EP4088359A2 - Vorrichtung mit einer steuervorrichtung und verfahren zur steuerung einer energieversorgung der vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung mit einer steuervorrichtung und verfahren zur steuerung einer energieversorgung der vorrichtung

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EP4088359A2
EP4088359A2 EP21700162.7A EP21700162A EP4088359A2 EP 4088359 A2 EP4088359 A2 EP 4088359A2 EP 21700162 A EP21700162 A EP 21700162A EP 4088359 A2 EP4088359 A2 EP 4088359A2
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EP
European Patent Office
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consumers
energy source
energy
less
control
Prior art date
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Pending
Application number
EP21700162.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sabah Badri-Höher
Uwe Björn Ruhland
Lukas SCHÄFER
Lars Wolff
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Fachhochschule Kiel
Original Assignee
Fachhochschule Kiel
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Filing date
Publication date
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a control device and a method for controlling an energy supply of a device.
  • the invention also relates to a device with such a control device.
  • the present invention is used in particular in connection with those devices which themselves have an energy source for providing electrical energy and at least two consumers of electrical energy.
  • the question arises as to how the at least two consumers are supplied with electrical energy from the at least one energy source.
  • the supply of at least two consumers with electrical energy follows Ohm's law and possibly other fundamental laws of physics, ie there is essentially no control of the energy supply for the at least two consumers.
  • the inventors have recognized that such a system for supplying energy is inadequate for many applications, in particular when the energy requirement of the at least two consumers cannot (no longer) or cannot (no longer) completely be covered by the energy source.
  • the inventors have also recognized that in such a device the energy supply to the consumers is unregulated and, under certain circumstances, breaks down unpredictably.
  • Devices with at least one energy source, at least two consumers and a control device are also known from the prior art, in which the control device controls a supply of the at least two consumers with electrical energy from the at least one energy source.
  • an object of the invention to provide an alternative control device, an alternative device with such a control device or an alternative control method, in particular an improved control device, an improved device with such a control device or an improved control method.
  • a device has: at least one energy source for providing electrical energy, at least two consumers of electrical energy and an electronic control device for controlling a supply of the at least two consumers with electrical energy from the at least one energy source, the electronic control device being set up for this is the supply of the at least two consumers with electrical energy based on a hardware, firmware and / or software control, depending on a measured and / or determined from existing technical parameters of the at least one energy source, in particular calculated, state of the at least one energy source to regulate wherein the hardware, firmware and / or software control is set up for an external intervention for a follow-up control.
  • state can in particular be understood to mean whether or to what extent the at least one energy source can supply the at least two consumers with electrical energy. In this context, it can also be taken into account how long or up to what point in time is to be expected that the at least one energy source can supply the at least two consumers with (sufficient) electrical energy.
  • a measured technical parameter can be determined by direct measurement, for example the output voltage of a battery (if the energy source has or is, for example, a battery).
  • the term “measured technical parameters” preferably also includes parameters that are indirectly determined, but nonetheless based on a measurement, in the present case. For example, a remaining amount of energy in a battery can be determined by measuring the output voltage (and possibly in combination with other measured or existing parameters).
  • the measurement of a parameter does not necessarily have to take place on or in the device itself.
  • a measurement can namely also be carried out by an external device which interacts with the device according to the invention.
  • the device is a vehicle, for example, the position of the vehicle and thus possibly a distance covered by the vehicle can be detected by an external device, for example by a satellite-supported positioning system or by sensors in the vicinity of the vehicle.
  • An existing technical parameter can in particular mean parameters that result from a data sheet of the energy source or that are otherwise already known. This can include, for example, the maximum energy content of a battery, the maximum output voltage of a battery or solar cell or the maximum fill quantity of a tank of a fuel cell, etc.
  • a hardware, firmware and / or software control is preferably understood to be a control that is or is defined by or with the assistance of hardware, firmware and / or software.
  • an external intervention is preferably understood to mean that the intervention is not carried out, caused or triggered by the device itself.
  • a follow-up control is preferably understood to mean that it is at least partially or completely defined how the supply of electrical energy to the at least two consumers is to be controlled.
  • the subsequent regulation then has priority over the regulation.
  • aspects of the regulation remain under the follow-up regulation.
  • the follow-up regulation can provide that parts of the regulation are overridden, but that the regulation is otherwise (continued).
  • the intervention comprises the transmission of an instruction, the device having means for receiving the instruction from a further device or a user so that the follow-up regulation is followed, in particular this is carried out.
  • the means for receiving the instruction can for example have a wired or wireless interface via which the instruction can be transmitted to the device.
  • the interface can be designed so that a user can communicate directly with the device (in particular can transmit an instruction to it), for example in the form of an input keyboard or even just a single switch, sensor or the like.
  • the interface can, however, also be designed in such a way that a user can communicate with the device only indirectly, that is to say with the aid of a further device.
  • a further device can be, for example, a remote control, a smartphone or some other input device.
  • the transmission of an instruction does not necessarily have to come from a user or be initiated explicitly, but can be done by another device. processing can be carried out without the participation of a user, for example when the further device detects that one or more criteria are met.
  • the instruction can specify the follow-up control.
  • the instruction can contain in detail the steps or the like to be carried out according to the subsequent regulation.
  • the device can proceed according to the follow-up regulation, even if the follow-up regulation of the device was not or not fully known up to the receipt of the instruction.
  • the follow-up regulation may have been stored beforehand, in particular in the device or in such a way that the device has access to the follow-up regulation, and the device is set up to be prompted by the instruction to proceed according to the follow-up regulation.
  • the instruction does not have to specify the follow-up control (with individual steps, etc.) in detail because the follow-up control was already known to the device or the device had access to the follow-up control before the instruction was received.
  • This alternative has the particular advantage that the instruction can be very brief.
  • At least one technical parameter of the at least one energy source is a remaining amount of energy, in particular a usable amount of energy, an emergency reserve, a capacity, a state of charge, an age and / or an aging state of the at least one energy source.
  • the device can be operated, for example, in such a way that at a stage in which it can be foreseen that the energy source can only (completely) supply the at least two consumers with energy for a comparatively short time, only those of the at least two consumers are supplied with electrical energy that carry out important or essential functions, while other consumers who do not carry out any important or essential functions are not (no longer) or not (no longer) fully supplied with electrical energy.
  • the electronic control device is set up to also use at least one measured and / or available technical parameter when regulating the supply of the at least two consumers with electrical energy. at least one of the at least two consumers to be taken into account, preferably several or all consumers.
  • a first consumer which in comparison to a second consumer loads the energy source less, is preferably supplied with electrical energy compared to the second consumer.
  • the term “comparatively less load” can be understood in particular to mean that the consumer in question is or can be operated with a lower voltage and / or current strength compared to another consumer and / or that the consumer in question is operated in comparison to another consumer has a lower power consumption.
  • the term “operate preferentially” is or can be understood in particular to mean that the relevant consumer is operated with the voltage and / or current intensity and / or power that it “wishes”, while another consumer is operated with a lower level Voltage and / or amperage and / or power as "desired” by him.
  • this term can also be understood to mean that the consumer in question is operated for a longer period of time than another consumer. This can mean, for example, that the consumer in question is only switched off later than another consumer and / or that the consumer in question is operated continuously, while another consumer is operated intermittently. In this way it can be achieved, for example, that at least some functions of the totality of the consumers are retained for as long as possible.
  • the at least one energy source has at least two units which are set up in particular to provide different voltages, and / or wherein the at least one energy source has at least one of the following: a battery, a photovoltaic module, a fuel cell Combustion powered generator a wind or water powered generator a solar powered generator. Because the at least one energy source has at least two units, the flexibility of the device can be increased. This flexibility can manifest itself in various ways. Some examples are listed here:
  • a first unit can be provided for "normal operation" of the device, while a second unit serves as a reserve, for example if a malfunction occurs in the first unit or if it can no longer (completely) ensure the supply of the consumer.
  • a first consumer can be supplied with electrical energy by a first unit and a second consumer by a second unit.
  • control device can ensure through suitable control or switching that the loads are supplied with a (different) voltage that is suitable for them.
  • the control device allows the at least two units to be connected in series, and in turn the control device can supply the voltage increased by the series connection to at least one consumer. In this case, the control device can ensure that another consumer, for example, is supplied with the voltage from only one unit. In particular, if the at least two units can provide different voltages, the flexibility can be increased further.
  • the invention is used in particular with the above-mentioned types of energy source (battery, photovoltaic module, fuel cell or the above-mentioned types of generators) because the voltage, current, power, amount of energy and / or amount of charge is generally limited here.
  • the device has no permanent, in particular no electrical connection to a public power supply network and / or represents an autonomous system, in particular a mobile system, in particular a portable system, and / or the maximum electrical power that the device can provide is at most 1 MW, in particular less than 500kW, less than 200kW, less than 100kW, less than 50kW, less than 20kW, less than 10kW, less than 5kW, less than 2kW, less than 1kW, less than 500W, less than 200W, less than 100W, less than 50W, less than 20W, less than 10W, less than 5W, less than 2W or less than 1W, and / or the maximum achievable electrical power of the device is at least 1W, in particular at least 2W, in particular at least 5W, in particular at least 10W, in particular at least 20W, in particular at least 50W, in particular at least 100W, in particular at least 200W, in particular little At least 500W, in particular at least 1kW, in particular at least 2kW, in particular at least 5kW, in
  • a device without a permanent electrical connection to a public power supply network can be, for example, a rechargeable battery or fuel cell that can be connected to a public power supply network for recharging. Under certain circumstances, however, it can also be an energy source that in principle has a permanent electrical connection to a public power supply network, but that this connection is interrupted by a switch or the like and / or with a wired connection to a public power supply network exists, but this or this is not permanently under tension.
  • a device without an electrical connection to a public power supply network can, for example, be a vehicle, in particular an aircraft, in particular a drone, or be part of such, and can, for example, obtain the required energy from a photovoltaic module, in particular without ever to be connected to a public power supply network.
  • the device can also represent a self-sufficient system, in particular a mobile system, in particular a portable system.
  • the boundaries to the examples mentioned above are fluid.
  • An example of a self-sufficient system is therefore not only a vehicle, but also, for example, a stationary device, such as a local power supply network that is not connected to a public power supply network, for example a small island or a small (particularly remote) settlement, research station, etc. .
  • a mobile system not only includes a vehicle (for transporting people or goods), but also drones that, for example, only carry a camera but are not primarily intended to transport the camera from a first location to a second location.
  • a mobile system also includes any other devices that are not essentially rigidly attached relative to their surroundings. This also includes portable systems, such as a laptop computer, a tablet device or a smartphone, or generally a device that can be carried by a person.
  • the present invention relates with regard to the performance information listed above preferably not to large or very large systems such as a power plant, but rather to medium-sized, small or very small devices.
  • control device is set up to be supplied with electrical energy from the at least one energy source.
  • the device has means for determining a voltage and / or a current at at least one point, in particular at two or more points, of the device, the device in particular having means for communicating determined voltages and / or currents to the control device has, in particular special to a microcontroller of the control device, in particular via a UART interface or a CAN bus.
