WO2001001544A1 - Ladegerät - Google Patents

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WO2001001544A1
WO2001001544A1 PCT/DE2000/002104 DE0002104W WO0101544A1 WO 2001001544 A1 WO2001001544 A1 WO 2001001544A1 DE 0002104 W DE0002104 W DE 0002104W WO 0101544 A1 WO0101544 A1 WO 0101544A1
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WO
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power
charger
consuming device
light
charger according
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Application number
PCT/DE2000/002104
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English (en)
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Inventor
Bernhard Raaf
Ludwig Hofmann
Klaus Burger
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells

Definitions

  • the invention relates to a charger for charging a battery in a power-consuming device, the power-consuming device having at least one solar cell and means for charging the battery located in the device by means of the generated solar power.
  • a large number of portable power-consuming devices such as pocket calculators or watches, are already equipped with solar cells that cover the device's energy requirements.
  • Devices that have to function independently of the respective lighting conditions usually have an additional battery. If, due to the lack of light, the solar cells do not supply enough electricity, the device is operated via the batteries. In times of high light irradiation or low power requirements, the batteries can also be recharged using the solar cells.
  • the solar cells could then at least cover the energy consumption in standby mode. During transmission, the energy requirement is then made available by the accumulators as before. As soon as the electricity supplied by the solar cell in stand-by operation exceeds the demand, you can then the batteries are recharged by means of the solar cells.
  • This additional charging can, as has been the case with conventional mobile telephones, take place via power supply units which are connected with a plug into a corresponding socket of the power-consuming device.
  • this charging socket and a suitable protective circuit in the power-consuming device are required.
  • the charger has at least one light source which is arranged in a charging position of the power-consuming device to the charger in a predetermined position to the solar cell.
  • the charger according to the invention is therefore an artificial lighting specially provided for charging via the solar cells, which is designed in such a way that the portable device can be accommodated, for example, in a socket or the like so that the solar cells intensely illuminate during the charging process are exposed, for example the light source is aimed directly at the solar cells at a short distance.
  • the charger according to the invention is therefore an inexpensive alternative to supplement the amount of energy otherwise generated with daylight or with the artificial lighting already present in the room.
  • the charger Since there is already a circuit for charging the batteries via the solar cells in the power-consuming device, the charger itself can be of extremely simple construction.
  • it is an incandescent lamp that has an integrated plug and a holder for the power-consuming device. This allows the mobile device to be charged additionally overnight, for example, by simply plugging the device into the charger and then plugging it directly into a mains socket.
  • the simple charger according to the invention has the further advantage that it is largely independent of the available line voltages and line frequencies, so that, despite the simple manufacture, it can also be used universally on international trips.
  • the absence of a charging socket on the power-consuming device also means a reduction in the openings in the housing, which is advantageous when producing a waterproof or even watertight version of the device.
  • the subclaims contain an advantageous embodiment and development of the charger according to the invention.
  • the charger preferably has means for fixing the power-consuming device with respect to the charger in the charging position.
  • This can be a suitable latching or clamping device, for example.
  • the light source is a special lamp with a higher efficiency, for example a halogen lamp.
  • the light source is advantageously selected such that the emission spectrum of the light source is matched to the solar cell in such a way that the overall efficiency is at a maximum.
  • An increase in efficiency can also be achieved if the charger has a reflector which reflects the light onto the solar cell and, in the best case, focuses the entire radiation power emitted by the light source onto the solar cell.
  • the charger has an overtemperature fuse that switches the device off when the solar cells become too warm.
  • the charger can also be equipped with coolants, in the simplest case with a suitably chosen air gap. It is also possible to use a small blower, but it should be borne in mind here that such additional components increase the manufacturing costs.
  • the charger according to the invention is particularly suitable for use on mobile telephones with solar cells. However, it is not limited to this use, but can in principle be used for any type of power-consuming devices with solar cells. The only decisive factor is that the charger is adapted to the power-consuming device in this way is that the solar cells and the light sources can be optimally positioned to each other.
  • the power-consuming device in the area of the solar cells can also have a corresponding receptacle into which the charger is inserted.
  • the charger then has a correspondingly shaped housing as a fixing means, which can be inserted or inserted into the receptacle of the power-consuming device.
  • the charger and the power-consuming device can preferably also be offered as a matching set. Due to the low manufacturing price of the charger, the complete set is cheaper than conventional devices with an additional power supply unit for charging the batteries.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device set consisting of a charger 1 according to the invention and an associated power-consuming, mobile device 2, for example a cell phone 2.
