollspannung begrenzt wird. Wenn dabei die Generatorgleichspannung kleiner/gleich der Sollspannung wird, so wird das erste Schaltelement permanent durchgeschaltet, so daß dann die Istspannung gleich der Generatorgleichspannung ist.

Bei der bevorzugten Verwendung eines Energiespeichers wird durch die Erfindung allerdings eine hohe Lebensdauer des Speichers erreicht, weil er vorteilhafterweise sowohl vor Überladung als auch vor Tiefentladung geschützt ist, so daß ein störungsbedingter "Ausfall" des Speichers sehr unwahrscheinlich ist.

Das erfindungsgemäße System arbeitet - in Verbindung mit einem geeigneten Generator - vorteilhafterweise "autark", d.h. bei üblichem Fahrbetrieb ist kein externes Nachladen des Energiespeichers erforderlich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels enthalten.

In der einzigen Zeichnungsfigur ist eine Schaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems als bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.

Demnach besteht das erfindungsgemäße System aus einem eine Generatorgleichspannung U_G erzeugenden Generatorteil 2, mindestens einem Verbraucher 4 und einem vorzugsweise als Akkumulator ausgebildeten Energiespeicher 6 (im folgenden stets kurz "Speicher" genannt). Der Speicher 6 ist zum Bereitstellen einer Speichergleichspannung U_A vorgesehen. Das Generatorteil 2 besteht vorzugsweise - wie dargestellt - aus einem Wechselstromgenerator G (insbesondere Permanentmagnet-Generator; "Dynamo") und einem nachgeschalteten Gleichrichter Gr, bei dem es sich bevorzugt um einen Zweiweg-Brückengleichrichter 8 handelt. Dadurch handelt es sich bei der am Ausgang des Generatorteils 2 anstehenden Generatorgleichspannung U_G um eine aus Sinushalbwellen bestehende, pulsierende Gleichspannung, weshalb im folgenden bei Erwähnung der Generatorgleichspannung U_G stets deren Effektivwert gemeint ist. Bei dem Verbraucher 4 handelt es sich insbesondere um eine oder mehrere parallele Leuchten L.

Der Speicher 6 ist zum Verbraucher 4 parallelgeschaltet, wobei erfindungsgemäß im Parallelzweig des Verbrauchers 4 diesem ein erstes elektronisches Schaltelement T₁ in Reihe vorgeschaltet ist, während im Parallelzweig des Speichers 6 diesem erfindungsgemäß ein zweites elektronisches Schaltelement T₂ in Reihe vorgeschaltet ist. Bei den beiden Schaltelementen T₁ und T₂ handelt es sich vorzugsweise um Feldeffekttransistoren (Power-MOS-FET, vorzugsweise in &eegr;-Kanal-Aus führung), deren Drain-Source-Strecke jeweils als Schalter wirkt, und deren Gate erfindungsgemäß von einer Steuerlogik 10 angesteuert wird.

Erfindungsgemäß kann mit Vorteil noch ein zusätzlicher (elektromechanischer) Schalter 12 ("Hauptschalter") vorgesehen sein, wobei dieser Schalter dann bevorzugt automatisch bei Aktivieren des Generators G eingeschaltet wird. Im dargestellten Beispiel ist der Schalter 12 vor dem Speicher 6 angeordnet.

Die Steuerlogik 10 liegt an der Generatorgleichspannung U₀ an. Ferner besitzt die Steuerlogik 10 einen Meßspannungseingang, dem die Speichergleichspannung U_Ä zugeführt ist. Die Steuerlogik 10 stellt einen bestimmten Wert für eine Verbraucher-Sollspannung U_soli ein, z.B. U_soll = 6 Volt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung (wird im folgenden noch erläutert werden) modifiziert die Steuerlogik 10 - je nach Betriebszustand - den Wert der Sollspannung U_eoll.

Erfindungsgemäß werden nun von der Steuerlogik 10 die beiden elektronischen Schaltelemente T₁ und T₂ in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhe - jeweils in Relation insbesondere zur Sollspannung U_soll - der Generatorgleichspannung U₀ und/ oder der Speichergleichspannung U_A derart angesteuert, daß die am Verbraucher 4 anliegende Istspannung U_ist weitgehend konstant auf der Höhe der Sollspannung U_soll gehalten wird.