  • the device can be monitored in a suitable manner or can monitor itself. In this way, in particular, conclusions can be drawn about technical parameters of the energy source and / or the consumer or their state. Likewise, anomalies or malfunctions of the device can possibly be recognized in this way.
  • the points at which a voltage and / or a current can be determined can be, for example, points on or in the electrical lines to the at least two consumers, in particular at a suitable point for each of the at least two consumers, so that a voltage and / or current measurement and / or the monitoring of a state for each of the at least two consumers can in particular take place separately.
  • the means for determining a voltage and / or a current can also be designed such that they can themselves carry out a specific measure in response to a voltage and / or current measurement, for example the interruption of an electrical connection by a switch or the like. Additionally or alternatively, however, as mentioned above, the device can also have means for communicating determined voltages and / or currents to the control device. In this way, the determined voltages and / or currents can be processed by the control device and, if necessary, stored, and the control device can initiate suitable measures on the voltage or current information, for example the interruption of an electrical connection, for example to one or more of the loads, or can de-energize certain areas of the device.
  • the at least one energy source has at least one battery and the control is set up to protect the at least one battery from deep discharge and / or to protect the at least two consumers from overvoltages when the battery is being charged.
  • the service life of the battery and / or the consumer or the device as a whole can possibly be extended.
  • control is set up to energize the at least two consumers so that the maximum strength of the total required current is reduced, and / or energize the at least two consumers with a time delay, and / or increase a current for energizing to slow down at least one of the at least two consumers.
  • Such a control can be implemented, for example, by means of suitable switches or other electronic components.
  • the device can in turn be operated as gently as possible and, if necessary, its service life can be extended.
  • the device has a switching means for applying voltage to the at least two consumers and / or for energizing the at least two consumers, in particular wherein the switching means has at least one solid-state relay and / or at least one reed contact.
  • the control device can determine which consumer is supplied with energy and when.
  • Low-loss switching means for example those mentioned above, are suitable for this purpose.
  • the device has at least one sensor, in particular at least one water sensor, the at least one sensor being set up to detect a potentially harmful event for the device, in particular a short circuit or the presence of water, and in particular where the control The device is set up, in response to the detection of a potentially harmful event, to change the supply of electrical energy to the at least two consumers or at least a partial area of the device, in particular to reduce it, in particular to interrupt it.
  • the device can be operated as safely as possible, in particular an operation that protects the device and / or a user or, in general, the environment of the device from harmful events.
  • a second aspect of the invention relates to a device comprising: at least one energy source for providing electrical energy, at least two consumers of electrical energy and an electronic control device for controlling a supply of the at least two consumers with electrical energy from the at least one energy source, wherein the electronic control device is set up to supply the at least two consumers with electrical energy based on a hardware, firmware and / or software control, depending on a measured and / or determined from existing technical parameters of the at least one energy source, in particular to regulate the calculated state of the at least one energy source, wherein the device is set up to the measured and / or determined, in particular calculated, state of the at least one energy source by means of a UART interface or via a Capture CAN bus.
  • the status of the at least one energy source can be recorded or monitored in a particularly advantageous manner.
  • the acquired information can then be used by the control device.
  • a third aspect of the invention relates to a control device for use in one of the devices described above.
  • a fourth aspect of the invention relates to a method for controlling a device, the device having at least one energy source for providing electrical energy and at least two consumers of electrical energy, the method electronically controlling a supply of the at least two consumers with electrical energy from the has at least one energy source, the method supplying the at least two consumers with electrical energy based on a hardware, firmware and / or software control, depending on a measured and / or determined from existing technical parameters of the at least one energy source, In particular, the calculated state of the at least one energy source is carried out, the hardware, firmware and / or software control being set up for an external intervention for a follow-up control.
  • Fig. 1 shows, at least partially schematically, an embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 2 shows, at least partially schematically, a further embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 3 shows a flow chart of an embodiment of a fiction, contemporary method.
  • Fig. 1 shows, at least partially schematically, an embodiment of a device according to the invention. 1 shows in particular components of the device and electrical connections between them.
  • the device 100 has a first consumer 1 of electrical energy and a second consumer 2 of electrical energy.
  • the device 100 has an energy source 3 for providing electrical energy and an electronic control device 4 for controlling a supply of the loads 1 and 2 with electrical energy from the energy source 3.
  • the energy source 3 has two electrical connections 31 and 32. If the energy source 3 is a battery, this can be, for example, the (plus and minus) poles of the battery. As a variant of this, the energy source 3 can also have further electrical connections. In addition, the energy source 3 can optionally provide an alternating voltage.
  • the basic structure of the circuit shown in Fig. 1 provides that the consumers 1 and 2 and the control device 4 are connected in parallel to each other and are supplied by electrical lines (shown as solid, straight lines) that the voltage, which is applied between the connections 31 and 32 of the energy source 3, also (essentially) applied to the consumers 1 and 2 and the device 4 Steuervorrich.
  • the consumers 1 and 2 and the control device 4 are thus supplied with electrical energy from the energy source 3.
  • a switching means 11 or 21 (hereinafter also referred to as “switch” for short) and an ammeter 13 or 23 are arranged in or on each supply line to the loads 1 and 2, respectively. These are each arranged in series with the consumers 1 and 2, so that the switches 11 and 21 can interrupt the flow of current to the consumers 1 and 2 and the ammeters 13 and 23 the current in the lines to the consumers 1 or 2 can measure.
  • the switches 11 and 21 are connected to the control device 4 by further electrical lines 12 and 22, so that the control device 4 can actuate the switches 11 and 21 in order to control the supply of the loads 1 and 2 with electrical energy.
  • the control device 4 can have a microcontroller 40 which can actuate the switches 11 and 21 according to a regulation.
  • the regulation can essentially be implemented by hardware and / or stored as firmware or software regulation, for example in a data memory 41 to which the microcontroller 40 has access. Internal connections of the control device 4 are not shown for the sake of clarity.
  • the regulation can be permanent or changeable.
  • an interface 42 can be used, for example a keyboard in or on the control device 4, or a wireless or wired interface, via which a user can use a further device (e.g. computer, laptop, tablet or smartphone) if necessary Regulation can change.
  • the current measuring devices 13 and 23 are connected to the control device 4 by further electrical lines 14 and 24, respectively.
  • the measuring devices 13 and 23 can use this to transmit measured values to the control device 4.
  • the device shown in FIG. 1 has a voltage measuring device 45 which can determine the voltage between the poles 31 and 32 of the energy source.
  • the voltage determined by the measuring device 45 can also be transmitted to the control device 4 via a further electrical connection 46.
  • the measuring devices 13, 23 and 45 can serve or contribute to obtaining information about the state of the loads 1 or 2 or the energy source 3.
  • the control device 4 can then, based on the regulation and depending on a state of the energy source 3 and possibly also the consumers 1 and 2, which state can result from the transmitted measured values, the supply of the consumers 1 and 2 with electrical energy from the energy source 3 control.
  • the device 100 or the regulation is set up for an external intervention so that the device 100, in particular the control device 4, can control the supply of the at least two consumers 1 and 2 with electrical energy according to a follow-up regulation.
  • the interface 42 (or possibly another interface, not shown) can be used for this purpose.
  • An instruction can be transmitted to device 100, in particular control device 4, via interface 42.
  • the follow-up regulation can be specified in this instruction, ie the instruction can explicitly contain all the details of the follow-up regulation which are required by the device 100 in order to proceed according to the follow-up regulation. In particular, it can be specified in the instruction which consumer is supplied with energy when and / or how. The voltage, amperage or power can be specified. Additionally or alternatively, the instruction can contain criteria on the basis of which the control device 4 can manage the energy supply to one or more consumers.
  • the follow-up control can already be stored in advance at least partially in the device 100, in particular in the control device 4, in particular in the data memory 41 or in an additional data memory 43.
  • the previous storage in an external data memory (not shown) to which the control device 4 has access is also conceivable.
  • the instruction does not have to contain all the details of the follow-up regulation, but can only instruct the control device 4 to proceed in accordance with the (previously stored and thus already known) follow-up regulation.
  • the device 100 has a sensor 50 which can communicate with the control device 4, in particular is connected to it, as shown in FIG. 1.
  • the sensor 50 can, for example, detect events or operating conditions which could be harmful to the device 100 or parts thereof or to a user or the surroundings of the device or the environment.
  • the occurrence of a short circuit in the device 100 or the (unexpected) occurrence of water on or in the device 100 are mentioned here as just two of many examples.
  • the control device 4 can de-energize at least part of the device 100, for example by opening the switches 11 and / or 21 in order to prevent the flow of current through the loads 1 and / or 2.
  • the device 100 does not have an assigned switch for each consumer.
  • the switch 11 could be present, but not the switch 21.
  • the consumer 2 would then be supplied with energy from the energy source 3 as long as the energy source 3 can maintain the energy supply.
  • the energy supply for the consumer 1 is controlled by the control device 4 via the switch 11, as described above.
  • one or more of the measuring devices 13 and 23 could be dispensed with.
  • the control device 4 would supply the consumers 1 and / or 2 with energy in accordance with the control or follow-up control, without measured values being supplied for the individual branches of the consumer 1 or 2.
  • the device 100 can additionally or alternatively have further / other measuring devices.
  • voltage measuring devices would come into consideration, in particular, which measure the voltage at (or between) suitable points of the circuit and pass on corresponding measured values to the control device 4.
  • the voltage measuring device 45 could even be dispensed with.
  • the regulation and / or subsequent regulation of the energy supply to the consumers could be based on existing technical parameters of the energy source 3.
  • a relevant technical parameter of the energy source 3 could already be known from a data sheet or the like.
  • the control device 4 can determine, in particular calculate, the state of the energy source based on this information and, for example, the previous operating time of the device 100 and the power consumption of the consumers.
  • the state can be determined by external means or it can be calculated or at least estimated. If the device 100 is, for example, a vehicle (or part of such a vehicle), the distance the vehicle has covered can be determined, for example, by a satellite-based positioning system or by sensors in the vicinity of the vehicle. From this, if necessary, the remaining range of the vehicle can be estimated and a corresponding signal can be transmitted to device 100. The control device can take into account the information contained in this signal when controlling the energy supply to consumers 1 and 2.
  • Fig. 2 shows a further embodiment that is based on the embodiment shown in FIG.
  • the circuit shown in FIG. 2 essentially consists of two halves. The right half is larger and shown in more detail than the left for better clarity.
  • the straight lines shown in Fig. 2, for example between the reference numerals 37 and 63, are again electrically conductive connections. Points 35 to 37 and 61 to 65 shown in black are only used for a clear description and can be conventional electrical connection points at which several, in particular three or more, electrical lines are linked.
  • the energy source has two units 33 and 34. These can be, for example, individual batteries, but together they can be viewed as (one) energy source.
  • the voltage V1 provided by the first unit 33 is applied between the points 35 and 36, and the voltage V2 provided by the second unit 34 between the points 36 and 37.