  • the mobile phone 2 has solar cells 4 and one or more batteries 3.
  • the mobile phone 2 is supplied with power either via the batteries 3 or via the solar cells 4 or through a combined operation.
  • the solar cells 4 are correspondingly connected to the batteries 3, so that the batteries 3 with the solar Lines 4 generated electricity can be recharged as soon as the amount of solar power generated is greater than the current demand of the mobile phone 2.
  • the charger 11 has a housing 11 with an integrated power plug 9, with which the charger 1 can be plugged into a power socket 12.
  • the housing 11 of the charger 1 has a receptacle 10 in the form of a, which is adapted to the housing 13 of the mobile telephone 2
  • the mobile phone 2 is inserted into this receptacle 10 and, if necessary, held in place by suitable clamping or latching means. It is of course also possible that the receptacle 10 of the charger 1 itself is somewhat flexible, so that the inserted mobile phone is inevitably clamped in the receptacle 10.
  • a light-emitting diode row 6 consisting of several light-emitting diodes 5 connected in series, directly opposite the solar cells 4 of the mobile telephone 2, so that the emitted light strikes the solar cells 4 as directly as possible.
  • the series connection makes it possible to operate the LEDs 5 directly at the mains voltage. This will make the
  • a simple series resistor 8 can also be connected in series.
  • an air gap 7 is provided between the charger 1 and the mobile telephone 2 located in the receptacle 10 in the region of the LED row 6 or the solar cells 4.
  • the air gap 7 By appropriate shaping of the housing 11, it is possible to design the air gap 7 in such a way that no scattered light from the light-emitting diodes 6 reaches the surroundings through this air gap 7 when the mobile telephone 2 is inserted. This is advantageous, for example, if the mobile phone is charged by the user overnight, for example in a hotel room, and could interfere with stray light.
  • the housing 11 with the power plug 9 and possibly the light reflector is preferably produced in one piece, for example using an inexpensive injection molding process.

Abstract

Beschrieben wird ein Ladegerät (1) zum Laden eines Akkumulators (3) in einem stromverbrauchenden Gerät (2), beispielsweise einem Mobiltelefon (2), wobei das stromverbrauchende Gerät (2) mindestens eine Solarzelle (4) sowie Mittel zum Laden des im Gerät (2) befindlichen Akkumulators (3) mittels des erzeugten Solarstroms aufweist. Das Ladegerät (2) weist mindestens eine Lichtquelle (5) sowie Mittel (10) zum Fixieren des stromverbrauchenden Geräts (2) bezüglich des Ladegeräts (1) auf, so daß die Solarzelle (4) in einer vorgegebenen Position zur Lichtquelle (5) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Ladegerät
Die Erfindung betrifft ein Ladegerät zum Laden eines Akkumulators in einem stromverbrauchenden Gerät, wobei das stromverbrauchende Gerät mindestens eine Solarzelle sowie Mittel zum Laden des im Gerät befindlichen Akkumulators mittels des erzeugten Solarstroms aufweist.
Eine Vielzahl von transportablen stromverbrauchenden Geräten, beispielsweise Taschenrechner oder Uhren, sind bereits heute mit Solarzellen ausgerüstet, über die der Energiebedarf des Geräts gedeckt wird. Geräte, die unabhängig von den jeweiligen Lichtverhältnissen funktionieren müssen, weisen in der Regel zusätzlich noch einen Akku auf. Wenn aufgrund der fehlenden Lichteinstrahlung, die Solarzellen nicht genügend Strom liefern, wird das Gerät über die Akkumulatoren betrieben. In Zeiten hoher Lichteinstrahlung bzw. geringen Strombedarfs können zudem mit Hilfe der Solarzellen die Akkumulatoren wieder aufgeladen werden.
Mit zunehmender Fortentwicklung der Technik, insbesondere der Verbesserung des Wirkungsgrads von Solarzellen und der Redu- zierung des Energiebedarfs der tragbaren Geräte, ist damit zu rechnen, daß in Zukunft auch solche Geräte, die derzeit noch einen relativ hohen Stromverbrauch aufweisen, beispielsweise Mobiltelefone oder Notebooks, zusätzlich mit Solarzellen ausgerüstet werden.