In der Praxis treten nun die folgenden konkreten Fälle auf (die aufgrund der variablen Spannungen U₀ und U_a natürlich stetig ineinander überwechseln können):

1. Fall: Speicher geladen und hohe Generatorgleichspannung U₀ (hohe Generatordrehzahl bzw. schnelle Fahrt).

In diesem ersten Fall sind einerseits die Generatorgleich-

spannung U₀ größer als die Sollspannung U_BOll sowie andererseits die Speichergleichspannung U_a größer/gleich der Sollspannung U_soll bzw. größer oder gleich einer maximal zulässigen Speicher-Ladespannung U_max, wobei U_max > U_soU ist, und zwar beträgt z.B. bei einer Sollspannung U_soll = 6 V im Falle eines Blei-Akkumulators U_max etwa 7,2 V; würde dieser Wert überschritten, könnte der Speicher wegen Überladung geschädigt oder gar zerstört werden.

Kurz gesagt gilt in diesem Fall :

U_soll und

Es wird in diesem Fall erfindungsgemäß von der Steuerlogik 10 das zweite Schaltelement T₂ permanent gesperrt und dadurch der Speicher 6 abgeschaltet,während das erste Schaltelement T₁ derart impulsweitenmoduliert getaktet wird, daß hierdurch die Generatorgleichspannung U₀ auf die Sollspannung U_soU begrenzt wird, indem derart "breite" Steuerimpulse erzeugt werden, daß deren Effektivwert gleich der Sollspannung ist. Da in diesem Fall der Speicher 6 bereits ausreichend - vorzugsweise auf den Wert U_max - geladen ist, kann er abgeschaltet und so vor Überladung geschützt werden. Dem Generator wird vorteilhafterweise nur die gerade benötigte Verbraucherleistung entnommen, so daß keine überflüssige Leistung in Wärme umgewandelt wird; der Fahrer wird hierdurch entlastet.

In dem speziellen "Unter-Fall", daß die Generatorgleichspannung U_G gleich der Sollspannung U_soll ist, erfolgt natürlich keine Spannungsbegrenzung durch Taktung des ersten Schaltelementes T₁, sondern in diesem Spezialfall

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wird das erste Schaltelement T₁ lediglich permanent durchgeschaltet, so daß U_ist = U_BOll = U_G ist.

2. Fall: Hohe Generatorgleichspannung bei geringer Ladung des Speichers.

In diesem zweiten Fall sind einerseits die Generatorgleichspannung U_G größer als die Sollspannung U_soli sowie andererseits die Speichergleichspannung U_Ä kleiner als die Sollspannung U_soll bzw. kleiner als die oben unter dem 1. Fall erläuterte maximale Speicherspannung U_max, so daß hier der Speicher 6 durchaus noch geladen werden kann (bis auf U_max).

In diesem 2. Fall gelten folglich die Kurzbeziehungen:
U₀ > U_aoll und

Dabei wird dann von der Steuerlogik 10 das erste Schaltelement T₁ permanent durchgeschaltet,während das zweite Schaltelement T₂ derart impulsweitenmoduliert getaktet wird, daß dem Speicher 6 gerade ein solcher Anteil der vom Generatorteil 2 gelieferten Leistung zwecks Aufladung zugeführt wird, daß hierdurch die verbleibende Verbraucher-Istspannung U_ist gleich der Sollspannung U_soll ist. Somit wird im Verbraucher 4 wiederum nur die Soll-Leistung umgesetzt, und die "überschüssige" Leistung wird zum Laden des Speichers 6 verwendet.

3. Fall: Geringe Generatorgleichspannung (geringe Generatordrehzahl bzw. langsame Fahrt) bei "voller" Speicher-Ladung.

»I · III I · ·

I 111 · I I Il * III

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In diesem Fall ist einerseits die Generatorgleichspannung U₀ kleiner als die Sollspannung U_soll. Andererseits ist die Speichergleichspannung U_A größer/gleich der Sollspannung U_Boll, bzw. der Wert der Speicherspannung U_A liegt zwischen der Sollspannung U_soll und der maximalen Speicherspannung U_max. Es gilt:

U_soll und
^ U_A < U_raax.

Es wird dann erfindungsgemäß von der Steuerlogik 10 das zweite Schaltelement T₂ permanent durchgeschaltet, während das erste Schaltelement T₁ derart impulsweitenmoduliert getaktet wird, daß dem Speicher 6 gerade ein solcher Anteil der benötigten Verbraucherleistung entnommen wird,daß hierdurch die - eigentlich zu geringe - Verbraucher-Istspannung U_ist auf die Sollspannung U_soll "angehoben" wird. Somit übernimmt hierbei der Speicher 6 als "Stromquelle" eine "Teil-Speisung" des Verbrauchers 4,und der übrige Teil der gesamten benötigten Verbraucherleistung wird dann vom Generatorteil 2 geliefert.

