DE9409780U1 - System zur elektrischen Energieversorgung insbesondere für Fahrräder - Google Patents
System zur elektrischen Energieversorgung insbesondere für FahrräderInfo
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Description
7076/+II/bu
Manfred Otto
Josephstraße 57, 44791 Bochum
System zur elektrischen Energieversorgung
insbesondere für Fahrräder
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 UG 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 UA 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
UG um eine aus Sinushalbwellen bestehende, pulsierende Gleichspannung, weshalb im folgenden bei Erwähnung
der Generatorgleichspannung UG 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 UÄ zugeführt ist.
Die Steuerlogik 10 stellt einen bestimmten Wert für eine Verbraucher-Sollspannung Usoli ein, z.B. Usoll = 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 Ueoll.
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 Usoll - der Generatorgleichspannung U0 und/
oder der Speichergleichspannung UA derart angesteuert, daß
die am Verbraucher 4 anliegende Istspannung Uist weitgehend
konstant auf der Höhe der Sollspannung Usoll gehalten wird.
In der Praxis treten nun die folgenden konkreten Fälle auf (die aufgrund der variablen Spannungen U0 und Ua 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 UBOll sowie andererseits
die Speichergleichspannung Ua größer/gleich der Sollspannung
Usoll bzw. größer oder gleich einer maximal zulässigen
Speicher-Ladespannung Umax, wobei Umax
> UsoU ist, und
zwar beträgt z.B. bei einer Sollspannung Usoll = 6 V im Falle
eines Blei-Akkumulators Umax etwa 7,2 V; würde dieser Wert
überschritten, könnte der Speicher wegen Überladung geschädigt oder gar zerstört werden.
Kurz gesagt gilt in diesem Fall :
Usoll 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
UsoU 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 Umax - 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 UG gleich der Sollspannung Usoll ist, erfolgt
natürlich keine Spannungsbegrenzung durch Taktung des ersten Schaltelementes T1, sondern in diesem Spezialfall
- 10 -
wird das erste Schaltelement T1 lediglich permanent durchgeschaltet,
so daß Uist = UBOll = UG ist.
2. Fall: Hohe Generatorgleichspannung bei geringer Ladung des Speichers.
In diesem zweiten Fall sind einerseits die Generatorgleichspannung
UG größer als die Sollspannung Usoli sowie andererseits
die Speichergleichspannung UÄ kleiner als die Sollspannung
Usoll bzw. kleiner als die oben unter dem 1. Fall
erläuterte maximale Speicherspannung Umax, so daß hier der
Speicher 6 durchaus noch geladen werden kann (bis auf Umax).
In diesem 2. Fall gelten folglich die Kurzbeziehungen:
U0 > Uaoll und
U0 > Uaoll 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
Uist gleich der Sollspannung Usoll 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
J !ill Il ·· ··· ····
- 11 -
In diesem Fall ist einerseits die Generatorgleichspannung U0 kleiner als die Sollspannung Usoll. Andererseits ist die
Speichergleichspannung UA größer/gleich der Sollspannung
UBoll, bzw. der Wert der Speicherspannung UA liegt zwischen
der Sollspannung Usoll und der maximalen Speicherspannung
Umax. Es gilt:
Usoll und
^ UA < Uraax.
^ UA < Uraax.
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 Uist auf die Sollspannung Usoll "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:
Usoll und
Umax.
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 Umax. Die Istspannung Uist
am Verbraucher wird elektronisch auf Usoll begrenzt.
5. Fall: Geringe Generatorspannung und "mittlere" Speicherspannung
("Teil-Entladung")
Hierbei gilt:
ug < u Soii und
ug < u Soii und
soll,
d.h. die Generatorspannung UG liegt im Bereich von 0 Volt
bis Usoll, und die Speicherspannung UA liegt zwischen UEOll und
einer speicherspezifischen, minimal zulässigen Speicherspannung Umin, die nicht unterschritten werden sollte, um
eine Tiefentladung zu vermeiden. Hierbei werden beide Schaltelemente T1 und T2 permanent durchgeschaltet, so daß
die Istspannung Ulst der Speicherspannung UÄ entspricht,
wobei eine anteilige Ladung (bei UG > UÄ) oder Entladung
(bei U0 < UA) 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 UG
kleiner als die Sollspannung Usoll sowie andererseits die
Speichergleichspannung UA kleiner als die unterhalb der
Sollspannung Usoll liegende, minimal zulässige Speicherspannung
Umin (speicher- bzw. akkuspezifische Entladespannung)
sind.
Es gilt:
ug < U5011 und
Bin
- 13 -
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
Uist gleich der Generatorgleichspannung UG. Hieraus
folgt, daß die Leuchte(n) L weniger hell leuchtet. Somit kann hier - ebenso wie beim 5. Fall - die Sollspannung
Usoll 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
Ua, erkennbar gemacht wird. Es handelt sich hierbei um einen
7. Fall. wobei die Speichergleichspannung UA kleiner als
die Sollspannung UsoU, aber noch größer als die
speicherspezifische Abschaltspannung Umln ist
(vgl. auch den 5. Fall).