Über die Solarzellen könnte dann beispielsweise bei Mobiltelefonen zumindest der Energieverbrauch im Stand-by-Betrieb gedeckt werden. Während des Sendebetriebs wird dann der Energiebedarf wie bisher von den Akkumulatoren zur Verfügung gestellt. Sobald im Stand-by-Betrieb der von der Solarzelle gelieferte Strom den Bedarf überschreitet, können dann mittels der Solarzellen die Akkumulatoren wieder aufgeladen werden.
Da aber - zumindest in naher Zukunft - nicht damit zu rechnen ist, daß der von den Solarzellen erzeugte Strom alleine ausreichen wird, um den Betrieb aufrecht zu erhalten und die Akkumulatoren vollständig aufzuladen, wird nach wie vor eine zusätzliche Energiequelle benötigt.
Dieses zusätzliche Aufladen kann, wie das bisher bei den konventionellen Mobiltelefonen der Fall ist, über Netzgeräte erfolgen, welche mit einem Stecker in eine entsprechende Buchse des stromverbrauchenden Gerätes angeschlossen sind. Neben dem Netzgerät werden dazu diese Ladebuchse und eine geeignete Schutzschaltung im stromverbrauchenden Gerät benötigt .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine in der Herstellung kostengünstige Alternative zu diesem Stand der Technik zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Ladegerät mindestens eine Lichtquelle aufweist, die in einer Ladeposition des stromverbrauchenden Geräts zum Ladegerät in einer vorgegebenen Position zur Solarzelle angeordnet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Ladegerät handelt es sich somit um eine speziell für das Aufladen über die Solarzellen vorgesehene künstliche Beleuchtung, welche so ausgestaltet ist, daß das tragbare Gerät beispielsweise in einer Fassung oder dergleichen so aufgenommen werden kann, daß während des Ladevorgangs die Solarzellen intensiv der Beleuchtung ausgesetzt sind, beispielsweise die Lichtquelle in kurzem Abstand direkt auf die Solarzellen gerichtet ist.
Es ist klar, daß ein solches Ladegerät nicht die Effizienz eines Netzgerätes erreicht, da sowohl die Lichterzeugung als auch die Solarzellen nur einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad haben. Jedoch ist ein derartiges Ladegerät - bei entsprechend einfachem Aufbau - erheblich günstiger herstellbar, als ein konventionelles Netzgerät mit den zusätzlich im stromverbrauchenden Gerät benötigten Schutz- und Kontroll- schaltungen.
Das erfindungsgemäße Ladegerät ist daher eine preiswerte Alternative, um den sonst mit Tageslicht oder mit der ohnehin im Raum vorhandenen künstlichen Beleuchtung erzeugten Energiebetrag zu ergänzen.
Da eine Schaltung zum Laden der Akkumulatoren über die Solarzellen im stromverbrauchenden Gerät ohnehin vorhanden ist, kann das Ladegerät selbst äußerst einfach aufgebaut sein.
Im einfachsten Fall handelt es sich um eine Glühlampe, die einen integrierten Stecker sowie eine Halterung für das stromverbrauchende Gerät aufweist. Hiermit kann das mobile Gerät zum Beispiel über Nacht zusätzlich geladen werden, indem das Gerät einfach in das Ladegerät eingesteckt wird und dieses wiederum direkt in eine Netzsteckdose eingesteckt wird.
Das erfindungsgemäße einfache Ladegerät hat den weiteren Vorteil, daß es weitgehend unabhängig von den zur Verfügung stehenden Netzspannungen und Netzfrequenzen ist, so daß es trotz der einfachen Herstellung universell auch auf internationalen Reisen benutzt werden kann.
Der Verzicht auf eine Ladebuchse am stromverbrauchenden Gerät bedeutet gleichzeitig eine Reduzierung der Gehäuseöffnungen, was bei einer Herstellung einer wasserfesten oder sogar wasserdichten Ausführung des Geräts von Vorteil ist. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ladegeräts.
Vorzugsweise weist das Ladegerät Mittel zum Fixieren des stromverbrauchenden Geräts bezüglich des Ladegeräts in der Ladeposition auf. Dies kann beispielsweise eine geeignete Rast- oder Klemmeinrichtung sein.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle eine Speziallampe mit einem besseren Wirkungsgrad, beispielsweise eine Halogenlampe. Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle derart ausgewählt, daß das Emissionsspektrum der Lichtquelle so an die Solarzelle angepaßt ist, daß der Gesamtwirkungsgrad maximal ist.