4, Fall: Hohe Generatorspannung bei "im wesentlichen voller" Speicher-Ladung

Hierbei gilt:

U_soll und

U_max.

In diesem Fall werden die Schaltelemente T₁ und T₂ genau so angesteuert wir beim 3. Fall, wobei aber aufgrund der höheren Generatorspannung der Speicher entsprechend geladen wird, und zwar ggf. bis zum Wert U_max. Die Istspannung U_ist am Verbraucher wird elektronisch auf U_soll begrenzt.

5. Fall: Geringe Generatorspannung und "mittlere" Speicherspannung ("Teil-Entladung")

Hierbei gilt:
^ug < ^u _Soii und

_soll,

d.h. die Generatorspannung U_G liegt im Bereich von 0 Volt bis U_soll, und die Speicherspannung U_A liegt zwischen U_EOll und einer speicherspezifischen, minimal zulässigen Speicherspannung U_min, die nicht unterschritten werden sollte, um eine Tiefentladung zu vermeiden. Hierbei werden beide Schaltelemente T₁ und T₂ permanent durchgeschaltet, so daß die Istspannung U_lst der Speicherspannung U_Ä entspricht, wobei eine anteilige Ladung (bei U_G > U_Ä) oder Entladung (bei U₀ < U_A) des Speichers 6 auftritt.

6. Fall: Geringe Generatorgleichspannung bei gleichzeitig entladenem Speicher.

Hierbei handelt es sich eigentlich um den ungünstigsten Fall, wobei einerseits die Generatorgleichspannung U_G kleiner als die Sollspannung U_soll sowie andererseits die Speichergleichspannung U_A kleiner als die unterhalb der Sollspannung U_soll liegende, minimal zulässige Speicherspannung U_min (speicher- bzw. akkuspezifische Entladespannung) sind.

Es gilt:

^ug < U₅₀₁₁ und

_Bin

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Hierbei wird erfindungsgemäß von der Steuerlogik 10 das erste Schaltelement T₁ permanent durchgeschaltet, und das zweite Schaltelement T₂ wird permanent gesperrt. Hierdurch ist dann bei abgeschaltetem und somit vorteilhafterweise vor Tiefentladung geschütztem Speicher 6 die Verbraucher-Istspannung U_ist gleich der Generatorgleichspannung U_G. Hieraus folgt, daß die Leuchte(n) L weniger hell leuchtet. Somit kann hier - ebenso wie beim 5. Fall - die Sollspannung U_soll nicht gewährleistet werden. Die Anlage wirkt in diesem Fall bei entladenem oder fehlendem Speicher wie ein normaler Fahrraddynamo.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß dem Benutzer der Ladezustand des Speichers 6, d.h. insbesondere ein Absinken der Speichergleichspannung U_a, erkennbar gemacht wird. Es handelt sich hierbei um einen

7. Fall. wobei die Speichergleichspannung U_A kleiner als

die Sollspannung U_soU, aber noch größer als die

speicherspezifische Abschaltspannung U_mln ist (vgl. auch den 5. Fall).

Vorzugsweise wird dann von der Steuerlogik 10 die ursprüngliche, "normale" Sollspannung U_soll - und daher auch die Istspannung U_ist - auf eine reduzierte Sollspannung geändert, und zwar insbesondere impulsweise und mit einer als "Flakkern" sichtbaren Impulsfrequenz. Der Benutzer kann bei plötzlich dunkler werdendem Licht bzw. bei Auftreten des bevorzugten "Flackerns" rechtzeitig damit reagieren, daß er für eine Ladung des Speichers 6 sorgt, und zwar entweder wenn möglich - durch schnelleres Fahren (obiger 2. Fall) oder durch einen externen Ladevorgang. Ein positiver

"Nebeneffekt" dieser Maßnahme ist zudem, daß hierdurch die Speicher-Energie langer ausgenutzt, d.h. "über eine längere Zeit verteilt" werden kann.

