DE102015201684A1 - Cache arrangement for small electrical appliances - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Es wird eine Zwischenspeicheranordnung für elektrische Kleingeräte vorgeschlagen, die einerseits mit einer einen variablen Eingangsstrom liefernden Stromquelle verbindbar und andererseits über eine Standard-Steckverbindung an das elektrische Kleingerät anschließbar ist. Die Zwischenspeicheranordnung umfasst eine Ladevorrichtung (3), einen Energiespeicher (4), der von der Ladevorrichtung aufladbar ist und einen Gleichspannungswandler (5) zur Lieferung einer konstanten Ausgangsspannung, der mit der Ladevorrichtung (3) und dem Energiespeicher (4) verbunden ist. Die Ladevorrichtung ist ausgebildet, den Energiespeicher zwischen einer unteren Ladungsschwelle und einer oberen Ladungsschwelle zu laden und weiterhin, die Aufladung und Entladung des Energiespeichers (4) in Aufladephasen und Entladephasen derart zu steuern, dass in einer Aufladephase oder einer Entladephase jeweils eine Vielzahl von Aufladeschritten und Entladeschritten durchgeführt wird, wobei die Schwellen des Beginns und des Endes jedes Aufladeschritts oder Entladeschritts sich jeweils zwischen der unteren und oberen Ladungsschwelle und umgekehrt verschieben.It is proposed an intermediate storage device for small electrical appliances, which is connected on the one hand with a supply source supplying a variable current source and on the other hand connected via a standard connector to the small electrical appliance. The buffer arrangement comprises a charging device (3), an energy store (4) which can be charged by the charging device and a DC-DC converter (5) for supplying a constant output voltage which is connected to the charging device (3) and the energy store (4). The charging device is designed to charge the energy store between a lower charge threshold and an upper charge threshold, and furthermore to control the charging and discharging of the energy store (4) in charging phases and discharge phases in such a way that in a charging phase or a discharging phase a plurality of charging steps and Discharge steps is carried out, wherein the thresholds of the beginning and the end of each charging step or Entladeschritts each shift between the lower and upper charge threshold and vice versa.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Zwischenspeicheranordnung für elektrische Kleingeräte nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to an intermediate storage device for small electrical appliances according to the preamble of the main claim.

Elektrische oder elektronische Kleingeräte benötigen gewisse Mindestströme, um effizient geladen und betrieben zu werden. Manche der elektronischen Kleingeräte, wie einige Handys, haben einen definierten Mindeststrom, unterhalb dessen keine Ladung stattfindet.Electrical or electronic small appliances require certain minimum currents in order to be charged and operated efficiently. Some of the small electronic devices, like some cell phones, have a defined minimum current below which no charge takes place.

Bestimmte Generatoren, wie z. B. Solarmodule oder Windgeneratoren erzeugen geringe und schwankende Ströme, je nach Lichteinstrahlungsangebot oder Windangebot, die zum Teil weit unter den Mindestströmen liegen, z. B. im Bereich 20 bis 200 mA bei 100 bis 1000 mA Nennstrom. Obwohl im Tagesmittel ein derartiger Generator genug Energie erzeugen würde, um z. B. ein Smartphone zu 50 bis 100% zu laden, was ca. 500 bis 1500 mAh benötigen würde, ist dies aus den genannten Gründen nicht immer möglich. Bei idealer Sonneneinstrahlung bzw. hoher Windleistung würde zwar eine Ladung problemlos durchgeführt werden können, jedoch bricht bereits bei kleinen und in der Praxis oft vorkommenden Abweichungen im Bereich < 50% des Nennwertes, z. B. bei geringen Windgeschwindigkeiten, minimaler Bewölkung oder niedrigem Lichteinfallswinkel, nimmt der Ladevorgang ab oder wird ineffizient.Certain generators, such. B. solar modules or wind generators generate low and fluctuating currents, depending on the Lichteinstrahlvergebot or wind supply, which are sometimes far below the minimum currents, z. B. in the range 20 to 200 mA at 100 to 1000 mA rated current. Although in the daily average, such a generator would generate enough energy, for. As a smartphone to 50 to 100% load, which would need about 500 to 1500 mAh, this is not always possible for the reasons mentioned. In ideal sunlight or high wind power, although a charge would be easily performed, but breaks even in small and in practice often occurring deviations in the range <50% of the nominal value, eg. B. at low wind speeds, minimal cloud cover or low light incidence angle, the charging decreases or becomes inefficient.