Vorzugsweise wird dann von der Steuerlogik 10 die ursprüngliche, "normale" Sollspannung Usoll - und daher auch die Istspannung
Uist - 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 Usoll insbesondere 6 V vorgesehen. Es kann
jedoch zweckmäßig sein, die Höhe der Sollspannung Usoll 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
- 15 -
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)
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 (UA) 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 (UA) derart angesteuert werden, daß eine am Verbraucher (4) anliegende Istspannung
(UlBt) weitgehend konstant auf der Höhe eines vorbestimmten
Sollwertes (UBOll) gehalten wird.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung
(U0) größer als die Sollspannung (Usoll) sowie andererseits
die Speichergleichspannung (Ua) größer/gleich der Sollspannung (Usoll) bzw. gleich einer maximal zulässigen
Speicherspannung (UBax) 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 (UG) auf die Sollspannung (Usoll) begrenzt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung
(UG) größer als die Sollspannung (Usoll) sowie andererseits
die Speichergleichspannung (UA) kleiner als die Sollspannung (UEOll) bzw. kleiner als eine maximal zulässige
Speicher spannung (Umax) 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 (Uist) gleich der
Sollspannung (Usoll) ist.
4. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung (UG) kleiner als die Sollspannung (Usoll) und andererseits
die Speichergleichspannung (Ua) größer/gleich der
Sollspannung (Usoll) bzw. größer als die Sollspannung
— 3 —
(Usoll) und kleiner als eine maximal zulässige Speicherspannung
(Umax) 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 (Uist) gleich der Sollspannung (Usoll) ist.
5. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Fall, daß einerseits die Generatorgleichspannung (UG) größer als die Sollspannung (Usoll) und andererseits
die Speichergleichspannung (UA) größer/gleich der
Sollspannung (Usoll) bzw. größer als die Sollspannung
(Usoll) aber kleiner als eine maximal zulässige Speicherspannung
(Umax) sind, von der Steuerlogik (10) das
zweite Schaltelement (T2) permanent durchgeschaltet und
das erste Schaltelement (T1) derart impulsweitenmoduliert
getaktet werden, daß die Istspannung (Uist) auf
die Sollspannung (Usoll) 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 (Usoll) und andererseits
die Speichergleichspannung (UÄ) kleiner als die Sollspannung (Usoll), aber größer als eine minimal zulässige
Speicherspannung (Umin) sind, von der Steuerlogik
(10) beide Schaltelemente (T1, T2) permanent
durchgeschaltet werden, so daß die Ist-Spannung Ulst)
der jeweiligen Speichergleichspannung (Ua) entspricht.
ItI It ·· ■· ·· *
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 (UEOll) sowie andererseits
die Speichergleichspannung (UA) kleiner als eine unterhalb der Sollspannung (Usoll) liegende, minimal
zulässige Speicher spannung (Umin) 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
(Uist) gleich der Generatorgleichspannung (UG) ist.
8. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Fall, daß die Speichergleichspannung (UA) kleiner als die Sollspannung (Usoll), aber noch größer als eine
bestimmte minimal zulässige Speicherspannung (U1111n)
ist, von der Steuerlogik (10) die ursprüngliche Sollspannung (Usoll) - 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 (Usoll) 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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9409780U DE9409780U1 (de) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | System zur elektrischen Energieversorgung insbesondere für Fahrräder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9409780U DE9409780U1 (de) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | System zur elektrischen Energieversorgung insbesondere für Fahrräder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9409780U1 true DE9409780U1 (de) | 1994-08-04 |
Family
ID=6909953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9409780U Expired - Lifetime DE9409780U1 (de) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | System zur elektrischen Energieversorgung insbesondere für Fahrräder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9409780U1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4442005A1 (de) * | 1994-11-28 | 1995-04-20 | Klaus Peter Jaehnke | Dynamo, Scheinwerfer, Fahrräder mit integrierten, eingebauten Akku, Batteriebetrieb |
DE19545680C2 (de) * | 1995-12-07 | 2001-05-17 | Fer Fahrzeugelektrik Gmbh | Schaltnetzteil für eine Fahrradlichtmaschine |
EP1724901A1 (de) * | 2005-05-20 | 2006-11-22 | Shimano Inc. | Gleichstromversorgungsvorrichtung für durch Menschenkraft angetriebene Fahrzeuge |
EP1216916B2 (de) † | 2000-12-22 | 2013-07-03 | Shimano Inc. | Leistungssteuerungsschaltung für eine elektronische Einheit eines Fahrrads |
-
1994
- 1994-06-16 DE DE9409780U patent/DE9409780U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7292006B2 (en) | 2005-05-20 | 2007-11-06 | Shimano, Inc. | Controlled DC power supply for a human powered vehicle |
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