  • the sum of the voltages provided by the two units 33 and 34, V1 + V2, is present between points 35 and 37.
  • the circuit shown in FIG. 2 in turn has a control device 4, which is supplied with energy here by the first unit V1. Alternatively, it could also be supplied with energy from the second unit 34, or it could be connected to points 35 and 37 so that it is supplied with the sum of the voltages V1 + V2.
  • Fig. 2 also shows a consumer 1 between points 64 and 65.
  • Reference numeral 71 represents a switch between points 61 and 64, switch 72 between points 62 and 64, switch 73 between points 62 and 65, and switch 74 between rule the points 63 and 65.
  • switches 11 and 21 in FIG. 1 can be controlled by the control device 4, in particular opened and closed.
  • this control is only indicated for switches 71 and 72 by arrows, but can take place analogously for switches 73 and 74.
  • switches 71 and 72 should not be closed at the same time, otherwise a short circuit will result. Accordingly, switches 73 and 74 should not be closed at the same time.
  • the consumer 1 can be supplied with four different voltages, namely 0 V, V1, V2 or V1 + V2. In particular, if the voltages V1 and V2 are different, this results in an advantageous flexibility.
  • the left half of the circuit shown in FIG. 2 can be designed analogously to the right half, as indicated in FIG. 2 by dashed lines and the consumer 2.
  • the control device 4 (shown in the right half) can control switches, not shown, in the left half of the circuit in a corresponding manner. An additional control device in the left half is not necessary.
  • the circuit shown in FIG. 2 makes it possible, in particular, to supply consumers 1 and 2 with energy independently of one another, in particular by applying different voltages to consumers 1 and 2.
  • the circuit can in principle be expanded as required by adding further consumers and / or further energy sources or units of an energy source.
  • the required number of electrical connections can be increased significantly when using more than two consumers and in particular more than two energy sources / units of an energy source.
  • Measuring devices such as the measuring devices 13, 23 and 45 shown in FIG. 1 are not shown in FIG. 2 for a better overview, but can be present at suitable locations or between suitable points.
  • step 91 shows a flow chart of a method according to the invention.
  • the energy supply of the consumers is carried out according to the regulation in a step 91.
  • a step 92 it is determined whether an external attack has occurred. If this is not the case (93), the method returns to step 91, ie the control continues. If, on the other hand, it is determined in step 92 that an external intervention has occurred (94), the method proceeds to step 95.
  • the energy supply of the consumers is carried out according to the follow-up regulation.
  • the method can then end (step 96).
  • the method remains at step 95, ie it is in principle indefinitely proceeded according to the follow-up control. In practice, however, a further external intervention is possible, for example, in order to end the method (step 96) or to reset the device, see above that the method returns to step 91, as shown in Fig. 3 by a dashed arrow.
  • measured values can be transmitted to the control device 4, for example via a UART interface or a CAN bus, from the various measuring devices, such as measuring devices 13, 23 and 45 or the sensor 50.
  • the various switches or switching means such as switches 11, 21 and 71 to 74, can have a solid-state relay or a reed contact.
  • the switches can also be replaced by electronic devices that not only have two switching states (closed / open), but that allow a voltage and / or a current (current strength) to be varied, in particular a variation of one applied to a consumer Voltage and / or a variation in a current flowing through a consumer.
  • Embodiments according to the invention are particularly suitable for devices in which the energy supply is subject to a restriction.
  • a restriction can be, for example, a time restriction, ie the energy supply cannot be guaranteed or cannot be guaranteed to the full extent at all times (example: photovoltaic cell at night).
  • a restriction can also be expressed in terms of the amount of energy or voltage or current or power available (example: battery).
  • the energy supply to the consumer can be controlled in a targeted manner in view of the possible restrictions, normally by means of the hardware, firmware and / or software control.
  • embodiments of the invention allow a deviation from this regulation in that this regulation is set up for an external intervention for a follow-up regulation.
  • the device comprises a drone driven by an electric motor, which is equipped with a camera.
  • the motor is consumer 1 and the camera is consumer 2.
  • the control specifies that the on-board energy source (here e.g. a battery) both the motor and the camera are supplied with energy.
  • the regulation stipulates that if the remaining amount of energy in the battery falls below a certain level (which may depend on the distance to a support point where the battery can be recharged), only the motor is operated, but not the camera (or similar) - that the camera is only operated intermittently). In this way it can be ensured that the amount of energy remaining in the battery is sufficient since the drone can return to the base with it, preferably also avoiding deep discharge of the battery.
  • An external intervention for example by operating personnel, possibly by wireless transmission
  • Such an event could, for example, be a natural event (e.g. volcanic eruption).
  • the risk of deep discharge of the battery or even the threat of crashing is accepted, for example if the camera recording the event (and the timely transmission of the recordings to a recipient) is viewed as more important than the careful operation of the Battery or as the drone itself.
  • the device is, for example, a road vehicle that is electrically powered.
  • the equipment of this vehicle also includes an interior heater.
  • An external intervention can now consist in the vehicle being notified by corresponding external reporting services that the targeted charging station is not functional, for example due to flooding or a fire.
  • the vehicle must now control a different charging station, possibly further away.
  • the follow-up regulation stipulates that the interior heating cannot be operated or cannot be operated to the full extent, despite the corresponding outside temperatures, because otherwise the remaining amount of energy in the battery of the vehicle is not sufficient for the distance to be covered to the (more distant) charging station or because otherwise the battery is likely to be deeply discharged.
  • the details of the follow-up control can be explicitly transmitted to the vehicle as part of the external intervention, or the follow-up control can also have been known to the vehicle in advance and, as part of the external intervention, the vehicle receives the instruction to power up the consumers (engine and interior heating) tion) according to the follow-up regulation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100), aufweisend: - wenigstens eine Energiequelle (3) zum Bereitstellen von elektrischer Energie, - wenigstens zwei Verbraucher (1, 2) von elektrischer Energie und - eine elektronische Steuervorrichtung (4) zum Steuern einer Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher (1, 2) mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Energiequelle (3), wobei die elektronische Steuervorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Versor- gung der wenigstens zwei Verbraucher (1, 2) mit elektrischer Energie basierend auf einer hardware-, firmware- und/oder softwaretechnischen Regelung, in Abhängigkeit eines gemessenen und/oder aus vorliegenden technischen Parametern der wenigstens einen Energiequelle (3) ermittelten, insbesondere errechneten, Zustands der wenigstens einen Energiequelle (3), zu regeln, wobei die hardware-, firmware- und/oder softwaretechnische Regelung für einen externen Eingriff für eine Folgeregelung eingerichtet ist.

Description

Vorrichtung mit einer Steuervorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer
Energieversorgung der Vorrichtung
Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2020 200 117.0 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Ener gieversorgung einer Vorrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung.
Die vorliegende Erfindung findet insbesondere im Zusammenhang mit solchen Vorrich tungen Anwendung, die selbst eine Energiequelle zum Bereitstellen von elektrischer Energie sowie wenigstens zwei Verbraucher von elektrischer Energie aufweisen. Dabei tritt die Frage auf, wie die Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Energiequelle bewerkstelligt wird.
Im einfachsten aus dem Stand der Technik bekannten Fall folgt die Versorgung der we nigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie dem Ohmschen Gesetz und eventu ell anderen grundlegenden Gesetzen der Physik, d.h. es findet im Wesentlichen keine Steuerung der Energieversorgung der wenigstens zwei Verbraucher statt. Die Erfinder haben erkannt, dass ein solches System zur Energieversorgung für viele Anwendungen unzureichend ist, insbesondere dann, wenn der Energiebedarf der wenigstens zwei Ver braucher nicht (mehr) oder nicht (mehr) vollständig durch die Energiequelle abgedeckt werden kann. Eine solche Situation liegt beispielsweise vor, wenn die von der Energie quelle lieferbare Leistung geringer ist als die Summe der Nominalleistungen der Ver braucher, oder wenn die Energiequelle nur über eine bestimmte (Rest-)Energiemenge verfügt, insbesondere wenn diese (Rest-)Energiemenge einen gewissen Prozentsatz der maximalen Energiekapazität der Energiequelle unterschreitet. Die Erfinder haben weiter erkannt, dass bei einer solchen Vorrichtung die Energieversorgung der Verbraucher un geregelt und unter Umständen unvorhersehbar zusammenbricht.
Aus dem Stand der Technik sind auch Vorrichtungen mit wenigstens einer Energiequel le, wenigstens zwei Verbrauchern und einer Steuervorrichtung bekannt, bei denen die Steuervorrichtung eine Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Energiequelle steuert.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Steuervor richtung, eine alternative Vorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung bzw. ein alter natives Steuerungsverfahren, insbesondere eine verbesserte Steuervorrichtung, eine verbesserte Vorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung bzw. ein verbessertes Steuerungsverfahren bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuervorrichtung, eine Vorrichtung mit einer Steuervorrichtung und durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweili gen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist auf: wenigstens eine Energiequelle zum Bereitstellen von elektrischer Energie, wenigstens zwei Verbraucher von elektrischer Energie und eine elektronische Steuervorrichtung zum Steuern einer Versorgung der wenigs tens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Energie quelle, wobei die elektronische Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie basierend auf einer hardware-, firmware- und/oder softwaretechnischen Regelung, in Abhängigkeit eines gemessenen und/oder aus vorliegenden technischen Parametern der wenigstens einen Energiequelle ermittelten, insbesondere errechneten, Zustands der wenigstens einen Energiequelle, zu regeln, wobei die hardware-, firmware- und/oder softwaretechnische Regelung für einen externen Eingriff für eine Folgeregelung eingerichtet ist.
Unter dem Begriff "Zustand" kann insbesondere verstanden werden, ob bzw. inwiefern die wenigstens eine Energiequelle die wenigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie versorgen kann. In diesem Zusammenhang kann auch berücksichtigt werden, wie lange bzw. bis zu welchem Zeitpunkt zu erwarten ist, dass die wenigstens eine Energiequelle die wenigstens zwei Verbraucher mit (ausreichender) elektrischer Energie versorgen kann.
Ein gemessener technischer Parameter kann durch direkte Messung ermittelt werden, beispielsweise die Ausgangsspannung einer Batterie (falls die Energiequelle zum Bei spiel eine Batterie aufweist bzw. ist). Vorzugsweise fallen unter den Begriff "gemessener technischer Parameter" aber vorliegend auch indirekt ermittelte, jedoch gleichwohl auf einer Messung beruhende Parameter. Beispielsweise kann gegebenenfalls eine verblei bende Energiemenge einer Batterie durch Messung der Ausgangsspannung (und ggf. in Kombination mit anderen gemessenen oder vorliegenden Parametern) ermittelt werden.
Die Messung eines Parameters muss nicht notwendigerweise an oder in der Vorrichtung selbst erfolgen. Eine solche Messung kann nämlich auch durch eine externe Vorrichtung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammenwirkt, durchgeführt werden. Falls die Vorrichtung beispielsweise ein Fahrzeug ist, kann beispielsweise die Position des Fahrzeugs und somit gegebenenfalls eine zurückgelegte Strecke des Fahrzeugs durch eine externe Vorrichtung detektiert werden, beispielsweise durch ein satellitengestütztes Positionierungssystem oder durch Sensorik in der Umgebung des Fahrzeugs.