Für die bevorzugte Anwendung bei Fahrrädern ist als "normale" Sollspannung U_soll insbesondere 6 V vorgesehen. Es kann jedoch zweckmäßig sein, die Höhe der Sollspannung U_soll veränderbar vorzusehen. Dies empfiehlt sich insbesondere für extrem langsam oder selten fahrende Benutzer; es sollte dann eine etwas geringere Spannung gewählt werden.

Im folgenden sollen noch einige vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale erläutert werden.

Der Brückengleichrichter 8 besteht bevorzugt aus Schottky-Dioden, die eine besonders geringe Verlustleistung haben.

Der Wechselstromgenerator G ist vorzugsweise derart phasenkompensiert, daß seine Wechselstrom-Wirkleistung insbesondere in demjenigen Drehzahl- bzw. Frequenzbereich erhöht wird, der beispielsweise bei einem Fahrrad einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 10 bis 15 km/h entspricht. Hierzu ist gemäß der Zeichnungsfigur in Reihe zu dem Wechselstromgenerator G ein Kondensator C angeordnet.

Die Steuerlogik 10 ist bevorzugt als Mikro-Controller ausgebildet.

Die Erfindung führt zu wesentlichen Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Es ist hier vor allem nochmals hervorzuheben, daß erstmals unter praktisch allen "normalen" Betriebsbedingungen ein Dauerlicht mit praktisch konstanter Helligkeit zur Verfügung steht. Vor allem bei geladenem

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Speicher wird zudem ein Generator-Leichtlauf erreicht, da die Umsetzung von Verlustleistung vermieden wird (wie sie beispielsweise über Zener-Dioden auftreten würde). Der Spannungsausgang ist kurzschlußfest. Es ist ohne weiteres möglich, über die Steuerlogik 10 ein automatisches Ausschalten der Verbraucher (des Standlichts) nach einer bestimmten Zeit ab Stillstand vorzusehen. Ferner kann auch ein automatisches Wieder-Einschalten bei beginnender Generator-Rotation vorgesehen sein.

Die Erfindung ist nicht auf das konkret dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. So kann - wie bereits ausgeführt - das erfindungsgemäße System auch ohne Speicher ausgeführt sein. Ferner kann beispielsweise anstelle eines Akkumulators grundsätzlich auch ein Kondensator als Energiespeicher vorgesehen sein. Zudem könnte ein solches System zur Spannungsbegrenzung auch - anstelle von PWM-Taktung - mit sogenannten "Längsreglern" ausgebildet sein, wobei Transistoren als regelbare Widerstände wirken. Im übrigen ist die Erfindung auch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims (16)

7076/+II/bu Manfred Otto Josephstraße 57, 44791 Bochum Ansprüche

1. System zur elektrischen Energieversorgung insbesondere für Fahrrad-Beleuchtungsanlagen, mit einem eine Generatorgleichspannung (U₀) erzeugenden Generatorteil (2), mindestens einem Verbraucher (4) und einem zumindest zeitweise zum Verbraucher (4) und/oder zum Generatorteil (2) parallel geschalteten, zum Bereitstellen einer Speichergleichspannung (U_A) vorgesehenen Energiespeicher (6),

dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum Verbraucher (4) ein erstes elektronisches Schaltelement (T₁) und in Reihe zum Energiespeicher (6) ein zweites elektronisches Schaltelement (T₂) angeordnet sind, wobei die Schaltelemente (T₁, T₂) von einer Steuerlogik (10) in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhe der Generatorgleichspannung (U₀) und/oder der Speichergleichspannung (U_A) derart angesteuert werden, daß eine am Verbraucher (4) anliegende Istspannung (U_lBt) weitgehend konstant auf der Höhe eines vorbestimmten Sollwertes (U_BOll) gehalten wird.

2. System nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung (U₀) größer als die Sollspannung (U_soll) sowie andererseits die Speichergleichspannung (U_a) größer/gleich der Sollspannung (U_soll) bzw. gleich einer maximal zulässigen Speicherspannung (U_Bax) sind, von der Steuer logik (10) das zweite Schaltelement (T₂) permanent gesperrt und dadurch der Energiespeicher (6) abgeschaltet sowie das erste Schaltelement (T₁) derart impulsweitenmoduliert getaktet werden, daß die Generatorgleichspannung (U_G) auf die Sollspannung (U_soll) begrenzt wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung (U_G) größer als die Sollspannung (U_soll) sowie andererseits die Speichergleichspannung (U_A) kleiner als die Sollspannung (U_EOll) bzw. kleiner als eine maximal zulässige Speicher spannung (U_max) sind, von der Steuerlogik (10) das erste Schaltelement (T₁) permanent durchgeschaltet sowie das zweite Schaltelement (T₂) derart impulsweitenmoduliert getaktet werden, daß dem Energiespeicher (6) gerade ein solcher Anteil der Leistung zwecks Aufladung zugeführt wird, daß hierdurch die Verbraucher-Istspannung (U_ist) gleich der Sollspannung (U_soll) ist.

4. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung (U_G) kleiner als die Sollspannung (U_soll) und andererseits die Speichergleichspannung (U_a) größer/gleich der Sollspannung (U_soll) bzw. größer als die Sollspannung

&mdash; 3 &mdash;

(U_soll) und kleiner als eine maximal zulässige Speicherspannung (U_max) sind, von der Steuerlogik (10) das zweite Schaltelement (T₂) permanent durchgeschaltet sowie das erste Schaltelement (T₁) derart impulsweitenmoduliert getaktet werden, daß dem Energiespeicher (6) gerade ein solcher Anteil der benötigten Leistung entnommen wird, daß hierdurch die Verbraucher-Istspannung (U_ist) gleich der Sollspannung (U_soll) ist.

5. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung (U_G) größer als die Sollspannung (U_soll) und andererseits die Speichergleichspannung (U_A) größer/gleich der Sollspannung (U_soll) bzw. größer als die Sollspannung (U_soll) aber kleiner als eine maximal zulässige Speicherspannung (U_max) sind, von der Steuerlogik (10) das zweite Schaltelement (T₂) permanent durchgeschaltet und das erste Schaltelement (T₁) derart impulsweitenmoduliert getaktet werden, daß die Istspannung (U_ist) auf die Sollspannung (U_soll) begrenzt und der Speicher (6) entsprechend geladen werden.

6. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung (U₀) kleiner als die Sollspannung (U_soll) und andererseits die Speichergleichspannung (U_Ä) kleiner als die Sollspannung (U_soll), aber größer als eine minimal zulässige Speicherspannung (U_min) sind, von der Steuerlogik (10) beide Schaltelemente (T₁, T₂) permanent durchgeschaltet werden, so daß die Ist-Spannung U_lst) der jeweiligen Speichergleichspannung (U_a) entspricht.

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7. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung (U₀) kleiner als die Sollspannung (U_EOll) sowie andererseits die Speichergleichspannung (U_A) kleiner als eine unterhalb der Sollspannung (U_soll) liegende, minimal zulässige Speicher spannung (U_min) sind, von der Steuerlogik (10) das erste Schaltelement (T₁) permanent durchgeschaltet und das zweite Schaltelement (T₂) permanent gesperrt werden, so daß dann bei abgeschaltetem Energiespeicher (6) die Verbraucher-Istspannung (U_ist) gleich der Generatorgleichspannung (U_G) ist.

8. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß die Speichergleichspannung (U_A) kleiner als die Sollspannung (U_soll), aber noch größer als eine bestimmte minimal zulässige Speicherspannung (U_1111n) ist, von der Steuerlogik (10) die ursprüngliche Sollspannung (U_soll) - insbesondere impulsweise und mit einer sichtbaren Impulsfrequenz - auf einen reduzierten Sollwert geändert wird.

9. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Sollspannung (U_soll) variabel ist.

10. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Generatorteil (2) aus einem Wechselstromgenerator (G) mit nachgeschaltetem Gleichrichter (Gr), insbesondere Zweiweg-Brückengleichrichter (8), besteht.

11. System nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß der Brückengleichrichter (8) aus Schottky-Dioden besteht.

12. System nach Anspruch 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator (G) eine steile Drehzahl-/
Leistungskennlinie mit einer Maximalleistung besitzt, die größer als die aus der maximal zulässigen Verbraucher-Spannung resultierende Verbraucherleistung ist.

13. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator (G) derart phasenkompensiert ist, daß seine Wechselstrom-Wirkleistung insbesondere in dem Drehzahl- bzw. Frequenzbereich erhöht wird, der z.B. bei einem Fahrrad einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 10 bis 15 km/h entspricht.

14. System nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Wechselstromgenerator (G) ein Kondensator (C) angeordnet ist.

15. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltelemente (T₁, T₂) durch Feldeffekttransistoren, insbesondere MOS-FET, gebildet sind.

16. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (10) als Mikro-Controller ausgebildet ist.