Eine Erhöhung des Wirkungsgrades kann auch erreicht werden, wenn das Ladegerät einen Reflektor aufweist, der das Licht auf die Solarzelle reflektiert und im günstigsten Fall die gesamte, von der Lichtquelle abgegebene Strahlungsleistung auf die Solarzelle fokussiert.
Insbesondere bei der Verwendung einer Glühlampe ist es vorteilhaft, wenn das Ladegerät eine Übertemperatursicherung aufweist, die das Gerät abschaltet, wenn die Solarzellen zu warm werden. Selbstverständlich kann das Ladegerät auch mit Kühlungsmitteln, im einfachsten Fall mit einem geeignet gewählten Luftspalt, ausgerüstet sein. Ebenso ist die Verwendung eines kleinen Gebläses möglich, wobei hier aber zu bedenken ist, daß solche zusätzlichen Komponenten die Herstellungskosten erhöhen.
Das erfindungsgemäße Ladegerät eignet sich insbesondere zur Verwendung an Mobiltelefonen mit Solarzellen. Es ist aber nicht auf diese Verwendung beschränkt, sondern es kann prinzipiell für jede Art von stromverbrauchenden Geräten mit Solarzellen verwendet werden. Entscheidend ist lediglich, daß das Ladegerät derart an das stromverbrauchende Gerät angepaßt ist, daß die Solarzellen und die Lichtquellen optimal zueinander positioniert werden können.
Bei größeren stromverbrauchenden Geräten, beispielsweise Notebooks, kann auch das stromverbrauchende Gerät im Bereich der Solarzellen eine entsprechende Aufnahme aufweisen, in die das Ladegerät eingesteckt wird. In diesem Fall weist dann das Ladegerät als Fixierungsmittel ein entsprechend geformtes Gehäuse auf, das in die Aufnahme des stromverbrauchenden Geräts eingelegt bzw. eingesteckt werden kann.
Das Ladegerät und das stromverbrauchende Gerät können vorzugsweise auch als zueinander passendes Set angeboten werden. Aufgrund des günstigen Herstellungspreises des Ladegeräts, ist das Gesamtset kostengünstiger als die herkömmlichen Geräte mit einem zusätzlichen Netzteil zum Aufladen der Akkus.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungs- beispiels unter Hinweis auf die beigefügte Figur 1 näher erläutert .
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Geräte- Sets, bestehend aus einem erfindungsgemäßen Ladegerät 1 und einem zugehörigen stromverbrauchenden, mobilen Gerät 2, beispielsweise einem Mobiltelefon 2.
Der Einfachheit halber sind nur die zur Erklärung der Erfindung notwendigen Bauteile der jeweiligen Geräte dargestellt.
Das Mobiltelefon 2 weist Solarzellen 4 sowie einen oder mehrere Akkus 3 auf. Die Stromversorgung des Mobiltelefons 2 erfolgt wahlweise über die Akkumulatoren 3 oder über die Solarzellen 4 bzw. durch einen kombinierten Betrieb. Die Solarzellen 4 sind entsprechend mit den Akkumulatoren 3 verbunden, so daß die Akkumulatoren 3 mit dem von den Solar- Zeilen 4 erzeugten Strom wieder aufgeladen werden können, sobald die Menge des erzeugten Solarstroms größer ist als der aktuelle Bedarf des Mobiltelefons 2.
Das Ladegerät 11 weist ein Gehäuse 11 mit einem integrierten Netzstecker 9 auf, mit dem das Ladegerät 1 in eine Netzsteckdose 12 eingesteckt werden kann.
Das Gehäuse 11 des Ladegerätes 1 weist eine an das Gehäuse 13 des Mobiltelefons 2 angepaßte Aufnahme 10 in Form einer
Vertiefung auf. In diese Aufnahme 10 wird das Mobiltelefon 2 eingelegt und ggf. durch geeignete Klemm- oder Rastmittel festgehalten. Es ist selbstverständlich auch möglich, daß die Aufnahme 10 des Ladegeräts 1 selbst etwas flexibel ausge- bildet ist, so daß das eingelegte Mobiltelefon zwangsläufig in der Aufnahme 10 festgeklemmt wird.
In der Aufnahme 10 befindet sich direkt gegenüberliegend der Solarzellen 4 des Mobiltelefons 2 eine Leuchtdiodenzeile 6 aus mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden 5, so daß das emittierte Licht möglichst direkt auf die Solarzellen 4 trifft.