Unter einem vorliegenden technischen Parameter können insbesondere Parameter ver standen werden, die sich aus einem Datenblatt der Energiequelle ergeben oder ander weitig bereits bekannt sind. Hierzu kann beispielsweise der maximale Energieinhalt einer Batterie, die maximale Ausgangsspannung einer Batterie oder Solarzelle oder die maxi male Füllmenge eines Tanks einer Brennstoffzelle, etc. zählen. Unter einer hardware-, firmware- und/oder softwaretechnischen Regelung wird vorlie gend vorzugsweise eine Regelung verstanden, die durch bzw. unter Mitwirkung von Hardware, Firmware und/oder Software festgelegt wird bzw. ist.
Unter einem externen Eingriff wird vorliegend vorzugsweise verstanden, dass der Eingriff nicht durch die Vorrichtung selbst vorgenommen, verursacht oder ausgelöst wird.
Unter einer Folgeregelung wird vorzugsweise verstanden, dass durch diese zumindest teilweise oder vollständig festgelegt wird, wie die Versorgung der wenigstens zwei Ver braucher mit elektrischer Energie gesteuert werden soll. Die Folgeregelung hat dann Vorrang über die Regelung. Allerdings ist es möglich, dass Aspekte der Regelung unter der Folgeregelung bestehen bleiben. So kann die Folgeregelung beispielsweise vorse hen, dass Teile der Regelung außer Kraft gesetzt werden, dass aber ansonsten (weiter hin) gemäß der Regelung verfahren wird.
Gemäß einer Ausführung weist der Eingriff das Übermitteln einer Anweisung auf, wobei die Vorrichtung Mittel zum Empfangen der Anweisung von einer weiteren Vorrichtung oder einem Benutzer aufweist, damit gemäß der Folgeregelung verfahren wird, insbe sondere diese ausgeführt wird.
Die Mittel zum Empfangen der Anweisung können beispielsweise eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle aufweisen, über die die Anweisung an die Vorrichtung über mittelt werden kann. Die Schnittstelle kann so ausgebildet sein, dass ein Benutzer direkt mit der Vorrichtung kommunizieren kann (insbesondere eine Anweisung an diese über mitteln kann), beispielsweise in der Form einer Eingabetastatur oder auch nur eines ein zigen Schalters, Sensors oder dergleichen. Die Schnittstelle kann aber auch derart ge staltet sein, dass ein Benutzer nur indirekt, also unter Zuhilfenahme einer weiteren Vor richtung, mit der Vorrichtung kommunizieren kann. Eine solche weitere Vorrichtung kann beispielsweise eine Fernbedienung, ein Smartphone oder ein sonstiges Eingabegerät sein.
Das Übermitteln einer Anweisung muss aber nicht notwendigerweise von einem Benut zer ausgehen bzw. explizit veranlasst werden, sondern kann durch eine weitere Vorrich- tung ohne Beteiligung eines Benutzers durchgeführt werden, beispielsweise wenn die weitere Vorrichtung erkennt, dass ein oder mehrere Kriterien erfüllt sind.
Nach einer Ausführung kann die Anweisung die Folgeregelung präzisieren. Insbesonde re kann die Anweisung im Einzelnen die gemäß der Folgeregelung durchzuführenden Schritte oder dergleichen enthalten. In diesem Fall kann die Vorrichtung gemäß der Fol geregelung verfahren, auch wenn die Folgeregelung der Vorrichtung bis zu dem Emp fangen der Anweisung nicht oder nicht vollständig bekannt war. Alternativ kann die Fol geregelung zuvor abgelegt worden sein, insbesondere in der Vorrichtung oder derart, dass die Vorrichtung Zugriff auf die Folgeregelung hat, und die Vorrichtung ist eingerich tet, durch die Anweisung dazu veranlasst zu werden, gemäß der Folgeregelung zu ver fahren. In diesem Fall muss die Anweisung die Folgeregelung (mit einzelnen Schritten usw.) nicht im Detail präzisieren, weil die Folgeregelung schon vor dem Empfangen der Anweisung der Vorrichtung bekannt war bzw. die Vorrichtung auf die Folgeregelung Zu griff hatte. Diese Alternative hat insbesondere den Vorteil, dass die Anweisung sehr kurz gefasst sein kann.
Nach einer Ausführung ist wenigstens ein technischer Parameter der wenigstens einen Energiequelle eine verbleibende Energiemenge, insbesondere eine nutzbare Energie menge, eine Notfallreserve, eine Kapazität, ein Ladezustand, ein Alter und/oder ein Alte rungszustand der wenigstens einen Energiequelle.
Auf diese Weise kann die Vorrichtung beispielsweise so betrieben werden, dass in ei nem Stadium, in dem abzusehen ist, dass die Energiequelle die wenigstens zwei Ver braucher nur noch für vergleichsweise kurze Zeit (vollständig) mit Energie versorgen kann, nur solche der wenigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden, die wichtige oder essentielle Funktionen ausführen, während andere Verbrau cher, die keine wichtigen oder essentiellen Funktionen ausführen, nicht (mehr) oder nicht (mehr) vollständig mit elektrischer Energie versorgt werden.
Nach einer Ausführung ist die elektronische Steuervorrichtung dazu eingerichtet, bei der Regelung der Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie auch wenigstens einen gemessenen und/oder vorliegenden technischen Parameter we- nigstens eines der wenigstens zwei Verbraucher zu berücksichtigen, vorzugsweise meh rerer oder aller Verbraucher.
Auf diese Weise kann beispielsweise ein erster Verbraucher, der im Vergleich zu einem zweiten Verbraucher die Energiequelle weniger belastet, im Vergleich zum zweiten Ver braucher bevorzugt mit elektrischer Energie versorgt werden. Vorliegend kann unter dem Begriff "vergleichsweise weniger belasten" insbesondere verstanden werden, dass der betreffende Verbraucher im Vergleich zu einem anderen Verbraucher mit einer geringe ren Spannung und/oder Stromstärke betrieben wird bzw. betrieben werden kann und/oder dass der betreffende Verbraucher im Vergleich zu einem anderen Verbraucher eine geringere Leistungsaufnahme hat. Des Weiteren wird bzw. kann vorliegend unter dem Begriff "bevorzugt betreiben" insbesondere verstanden werden, dass der betreffen de Verbraucher mit der von ihm "gewünschten" Spannung und/oder Stromstärke und/oder Leistung betrieben wird, ein anderer Verbraucher hingegen mit einer geringe ren Spannung und/oder Stromstärke und/oder Leistung als von ihm "gewünscht". Zu sätzlich oder alternativ kann bzw. wird unter diesem Begriff ferner verstanden werden, dass der betreffende Verbraucher für längere Zeit betrieben wird als ein anderer Ver braucher. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass der betreffende Verbraucher erst später abgeschaltet wird als ein anderer Verbraucher und/oder dass der betreffende Verbraucher dauerhaft betrieben wird, ein anderer Verbraucher hingegen intermittierend. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass zumindest manche Funktio nen der Gesamtheit der Verbraucher möglichst lange erhalten bleiben.
Nach einer Ausführung weist die wenigstens eine Energiequelle wenigstens zwei Einhei ten auf, die insbesondere dazu eingerichtet sind, unterschiedliche Spannungen bereitzu stellen, und/oder wobei die wenigstens eine Energiequelle wenigstens eines der Folgen den aufweist: eine Batterie ein Photovoltaik-Modul eine Brennstoffzelle ein durch Verbrennung angetriebener Generator ein durch Wind- oder Wasserkraft angetriebener Generator ein durch Solarenergie angetriebener Generator. Dadurch, dass die wenigstens eine Energiequelle wenigstens zwei Einheiten aufweist, kann die Flexibilität der Vorrichtung erhöht werden. Diese Flexibilität kann auf verschie dene Art in Erscheinung treten. Einige Beispiele sind hier aufgelistet:
1. Eine erste Einheit kann für den "Normalbetrieb" der Vorrichtung vorgesehen sein, während eine zweite Einheit als Reserve dient, beispielsweise wenn bei der ersten Einheit eine Fehlfunktion auftritt oder diese die Versorgung der Verbraucher nicht mehr (vollständig) sicherstellen kann.
2. Ein erster Verbraucher kann durch eine erste Einheit mit elektrischer Energie ver sorgt werden und ein zweiter Verbraucher durch eine zweite Einheit.
3. Insbesondere wenn die wenigstens zwei Einheiten verschiedene Spannungen be reitstellen, kann die Steuervorrichtung durch geeignetes Steuern bzw. Schalten si cherstellen, dass die Verbraucher mit einer für sie geeigneten (unterschiedlichen) Spannung versorgt werden.
4. Durch die Steuervorrichtung können die wenigstens zwei Einheiten in Serie ge schaltet werden, wobei wiederum durch die Steuervorrichtung die durch die Seri enschaltung erhöhte Spannung wenigstens einem Verbraucher zugeführt werden kann. Dabei kann die Steuervorrichtung sicherstellen, dass einem anderen Ver braucher beispielsweise die Spannung von nur einer Einheit zugeführt wird. Insbe sondere wenn die wenigstens zwei Einheiten verschiedene Spannungen bereitstel len können, kann die Flexibilität weiter erhöht werden.
5. Wenn die Energiequelle mehr als zwei Einheiten aufweist, kann die Flexibilität ana log zu den vorangehenden Beispielen noch weiter erhöht werden.
Die Erfindung findet insbesondere bei den oben genannten Arten von Energiequelle (Batterie, Photovoltaik-Modul, Brennstoffzelle oder die oben genannten Arten von Gene ratoren) Anwendung, weil hier im Allgemeinen die Spannung, Stromstärke, Leistung, Energiemenge und/oder Ladungsmenge begrenzt ist. Nach einer Ausführung hat die Vorrichtung keine permanente, insbesondere keine, elekt rische Verbindung zu einem öffentlichen Stromversorgungsnetz und/oder stellt ein autar kes System, insbesondere ein mobiles System, insbesondere ein portables System dar, und/oder die maximal erbringbare elektrische Leistung der Vorrichtung beträgt höchstens 1 MW, insbesondere weniger als 500kW, weniger als 200kW, weniger als 100kW, weni ger als 50kW, weniger als 20kW, weniger als 10kW, weniger als 5kW, weniger als 2kW, weniger als 1kW, weniger als 500W, weniger als 200W, weniger als 100W, weniger als 50W, weniger als 20W, weniger als 10W, weniger als 5W, weniger als 2W oder weniger als 1W, und/oder die maximal erbringbare elektrische Leistung der Vorrichtung beträgt wenigstens 1W, insbesondere wenigstens 2W, insbesondere wenigstens 5W, insbeson dere wenigstens 10W, insbesondere wenigstens 20W, insbesondere wenigstens 50W, insbesondere wenigstens 100W, insbesondere wenigstens 200W, insbesondere wenigs tens 500W, insbesondere wenigstens 1kW, insbesondere wenigstens 2kW, insbesonde re wenigstens 5kW, insbesondere wenigstens 10kW, insbesondere wenigstens 20kW, insbesondere wenigstens 50kW, insbesondere wenigstens 100kW, insbesondere we nigstens 200kW, insbesondere wenigstens 500kW, insbesondere wenigstens 1 MW.
Eine Vorrichtung ohne permanente elektrische Verbindung zu einem öffentlichen Strom versorgungsnetz kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie oder Brennstoffzel le sein, die zum Wiederaufladen an ein öffentliches Stromversorgungsnetz angeschlos sen werden kann. Es kann sich aber unter Umständen auch um eine Energiequelle han deln, die zwar im Prinzip eine permanente elektrische Verbindung zu einem öffentlichen Stromversorgungsnetz hat, dass diese Verbindung allerdings durch einen Schalter oder ähnliches unterbrochen ist und/oder wobei eine drahtgebundene Verbindung zu einem öffentlichen Stromversorgungsnetz zwar besteht, diese bzw. dieses aber nicht perma nent Spannung führt.
Eine Vorrichtung ohne elektrische Verbindung zu einem öffentlichen Stromversorgungs netz kann beispielsweise ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, insbesondere eine Drohne, sein bzw. Teil einer/eines solchen sein, und kann beispielsweise die benö tigte Energie von einem Photovoltaik-Modul beziehen, insbesondere ohne jemals mit einem öffentlichen Stromversorgungsnetz verbunden zu sein. Die Vorrichtung kann auch ein autarkes System, insbesondere ein mobiles System, insbesondere ein portables Sys tem, darstellen. Dabei sind die Grenzen zu den zuvor genannten Beispielen fließend. Ein Beispiel für ein autarkes System ist somit nicht nur ein Fahrzeug, sondern beispielsweise auch eine stationäre Vorrichtung, wie zum Beispiel ein nicht an ein öffentliches Strom versorgungsnetz angeschlossenes lokales Stromversorgungsnetz, beispielsweise einer kleinen Insel oder einer kleinen (insbesondere abgelegenen) Siedlung, Forschungsstati on etc.
Zu einem mobilen System zählt nicht nur ein Fahrzeug (zum Transport von Personen oder Gütern), sondern auch Drohnen, die beispielsweise lediglich eine Kamera mit sich führen, nicht aber primär zum Transport der Kamera von einem ersten Ort an einen zweiten Ort vorgesehen sind. Zu einem mobilen System zählen aber auch jegliche ande re Vorrichtungen, die nicht im Wesentlichen starr relativ zu ihrer Umgebung befestigt sind. Hierzu zählen auch portable Systeme, wie zum Beispiel ein Laptop-Computer, ein Tablet-Device oder sein Smartphone, oder allgemein eine Vorrichtung, die von einer Person getragen werden kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Hinblick auf die oben aufgeführten Leistungs angaben vorzugsweise nicht auf große oder sehr große Anlagen wie ein Kraftwerk, son dern auf mittelgroße, kleine oder sehr kleine Vorrichtungen.
Nach einer Ausführung ist die Steuervorrichtung eingerichtet, mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Energiequelle versorgt zu werden.
Gemäß dieser Ausführung ist es also nicht nötig, eine weitere Energiequelle bereitzustel len, die die Steuervorrichtung versorgt.
Nach einer Ausführung weist die Vorrichtung Mittel zum Ermitteln einer Spannung und/oder eines Stroms an wenigstens einer Stelle, insbesondere an zwei oder mehr Stel len, der Vorrichtung auf, wobei die Vorrichtung insbesondere Mittel zum Kommunizieren von ermittelten Spannungen und/oder Strömen zu der Steuervorrichtung aufweist, insbe sondere zu einem Microcontroller der Steuervorrichtung, insbesondere über eine UART- Schnittstelle oder einen CAN-Bus. Durch die Mittel zum Ermitteln einer Spannung und/oder eines Stroms kann die Vorrich tung in geeigneter Weise überwacht werden bzw. sich selbst überwachen. Insbesondere können auf diese Weise Rückschlüsse über technische Parameter der Energiequelle und/oder der Verbraucher bzw. deren Zustand gezogen werden. Ebenso können auf diese Weise gegebenenfalls Anomalien oder Fehlfunktionen der Vorrichtung erkannt werden.
Die Stellen, an denen eine Spannung und/oder ein Strom ermittelt werden kann, können beispielsweise Stellen an oder in den elektrischen Leitungen zu den wenigstens zwei Verbrauchern sein, insbesondere für jeden der wenigstens zwei Verbraucher jeweils an einer geeigneten Stelle, so dass eine Spannungs- und/oder Strommessung und/oder die Überwachung eines Zustands für jeden der wenigstens zwei Verbraucher insbesondere separat erfolgen kann.
Die Mittel zum Ermitteln einer Spannung und/oder eines Stroms können ferner so aus gebildet sein, dass sie selbst eine bestimmte Maßnahme als Reaktion auf eine Span nungs- und/oder Strommessung durchführen können, beispielsweise das Unterbrechen einer elektrischen Verbindung durch einen Schalter oder dergleichen. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung aber auch, wie oben erwähnt, Mittel zum Kommunizieren von ermittelten Spannungen und/oder Strömen zu der Steuervorrichtung aufweisen. Auf diese Weise können die ermittelten Spannungen und/oder Ströme durch die Steuervor richtung verarbeitet und gegebenenfalls gespeichert werden, und die Steuervorrichtung kann auf den Spannungs- bzw. Strominformationen geeignete Maßnahmen veranlassen, beispielsweise das Unterbrechen einer elektrischen Verbindung beispielsweise zu einem oder mehreren der Verbraucher, oder kann bestimmte Bereich der Vorrichtung span nungsfrei schalten.
Nach einer Ausführung weist die wenigstens eine Energiequelle wenigstens eine Batterie auf und die Regelung ist eingerichtet, die wenigstens eine Batterie vor Tiefentladung zu schützen und/oder die wenigstens zwei Verbraucher vor Überspannungen bei einem Ladevorgang der Batterie zu schützen. Auf diese Weise kann gegebenenfalls die Lebenszeit der Batterie und/oder der Verbrau cher bzw. der Vorrichtung insgesamt verlängert werden. Ebenso kann auch bei dieser Ausführung sichergestellt werden, dass wichtige oder essentielle Funktionen der Vorrich tung möglichst lange erhalten bleiben, beispielsweise durch Abschalten einer oder meh rerer der Verbraucher, während vermieden wird oder wenigstens das Risiko reduziert wird, dass eine Tiefentladung der Batterie stattfindet.
Nach einer Ausführung ist die Regelung eingerichtet, ein Bestromen der wenigstens zwei Verbraucher so vorzunehmen, dass die maxi male Stärke des insgesamt benötigten Stroms reduziert wird, und/oder ein Bestromen der wenigstens zwei Verbraucher zeitversetzt vorzunehmen, und/oder einen Anstieg eines Stroms zum Bestromen wenigstens eines der wenigstens zwei Verbraucher zu verlangsamen.
Eine solche Regelung kann beispielsweise durch geeignete Schalter oder andere elekt ronische Bauteile implementiert werden. Durch eine solche Regelung kann die Vorrich tung wiederum möglichst schonend betrieben werden und gegebenenfalls ihre Lebens dauer verlängert werden.
Nach einer Ausführung weist die Vorrichtung ein Schaltmittel zum Anlegen von Span nung an die wenigstens zwei Verbraucher und/oder zum Bestromen der wenigstens zwei Verbraucher auf, insbesondere wobei das Schaltmittel wenigstens ein Solid-State-Relais und/oder wenigstens einen Reedkontakt aufweist.
Durch die Schaltmittel kann insbesondere die Steuervorrichtung festlegen, welcher Ver braucher wann mit Energie versorgt wird. Hierzu eignen sich verlustarme Schaltmittel, beispielsweise die zuvor genannten.
Nach einer Ausführung weist die Vorrichtung wenigstens einen Sensor auf, insbesonde re wenigstens einen Wassersensor, wobei der wenigstens eine Sensor eingerichtet ist, ein für die Vorrichtung potentiell schädliches Ereignis zu detektieren, insbesondere einen Kurzschluss oder das Vorhandensein von Wasser, und insbesondere wobei die Steuer- Vorrichtung eingerichtet ist, als Reaktion auf das Detektieren eines potentiell schädlichen Ereignisses die Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher oder wenigstens eines Teilbereichs der Vorrichtung mit elektrischer Energie zu verändern, insbesondere zu re duzieren, insbesondere zu unterbrechen.
Auf diese Weise kann ein möglichst sicherer Betrieb der Vorrichtung erfolgen, insbeson dere ein Betrieb, der die Vorrichtung und/oder einen Benutzer oder allgemein die Umge bung/Umwelt der Vorrichtung vor schädlichen Ereignissen schützt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, aufweisend: wenigstens eine Energiequelle zum Bereitstellen von elektrischer Energie, wenigstens zwei Verbraucher von elektrischer Energie und eine elektronische Steuervorrichtung zum Steuern einer Versorgung der wenigs tens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Energie quelle, wobei die elektronische Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Versorgung der we nigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie basierend auf einer hardware-, firm- ware- und/oder softwaretechnischen Regelung, in Abhängigkeit eines gemessenen und/oder aus vorliegenden technischen Parametern der wenigstens einen Energiequelle ermittelten, insbesondere errechneten, Zustands der wenigstens einen Energiequelle, zu regeln, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den gemessenen und/oder ermittelten, ins besondere errechneten, Zustand der wenigstens einen Energiequelle mittels einer UART-Schnittstelle oder über einen CAN-Bus zu erfassen.
Durch die Benutzung einer UART-Schnittstelle oder einem CAN-Bus lässt sich der Zu stand der wenigstens einen Energiequelle besonders vorteilhaft erfassen bzw. überwa chen. Die erfasste Information kann dann von der Steuervorrichtung benutzt werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Benutzung in einer der oben beschriebenen Vorrichtungen. Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Energiequelle zum Bereitstellen von elektrischer Energie und wenigstens zwei Verbraucher von elektrischer Energie aufweist, wobei das Verfahren ein elektronisches Steuern einer Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Energiequelle aufweist, wobei das Verfahren die Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher mit elektrischer Energie basierend auf einer hardware-, firmware- und/oder softwaretechnischen Rege lung, in Abhängigkeit eines gemessenen und/oder aus vorliegenden technischen Para metern der wenigstens einen Energiequelle ermittelten, insbesondere errechneten, Zu stands der wenigstens einen Energiequelle, durchführt, wobei die hardware-, firmware- und/oder softwaretechnische Regelung für einen exter nen Eingriff für eine Folgeregelung eingerichtet ist.