Durch die Reihenschaltung ist es möglich, die Leuchtdioden 5 direkt an der Netzspannung zu betreiben. Dadurch wird die
Anzahl der Komponenten reduziert. Falls nötig, kann aber auch ein einfacher Vorwiderstand 8 in Reihe geschaltet werden.
Prinzipiell ist es auch möglich, die Verdrahtung der Leucht- dioden 5 untereinander bzw. mit einem eventuellen Vorwiderstand 8 derart auszuführen, daß die Konfiguration durch Betätigen eines einfachen Umschalters an die jeweils vorliegende Netzspannung angepaßt werden kann. Dies kann zum Beispiel durch Verwendung zweier Leuchtdiodenzeilen geschehen, die wahlweise durch den Umschalter parallel oder in Reihe geschaltet werden. In den Figuren nicht dargestellt ist eine Reflektorschicht in der Aufnahme 10 hinter den Leuchtdioden 5, mit der nahezu das gesamte von der Leuchtdiodenzeile 6 emittierte Licht auf die Solarzellen 4 fokussiert wird. Hiermit kann der Gesamt- Wirkungsgrad noch erheblich erhöht werden.
Zur Kühlung ist zwischen dem Ladegerät 1 und dem in der Aufnahme 10 befindlichen Mobiltelefon 2 im Bereich der Leuchtdiodenzeile 6 bzw. den Solarzellen 4 ein Luftspalt 7 vorgesehen.
Durch entsprechende Ausformung des Gehäuses 11, ist es möglich, den Luftspalt 7 derart zu gestalten, daß durch diesen Luftspalt 7 bei eingelegtem Mobiltelefon 2 keinerlei Streulicht der Leuchtdioden 6 in die Umgebung gelangt. Dies ist zum Beispiel dann von Vorteil, wenn das Mobiltelefon vom Benutzer über Nacht, beispielsweise in einem Hotelzimmer, aufgeladen wird und eventuelles Streulicht stören könnte.
Das Gehäuse 11 mit dem Netzstecker 9 und ggf. dem Lichtreflektor wird vorzugsweise einteilig, beispielsweise mit einem kostengünstigen Spritzgußverfahren, hergestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Ladegerät (1) zum Laden eines Akkumulators (3) in einem stromverbrauchenden Gerät (2) , wobei das stromverbrauchende Gerät (2) mindestens eine Solarzelle (4) sowie Mittel zum Laden des im Gerät (2) befindlichen Akkumulators (3) mittels des erzeugten Solarstroms aufweist, mit mindestens einer Lichtquelle (5) , die in einer Ladeposition des stromverbrauchenden Geräts (2) zum Ladegerät (1) in einer vorgegebenen Position zur Solarzelle (4) angeordnet ist.
2. Ladegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (10) zum Fixieren des stromverbrauchenden Geräts (2) bezüglich des Ladegeräts (1) in der Ladeposition.
3. Ladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (10) zum Fixieren des stromverbrauchenden Geräts (2) eine Halterung (10) zur Aufnahme des stromverbrauchenden Geräts (2) umfassen.
4. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle mindestens eine Glühlampe aufweist.
5. Ladegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Lichtquellen (5) in Form von Leuchtdioden (5), die zu einer Leuchtdiodenzeile (6) oder einem Leuchtdiodenfeld zusammengeschaltet sind.
6. Ladegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (5) in Reihe geschaltet sind.
7. Ladegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (5) ein an die Solarzelle (4) angepaßtes Emissionsspektrum aufweist, so daß der Wirkungsgrad maximal ist.
8. Ladegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle mindestens einen Reflektor aufweist, welcher das Licht auf die Solarzelle reflektiert.
9. Ladegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Übertemperatursicherung.
10. Ladegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11) mit einem integrierten Netzstecker (9).
11. Ladegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stromverbrauchende Gerät (2) ein Mobiltelefon (2) ist.
12. Geräte-Set, bestehend aus einem stromverbrauchenden Gerät (2) und einem hierzu passenden Ladegerät (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
13. Geräte-Set nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das stromverbrauchende Gerät (2) ein Mobiltelefon (2) ist.
PCT/DE2000/002104 1999-06-29 2000-06-28 Ladegerät WO2001001544A1 (de)

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DE19929730 1999-06-29

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