Die in Bezug auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten Ausführungen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinati onen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand wenigstens eines Ausführungsbeispiels sowie unter Be zugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt, zumindest teilweise schematisch, ein Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 zeigt, zumindest teilweise schematisch, ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungs gemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt, zumindest teilweise schematisch, ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Vorrichtung. Dabei zeigt Fig. 1 insbesondere Komponenten der Vorrichtung sowie elektrische Verbindungen zwischen diesen.
Die Vorrichtung 100 weist einen ersten Verbraucher 1 von elektrischer Energie und ei nen zweiten Verbraucher 2 von elektrischer Energie auf. Außerdem weist die Vorrichtung 100 eine Energiequelle 3 zum Bereitstellen von elektrischer Energie sowie eine elektro nische Steuervorrichtung 4 zum Steuern einer Versorgung der Verbraucher 1 und 2 mit elektrischer Energie von der Energiequelle 3 auf.
Im gezeigten Beispiel weist die Energiequelle 3 zwei elektrische Anschlüsse 31 und 32 auf. Falls die Energiequelle 3 eine Batterie ist, können dies beispielsweise die (Plus- und Minus-)Pole der Batterie sein. Als Variante hierzu kann die Energiequelle 3 auch weitere elektrische Anschlüsse aufweisen. Außerdem kann die Energiequelle 3 gegebenenfalls eine Wechselspannung bereitstellen.
Der prinzipielle Aufbau, der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, sieht vor, dass die Verbrau cher 1 und 2 sowie die Steuervorrichtung 4 parallel zueinander geschaltet sind und so durch elektrische Leitungen (als durchgezogene, gerade Linien dargestellt) versorgt werden, dass die Spannung, die zwischen den Anschlüssen 31 und 32 der Energiequelle 3 anliegt, auch (im Wesentlichen) an den Verbrauchern 1 und 2 und der Steuervorrich tung 4 anliegt. Die Verbraucher 1 und 2 und die Steuervorrichtung 4 werden somit von der Energiequelle 3 mit elektrischer Energie versorgt.
In dem gezeigten Beispiel ist in bzw. an jeder Zuleitung zu den Verbrauchern 1 bzw. 2 ein Schaltmittel 11 bzw. 21 (im Folgenden abkürzend auch „Schalter“ genannt) und ein Strommessgerät 13 bzw. 23 angeordnet. Diese sind jeweils in Serie zu den Verbrau chern 1 bzw. 2 angeordnet, so dass die Schalter 11 bzw. 21 den Stromfluss zu den Ver brauchern 1 bzw. 2 unterbrechen können und die Strommessgeräte 13 bzw. 23 die Stromstärke in den Leitungen zu den Verbrauchern 1 bzw. 2 messen können. Die Schalter 11 bzw. 21 sind durch weitere elektrische Leitungen 12 und 22 mit der Steuervorrichtung 4 verbunden, so dass die Steuervorrichtung 4 die Schalter 11 bzw. 21 betätigen kann, um die Versorgung der Verbraucher 1 bzw. 2 mit elektrischer Energie zu steuern. Hierzu kann die Steuervorrichtung 4 einen Microcontroller 40 aufweisen, der gemäß einer Regelung die Schalter 11 und 21 betätigen kann. Die Regelung kann im Wesentlichen durch Hardware implementiert sein und/oder als Firmware- oder Soft wareregelung beispielsweise in einem Datenspeicher 41 abgelegt sein, auf den der Microcontroller 40 Zugriff hat. Interne Verbindungen der Steuervorrichtung 4 sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Die Regelung kann permanent oder veränderbar sein. Zum Verändern der Regelung kann beispielsweise eine Schnittstelle 42 dienen, beispielsweise eine Tastatur in oder an der Steuervorrichtung 4, oder eine drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle, über die ein Benutzer gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer weiteren Vorrichtung (z.B. Com puter, Laptop, Tablet oder Smartphone) die Regelung verändern kann.
Die Strommessgeräte 13 und 23 sind durch weitere elektrische Leitungen 14 bzw. 24 mit der Steuervorrichtung 4 verbunden. Durch diese können die Messgeräte 13 und 23 Messwerte an die Steuervorrichtung 4 übermitteln.
Des Weiteren weist die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ein Spannungsmessgerät 45 auf, das die Spannung zwischen den Polen 31 und 32 der Energiequelle ermitteln kann. Auch die von dem Messgerät 45 ermittelte Spannung kann über eine weitere elektrische Verbindung 46 an die Steuervorrichtung 4 übermittelt werden.
Die Messgeräte 13, 23 und 45 können dazu dienen oder beitragen, Informationen über den Zustand der Verbraucher 1 bzw. 2 bzw. der Energiequelle 3 zu erhalten. Die Steuer vorrichtung 4 kann dann basierend auf der Regelung und in Abhängigkeit eines Zu stands der Energiequelle 3 und gegebenenfalls auch der Verbraucher 1 und 2, welcher Zustand sich aus den übermittelten Messwerten ergeben kann, die Versorgung der Ver braucher 1 und 2 mit elektrischer Energie von der Energiequelle 3 steuern. Die Vorrichtung 100 bzw. die Regelung ist für einen externen Eingriff eingerichtet, damit die Vorrichtung 100, insbesondere die Steuervorrichtung 4, die Versorgung der wenigs tens zwei Verbraucher 1 und 2 mit elektrischer Energie gemäß einer Folgeregelung steuern kann. Hierzu kann beispielsweise die Schnittstelle 42 (oder gegebenenfalls eine weitere, nicht dargestellte Schnittstelle) dienen. Über die Schnittstelle 42 kann eine An weisung an die Vorrichtung 100, insbesondere die Steuervorrichtung 4, übermittelt wer den. Die Folgeregelung kann in dieser Anweisung präzisiert sein, d.h. die Anweisung kann explizit sämtliche Details der Folgeregelung beinhalten, die von der Vorrichtung 100 benötigt werden, um gemäß der Folgeregelung zu verfahren. Insbesondere kann in der Anweisung festgelegt sein, welcher Verbraucher wann und/oder wie mit Energie ver sorgt wird. So kann die Spannung, Stromstärke oder Leistung festgelegt sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Anweisung Kriterien beinhalten, anhand deren die Steuervorrich tung 4 die Energieversorgung einer oder mehrerer Verbraucher bewerkstelligen kann.
Alternativ kann die Folgeregelung schon vorab zumindest teilweise in der Vorrichtung 100, insbesondere in der Steuervorrichtung 4, insbesondere in dem Datenspeicher 41 oder in einem zusätzlichen Datenspeicher 43, abgelegt sein. Auch das vorherige Able gen in einem externen Datenspeicher (nicht dargestellt), auf den die Steuervorrichtung 4 Zugriff hat, ist denkbar.
In diesem Fall muss die Anweisung nicht sämtliche Details der Folgeregelung enthalten, sondern kann die Steuervorrichtung 4 lediglich anweisen, gemäß der (zuvor hinterlegten und somit bereits bekannten) Folgeregelung zu verfahren.
Gemäß einer Variante weist die Vorrichtung 100 einen Sensor 50 auf, der mit der Steu ervorrichtung 4 kommunizieren kann, insbesondere mit dieser verbunden ist, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Sensor 50 kann beispielsweise Ereignisse oder Betriebsbedingungen detektieren, die für die Vorrichtung 100 oder Teile hiervon oder für einen Benutzer oder die Umgebung der Vorrichtung oder die Umwelt schädlich sein könnten. Als lediglich zwei von vielen Beispielen sei hier das Auftreten eines Kurzschlusses in der Vorrichtung 100 oder das (unerwartete) Auftreten von Wasser an oder in der Vorrichtung 100 ge nannt. Nach Empfangen eines entsprechenden Signals von dem Sensor 50 kann die Steuervorrichtung 4 zumindest einen Teil der Vorrichtung 100 spannungsfrei schalten, beispielsweise indem sie die Schalter 11 und/oder 21 öffnet, um den Stromfluss durch die Verbraucher 1 und/oder 2 zu unterbinden.
Verschiedene Varianten oder Weiterentwicklungen der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 100 sind im Rahmen der Erfindung möglich. Manche von diesen werden nachfolgend kurz beschrieben.
Gemäß einer Variante weist die Vorrichtung 100 nicht für jeden Verbraucher einen zuge ordneten Schalter auf. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel könnte beispielsweise nur der Schalter 11 vorhanden sein, nicht aber der Schalter 21. Der Verbraucher 2 würde dann so lange mit Energie aus der Energiequelle 3 versorgt, solange die Energiequelle 3 die Energieversorgung aufrechterhalten kann. Die Energieversorgung für den Verbraucher 1 wird hingegen, wie zuvor beschrieben, über den Schalter 11 durch die Steuervorrichtung 4 gesteuert.
In einer weiteren Variante könnte auf eine oder mehrere der Messvorrichtungen 13 und 23 verzichtet werden. Die Steuervorrichtung 4 würde in einem solchen Fall die Energie versorgung der Verbraucher 1 und/oder 2 gemäß der Regelung oder Folgeregelung be werkstelligen, ohne dass Messwerte für die einzelnen Stromzweige des Verbrauchers 1 bzw. 2 geliefert werden.
Gemäß einer weiteren Variante kann die Vorrichtung 100 zusätzlich oder alternativ wei tere/andere Messvorrichtungen aufweisen. Hierfür kämen insbesondere Spannungs messgeräte in Betracht, die an (bzw. zwischen) geeigneten Stellen der Schaltung die Spannung messen und entsprechende Messwerte an die Steuervorrichtung 4 weiterge ben.
In weiteren Varianten könnte selbst auf das Spannungsmessgerät 45 verzichtet werden. Die Regelung und/oder Folgeregelung der Energieversorgung der Verbraucher könnte in einem solchen Fall auf vorliegenden technischen Parameter der Energiequelle 3 basie ren. Beispielsweise könnte ein relevanter technischer Parameter der Energiequelle 3 bereits aus einem Datenblatt oder ähnlichem bekannt sein. Beispielsweise kann im Vo raus bekannt sein, wie hoch der Gesamtenergieinhalt der Energiequelle 3 ist (beispiels- weise im Fall einer Batterie oder eines mit einer bestimmten Treibstoffmenge befüllten Generators), so dass die Steuervorrichtung 4 anhand dieser Angabe und beispielsweise der bisherigen Betriebsdauer der Vorrichtung 100 und der Leistungsaufnahme der Ver braucher den Zustand der Energiequelle ermitteln, insbesondere berechnen, kann.
Gemäß einer weiteren Variante kann der Zustand durch externe Mittel ermittelt oder er rechnet oder zumindest abgeschätzt werden. Falls die Vorrichtung 100 beispielsweise ein Fahrzeug (oder Teil eines solchen) ist, kann beispielsweise durch ein satellitenge stütztes Positionierungssystem oder durch Sensorik in der Umgebung des Fahrzeugs ermittelt werden, welche Strecke das Fahrzeug zurückgelegt hat. Hieraus kann ggf. die verbleibende Reichweite des Fahrzeugs abgeschätzt werden und ein entsprechendes Signal an die Vorrichtung 100 übermittelt werden. Die Steuervorrichtung kann die in die sem Signal enthaltenen Informationen bei der Steuerung der Energieversorgung der Verbraucher 1 und 2 berücksichtigen.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, die auf der in Fig. 1 gezeigten Ausführungs form aufbaut. Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung besteht im Wesentlichen aus zwei Hälften. Die rechte Hälfte ist zur besseren Übersichtlichkeit größer und mit mehr Detail dargestellt als die linke. Die in Fig. 2 gezeigten geraden Linien, beispielsweise zwischen den Be zugszeichen 37 und 63, sind wiederum elektrisch leitende Verbindungen. Die schwarz dargestellten Punkte 35 bis 37 und 61 bis 65 dienen lediglich einer übersichtlichen Be schreibung und können herkömmliche elektrische Verbindungspunkte sein, an denen mehrere, insbesondere drei oder mehr, elektrische Leitungen verknüpft sind.
Die Energiequelle weist im Beispiel der Fig. 2 zwei Einheiten 33 und 34 auf. Diese kön nen beispielsweise einzelne Batterien sein, die zusammen aber als (eine) Energiequelle angesehen werden können. Zwischen den Punkten 35 und 36 liegt die von der ersten Einheit 33 bereitgestellte Spannung V1 an, zwischen den Punkten 36 und 37 die von der zweiten Einheit 34 bereitgestellte Spannung V2. Zwischen den Punkten 35 und 37 liegt die Summe der von den zwei Einheiten 33 und 34 bereitgestellten Spannungen an, V1 + V2. Entsprechendes gilt für die Punkte 61, 62 und 63. Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung weist wiederum eine Steuervorrichtung 4 auf, die hier von der ersten Einheit V1 mit Energie versorgt wird. Alternativ könnte sie auch von der zweiten Einheit 34 mit Energie versorgt werden, oder an die Punkte 35 und 37 ange schlossen sein, so dass sie mit der Summe der Spannungen V1 + V2 versorgt wird.
Fig. 2 zeigt auch einen Verbraucher 1 zwischen Punkten 64 und 65. Bezugszeichen 71 stellt einen Schalter zwischen den Punkten 61 und 64 dar, Schalter 72 zwischen den Punkten 62 und 64, Schalter 73 zwischen den Punkten 62 und 65, und Schalter 74 zwi schen den Punkten 63 und 65. Diese können wie die Schalter 11 und 21 in Fig. 1 durch die Steuervorrichtung 4 gesteuert werden, insbesondere geöffnet und geschlossen wer den. In Fig. 2 ist diese Steuerung nur für die Schalter 71 und 72 durch Pfeile angedeutet, kann aber analog für die Schalter 73 und 74 erfolgen.
Angenommen die Punkte 35 und 61 liegen auf dem Potential 0, die Punkte 36 und 62 auf dem Potential V1 und die Punkte 37 und 63 auf dem Potential V1 + V2, ergibt sich für das Potential an den Punkten 64 und 65 bzw. für die an dem Verbraucher 1 anlie gende Spannung bei verschiedenen Stellungen der Schalter 71 bis 74 folgendes:
Abkürzungen: Schalterstellung 0 = Schalter offen
Schalterstellung 1 = Schalter geschlossen
Dabei ist zu beachten, dass die Schalter 71 und 72 nicht gleichzeitig geschlossen sein sollten, weil sich sonst ein Kurzschluss ergibt. Entsprechend sollten auch die Schalter 73 und 74 nicht gleichzeitig geschlossen sein. Durch die in Fig. 2 dargestellte Schaltung kann der Verbraucher 1 also mit vier verschie denen Spannungen versorgt werden, nämlich 0 V, V1 , V2 oder V1 + V2. Insbesondere wenn die Spannungen V1 und V2 verschieden sind, ergibt sich hierdurch eine vorteilhaf te Flexibilität.
Die linke Hälfte, der in Fig. 2 gezeigten Schaltung, kann analog zu der rechten Hälfte gestaltet sein, wie es in Fig. 2 durch gestrichelte Linien und den Verbraucher 2 angedeu tet ist. Die (in der rechten Hälfte dargestellte) Steuervorrichtung 4 kann in entsprechen der Weise nicht dargestellte Schalter in der linken Hälfte der Schaltung steuern. Eine zusätzliche Steuervorrichtung in der linken Hälfte ist nicht nötig.
Durch die in Fig. 2 gezeigte Schaltung ist es insbesondere möglich, die Verbraucher 1 und 2 unabhängig voneinander mit Energie zu versorgen, insbesondere durch Anlegen von verschiedenen Spannungen an die Verbraucher 1 und 2.
Die Schaltung kann im Rahmen der Erfindung im Prinzip beliebig erweitert werden, durch Hinzufügen von weiteren Verbrauchern und/oder weiteren Energiequellen bzw. Einheiten einer Energiequelle. Um die gesamte Flexibilität auszunutzen, kann sich die benötigte Anzahl der elektrischen Verbindungen bei Verwendung von mehr als zwei Verbrauchern und insbesondere mehr als zwei Energiequellen/Einheiten einer Energie quelle deutlich erhöhen. Unter Zuhilfenahme der vorliegenden Beschreibung ist eine ge eignete Auslegung der Schaltung aber für die Fachperson im Prinzip möglich.
Messvorrichtungen wie die in Fig. 1 gezeigten Messvorrichtungen 13, 23 und 45 sind zur besseren Übersicht in Fig. 2 nicht dargestellt, können aber an geeigneten Stellen bzw. zwischen geeigneten Punkten vorhanden sein.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start 90 des Verfahrens wird in einem Schritt 91 die Energieversorgung der Verbraucher ge mäß der Regelung vorgenommen. In einem Schritt 92 wird ermittelt, ob ein externer Ein griff aufgetreten ist. Ist dies nicht der Fall (93), kehrt das Verfahren zum Schritt 91 zurück d.h. die Regelung besteht weiterhin. Wird im Schritt 92 hingegen festgestellt, dass ein externer Eingriff aufgetreten ist (94), schreitet das Verfahren zum Schritt 95 voran. Im Schritt 95 wird die Energieversorgung der Verbraucher gemäß der Folgeregelung durch geführt. Danach kann das Verfahren enden (Schritt 96). Alternativ verbleibt das Verfah ren beim Schritt 95, d.h. es wird im Prinzip unbegrenzt gemäß der Folgeregelung verfah ren. In der Praxis wird jedoch beispielsweise ein weiterer externer Eingriff möglich sein, um das Verfahren zu beenden (Schritt 96) bzw. die Vorrichtung zurückzusetzen, so dass das Verfahren zum Schritt 91 zurückkehrt, wie dies in Fig. 3 durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt ist.
Bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen können Messwerte beispielsweise über ei ne UART-Schnittstelle oder einen CAN-Bus von den verschiedenen Messgeräten, wie z.B. Messgeräte 13, 23 und 45 bzw. dem Sensor 50, an die Steuervorrichtung 4 übermit telt werden.
In erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die verschiedenen Schalter bzw. Schaltmittel, wie z.B. die Schalter 11 , 21 und 71 bis 74, ein Solid-State-Relais oder einen Reedkontakt aufweisen.
In allen Ausführungsbeispielen können die Schalter auch durch elektronische Vorrich tungen ersetzt werden, die nicht nur zwei Schaltzustände (geschlossen / offen) haben, sondern die ein Variieren einer Spannung und oder eines Stroms (einer Stromstärke) ermöglichen, insbesondere ein Variieren einer an einem Verbraucher anliegenden Spannung und/oder ein Variieren eines durch einen Verbraucher fließenden Stroms.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen eignen sich insbesondere für Vorrichtungen, bei denen die Energieversorgung einer Beschränkung unterliegt. Eine solche Beschränkung kann beispielsweise eine zeitliche Beschränkung sein, d.h. die Energieversorgung kann nicht oder nicht im vollen Umfang zu jeder Zeit gewährleistet werden (Beispiel: Photovol- taikzelle bei Nacht). Eine solche Beschränkung kann sich auch hinsichtlich der verfügba ren Energiemenge oder Spannung oder Stromstärke oder Leistung äußern (Beispiel: Batterie). Durch erfindungsgemäße Ausführungsformen kann die Energieversorgung der Verbraucher angesichts der möglichen Beschränkungen gezielt gesteuert werden, im Normalfall durch die hardware-, firmware- und/oder softwaretechnische Regelung. Aus- führungsformen der Erfindung lassen aber ein Abweichen von dieser Regelung zu, in dem diese Regelung für einen externen Eingriff für eine Folgeregelung eingerichtet ist.
Nachfolgend werden zwei konkrete Beispiele einer Regelung und Folgeregelung erläu tert, wobei sich versteht, dass sich andere erfindungsgemäße Ausführungsformen von diesen (deutlich) unterscheiden können.
Beispiel 1
Die Vorrichtung weist eine durch einen elektrischen Motor angetriebene Drohne auf, die mit einer Kamera ausgestattet ist. Bezogen auf die in den Fig. 1 oder 2 gezeigten Schal tungen ist beispielsweise der Motor der Verbraucher 1 und die Kamera der Verbraucher 2. Die Regelung legt in diesem Beispiel fest, dass bis zu einem gewissen Entladungszu stand der On-Board-Energiequelle (hier beispielsweise eine Batterie) sowohl der Motor als auch die Kamera mit Energie versorgt werden. Weiter legt die Regelung fest, dass bei Unterschreiten einer gewissen verbleibenden Restenergiemenge in der Batterie (die von der Entfernung zu einem Stützpunkt abhängig sein kann, an dem die Batterie wieder aufgeladen werden kann) nur noch der Motor betrieben wird, nicht aber die Kamera (o- der dass die Kamera nur noch intermittierend betrieben wird). Auf diese Weise kann si chergestellt werden, dass die in der Batterie verbleibende Energiemenge ausreicht, da mit die Drohne zu dem Stützpunkt zurückkehren kann, vorzugsweise auch unter Vermei dung einer Tiefentladung der Batterie.
Ein externer Eingriff (beispielsweise durch Bedienpersonal, ggf. durch drahtlose Über mittlung) kann nun darin bestehen, dass die Energieversorgung für die Kamera nicht abgeschaltet wird, beispielsweise weil die Kamera ein wichtiges Ereignis aufnehmen soll. Ein solches Ereignis könnte beispielsweise ein Naturereignis (z.B. Vulkanausbruch) sein. Es wird somit das Risiko einer Tiefentladung der Batterie oder gar der Absturz der Droh ne in Kauf genommen, beispielsweise wenn das Aufnehmen des Ereignisses durch die Kamera (und das rechtzeitige Übermitteln der Aufnahmen an einen Empfänger) als wich tiger angesehen wird als ein schonender Betrieb der Batterie oder als die Drohne selbst. Beispiel 2
In diesem Beispiel ist die Vorrichtung ein beispielsweise straßengebundenes Fahrzeug, das elektrisch angetrieben wird. Zur Ausstattung dieses Fahrzeugs gehört in diesem Beispiel auch eine Innenraumheizung.
Gemäß der Regelung wird bis zu einem gewissen Entladungszustand der Batterie nicht nur der Motor als Verbraucher 1 , sondern auch die Innenraumheizung als Verbraucher 2 betrieben, wenn die Umgebungstemperatur dies bedingt. Es wird nun angenommen, dass das Fahrzeug eine ausreichende Energiemenge zur Verfügung hat, um unter Ver meidung einer Tiefentladung eine bestimmte Ladestation anzusteuern, wobei diese Energiemenge auch dazu ausreicht, auf der Strecke bis zu dieser Ladestation die Innen raumheizung zu betreiben.
Ein externer Eingriff kann nun darin bestehen, dass dem Fahrzeug durch entsprechende externe Meldedienste gemeldet wird, dass die anvisierte Ladestation nicht funktionsfähig ist, beispielsweise aufgrund von Überschwemmung oder eines Brandereignisses. Das Fahrzeug muss nun eine andere, gegebenenfalls weiter entfernte, Ladestation ansteu ern. Die Folgeregelung, gemäß der das Fahrzeug nun verfahren muss, legt fest, dass die Innenraumheizung trotz entsprechenden Außentemperaturen nicht oder nicht im vollen Umfang betrieben werden kann, weil sonst die verbleibende Energiemenge in der Batte rie des Fahrzeugs nicht für die zurückzulegende Strecke bis zu der (weiter entfernten) Ladestation ausreicht bzw. weil sonst eine Tiefentladung der Batterie wahrscheinlich wird. Die Details der Folgeregelung können im Rahmen des externen Eingriffs explizit an das Fahrzeug übermittelt werden, oder die Folgeregelung kann auch schon vorab dem Fahrzeug bekannt gewesen sein und im Rahmen des externen Eingriffs erhält das Fahr zeug die Anweisung, die Energieversorgung der Verbraucher (Motor und Innenraumhei zung) gemäß der Folgeregelung durchzuführen.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Ver fahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung der Fachperson eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprü chen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewi chen wird.
Bezugszeichenliste
1 , 2 Verbraucher
3 Energiequelle
4 Steuervorrichtung
11, 21 Schalter 12, 22 Zuleitungen zum Steuern der Schalter
13, 23 Messgerät
14, 24 Messleitungen von den Messgeräten 31, 32 Elektrische Anschlüsse der Energiequelle 33, 34 Einheiten der Energiequelle 35, 36, 37 Elektrische Verbindungspunkte
40 Microcontroller
41 Datenspeicher (für Regelung)
42 Schnittstelle
43 Datenspeicher (für Nachfolgeregelung)
45 Messgerät
46 Messleitung 50 Sensor
61 bis 65 Elektrische Verbindungspunkte 71 bis 74 Schalter 90 bis 96 Verfahrensschritte 100 Vorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (100), aufweisend: wenigstens eine Energiequelle (3) zum Bereitstellen von elektrischer Energie, wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) von elektrischer Energie und eine elektronische Steuervorrichtung (4) zum Steuern einer Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) mit elektrischer Energie von der wenigs tens einen Energiequelle (3), wobei die elektronische Steuervorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) mit elektrischer Energie basierend auf einer hardware-, firmware- und/oder softwaretechnischen Regelung, in Abhängigkeit ei nes gemessenen und/oder aus vorliegenden technischen Parametern der wenigs tens einen Energiequelle (3) ermittelten, insbesondere errechneten, Zustands der wenigstens einen Energiequelle (3), zu regeln, wobei die hardware-, firmware- und/oder softwaretechnische Regelung für einen externen Eingriff für eine Folgeregelung eingerichtet ist.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei der Eingriff das Übermitteln einer An weisung aufweist und wobei die Vorrichtung (100) Mittel (42) zum Empfangen der Anweisung von einerweiteren Vorrichtung oder einem Benutzer aufweist, damit gemäß der Folgeregelung verfahren wird, insbesondere diese ausgeführt wird.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Anweisung die Folgeregelung präzi siert, oder wobei die Folgeregelung zuvor abgelegt wurde, insbesondere in der Vorrichtung (100) oder derart, dass die Vorrichtung (100) Zugriff auf die Folgeregelung hat, und die Vorrichtung (100) eingerichtet ist, durch die Anweisung dazu veranlasst zu wer den, gemäß der Folgeregelung zu verfahren.
4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein technischer Parameter der wenigstens einen Energiequelle (3) eine verbleiben de Energiemenge, insbesondere eine nutzbare Energiemenge, eine Notfallreserve, eine Kapazität, ein Ladezustand, ein Alter und/oder ein Alterungszustand der we nigstens einen Energiequelle (3) ist.
5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektroni sche Steuervorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, bei der Regelung der Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) mit elektrischer Energie auch wenigstens einen gemessenen und/oder vorliegenden technischen Parameter wenigstens ei nes der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) zu berücksichtigen.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigs tens eine Energiequelle (3) wenigstens zwei Einheiten (33, 34) aufweist, die insbe sondere dazu eingerichtet sind, unterschiedliche Spannungen bereitzustellen, und/oder wobei die wenigstens eine Energiequelle (3) wenigstens eines der Folgenden auf weist: eine Batterie ein Photovoltaik-Modul eine Brennstoffzelle ein durch Verbrennung angetriebener Generator ein durch Wind- oder Wasserkraft angetriebener Generator ein durch Solarenergie angetriebener Generator.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrich tung (100) keine permanente, insbesondere keine, elektrische Verbindung zu ei nem öffentlichen Stromversorgungsnetz hat und/oder ein autarkes System, insbe sondere ein mobiles System, insbesondere ein portables System darstellt, und/oder wobei die maximal erbringbare elektrische Leistung der Vorrichtung (100) höchstens 1 MW, insbesondere weniger als 500kW, weniger als 200kW, weniger als 100kW, weniger als 50kW, weniger als 20kW, weniger als 10kW, weniger als 5kW, weniger als 2kW, weniger als 1kW, weniger als 500W, weniger als 200W, weniger als 100W, weniger als 50W, weniger als 20W, weniger als 10W, weniger als 5W, weniger als 2W oder weniger als 1 W beträgt, und/oder wobei die maximal erbringbare elektrische Leistung der Vorrichtung (100) wenigstens 1W, insbeson- dere wenigstens 2W, insbesondere wenigstens 5W, insbesondere wenigstens 10W, insbesondere wenigstens 20W, insbesondere wenigstens 50W, insbesondere wenigstens 100W, insbesondere wenigstens 200W, insbesondere wenigstens 500W, insbesondere wenigstens 1kW, insbesondere wenigstens 2kW, insbesonde re wenigstens 5kW, insbesondere wenigstens 10kW, insbesondere wenigstens 20kW, insbesondere wenigstens 50kW, insbesondere wenigstens 100kW, insbe sondere wenigstens 200kW, insbesondere wenigstens 500kW, insbesondere we nigstens 1 MW beträgt.
8. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer vorrichtung (4) eingerichtet ist, mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Energiequelle (3) versorgt zu werden.
9. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrich tung (100) Mittel (13, 23, 45) zum Ermitteln einer Spannung und/oder eines Stroms an wenigstens einer Stelle, insbesondere an zwei oder mehr Stellen, der Vorrich tung (100) aufweist, wobei die Vorrichtung (100) insbesondere Mittel (14, 24, 46) zum Kommunizieren von ermittelten Spannungen und/oder Strömen zu der Steuer vorrichtung (4) aufweist, insbesondere zu einem Microcontroller (40) der Steuervor richtung (4), insbesondere über eine UART-Schnittstelle oder einen CAN-Bus.
10. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigs tens eine Energiequelle (3) wenigstens eine Batterie aufweist und wobei die Rege lung eingerichtet ist, die wenigstens eine Batterie vor Tiefentladung zu schützen und/oder die wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) vor Überspannungen bei einem Ladevorgang der Batterie zu schützen.
11. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelung eingerichtet ist, ein Bestromen der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) so vorzunehmen, dass die maximale Stärke des insgesamt benötigten Stroms reduziert wird, und/oder ein Bestromen der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) zeitversetzt vorzu nehmen, und/oder einen Anstieg eines Stroms zum Bestromen wenigstens eines der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) zu verlangsamen.
12. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrich tung (100) ein Schaltmittel (11, 21) zum Anlegen von Spannung an die wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) und/oder zum Bestromen der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) aufweist, insbesondere wobei das Schaltmittel (11, 21) wenigstens ein Solid- State-Relais und/oder wenigstens einen Reedkontakt aufweist.
13. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrich tung (100) wenigstens einen Sensor (50) aufweist, insbesondere wenigstens einen Wassersensor, wobei der wenigstens eine Sensor (50) eingerichtet ist, ein für die Vorrichtung (100) potentiell schädliches Ereignis zu detektieren, insbesondere ei nen Kurzschluss oder das Vorhandensein von Wasser, und insbesondere wobei die Steuervorrichtung (4) eingerichtet ist, als Reaktion auf das Detektieren eines potentiell schädlichen Ereignisses die Versorgung der wenigstens zwei Verbrau cher (1 , 2) oder wenigstens eines Teilbereichs der Vorrichtung (100) mit elektri scher Energie zu verändern, insbesondere zu reduzieren, insbesondere zu unter brechen.
14. Vorrichtung (100), aufweisend: wenigstens eine Energiequelle (3) zum Bereitstellen von elektrischer Energie, wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) von elektrischer Energie und eine elektronische Steuervorrichtung (4) zum Steuern einer Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) mit elektrischer Energie von der wenigs tens einen Energiequelle (3), wobei die elektronische Steuervorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) mit elektrischer Energie basierend auf einer hardware-, firmware- und/oder softwaretechnischen Regelung, in Abhängigkeit ei nes gemessenen und/oder aus vorliegenden technischen Parametern der wenigs- tens einen Energiequelle (3) ermittelten, insbesondere errechneten, Zustands der wenigstens einen Energiequelle (3), zu regeln, wobei die Vorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, den gemessenen und/oder ermit telten, insbesondere errechneten, Zustand der wenigstens einen Energiequelle (3) mittels einer UART-Schnittstelle oder über einen CAN-Bus zu erfassen.
15. Steuervorrichtung (4) zur Benutzung in einer Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
16. Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung (100), wobei die Vorrichtung (100) we nigstens eine Energiequelle (3) zum Bereitstellen von elektrischer Energie und we nigstens zwei Verbraucher (1 , 2) von elektrischer Energie aufweist, wobei das Verfahren ein elektronisches Steuern einer Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) mit elektrischer Energie von der wenigstens einen Ener- giequelle (3) aufweist, wobei das Verfahren die Versorgung der wenigstens zwei Verbraucher (1 , 2) mit elektrischer Energie basierend auf einer hardware-, firmware- und/oder software technischen Regelung, in Abhängigkeit eines gemessenen und/oder aus vorlie genden technischen Parametern der wenigstens einen Energiequelle (3) ermittel- ten, insbesondere errechneten, Zustands der wenigstens einen Energiequelle (3), durchführt, wobei die hardware-, firmware- und/oder softwaretechnische Regelung für einen externen Eingriff für eine Folgeregelung eingerichtet ist.
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