Im Stand der Technik gibt es einige Ladegeräte oder -vorrichtungen, die die oben benannten Probleme berücksichtigen. Beispielsweise sind Elektronikschaltungen bekannt, die alle Ströme unterhalb eines definierten Mindeststroms unterbinden, also jegliche Energiezufuhr stoppen. Hier ist die Gesamtenergiebilanz dann sehr schlecht, da keine Zwischenpufferung aller unter dem Mindeststrom liegenden Ströme stattfindet.There are some chargers or devices in the art which take into account the above-mentioned problems. For example, electronic circuits are known which prevent all currents below a defined minimum current, so stop any energy supply. Here the total energy balance is very bad, since there is no intermediate buffering of all currents below the minimum current.

Weiterhin ist eine Kombination aus Akku und Kabel, z. B. ”Powerbank” und USB-Kabel bekannt, mit der auch geringe Ströme, z. B. in einem Li-Ionen Akku zwischengespeichert und beliebig wieder abgerufen werden können. Hier entsteht das Problem, dass das jeweilige Zwischenspeichern und Entladen manuell erfolgen muss, d. h. zuerst muss über ein Kabel oder eine Leitung vom Solargenerator der Zwischenakku geladen werden und dann muss mit einer weiteren Kabelverbindung der Akku das Endgerät laden. Zusätzlich weisen die im Stand der Technik vorhandenen Powerbanks einen schlechten elektrischen Gesamtwirkungsgrad auf (ca. 55% bis 65%), sowie interne Verlustströme beim Laden von bis zu 100 mA und eine begrenzte Zahl von Lade- und Entladezyklen (typischerweise 500 Vollzyklen).Furthermore, a combination of battery and cable, z. As "power bank" and USB cable known with the low currents, z. B. cached in a Li-ion battery and can be retrieved as desired. Here arises the problem that the respective temporary storage and unloading must be done manually, d. H. First, the intermediate battery must be charged via a cable or a cable from the solar generator and then, with another cable connection, the battery must charge the terminal. In addition, prior art power banks have poor overall electrical efficiency (about 55% to 65%), as well as internal leakage currents when charging up to 100 mA and a limited number of charge and discharge cycles (typically 500 full cycles).

Das Prinzip eines periodisch und automatisch geladenen und entladenen Kurzzeitspeichers, wie z. B. eines Kondensators mit weitgehend beliebigen Lade- und Entladestrom, ist aus derDE 198 37 862 C2, auch in der Kombination mit Solargenerator bekannt. Bei dieser Anordnung sind die Lade-/Entladeintervalle jedoch relativ klein (Sekundenbereich oder kleiner), da anderenfalls ein solcher kombinierter Generator/Kurzzeitspeicher relativ groß und schwer und auch kostenintensiver als ein reines Direktladegerät ist.The principle of a periodic and automatically loaded and unloaded short-term memory, such. As a capacitor with largely arbitrary charging and discharging, is from the DE 198 37 862 C2 , also known in combination with solar generator. In this arrangement, however, the charge / discharge intervals are relatively small (seconds range or less), otherwise such a combined generator / short-term storage is relatively large and heavy and also more expensive than a pure direct charger.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zwischenspeicheranordnung für elektrische Kleingeräte zu schaffen, mit der eine große Anzahl von Lade-/Entladezyklen erreicht werden kann und ein hoher Gesamtwirkungsgrad erzielt wird.Based on the known prior art, the present invention seeks to provide a temporary storage device for small electrical appliances, with a large number of charge / discharge cycles can be achieved and a high overall efficiency is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This object is achieved by the characterizing features of the main claim in conjunction with the features of the preamble.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.The measures specified in the dependent claims advantageous refinements and improvements are possible.

Erfindungsgemäß wird eine Zwischenspeicheranordnung für elektrische Kleingeräte vorgeschlagen, die einerseits mit einer einen variablen Eingangsstrom liefernden Stromquelle verbunden ist und andererseits über eine Standard-Steckverbindung an das elektrische Kleingerät anschließbar ist, mit einer Ladevorrichtung, einem Energiespeicher, der von der Ladevorrichtung aufladbar ist, und mit einem Gleichspannungswandler zur Lieferung einer konstanten Ausgangsspannung, der mit der Ladevorrichtung mit dem Energiespeicher verbunden ist, wobei die Ladevorrichtung ausgebildet ist, den Energiespeicher zwischen einer unteren Ladungsschwelle und einer oberen Ladungsschwelle zu laden. Weiterhin ist die Ladevorrichtung ausgebildet, die Aufladung und Entladung des Energiespeichers in Aufladephasen und Entladephasen derart zu steuern, dass in einer Aufladephase oder einer Entladephase jeweils eine Vielzahl von Aufladeschritten und Entladeschritten durchgeführt wird, wobei die Schwellen des Beginns und des Endes jedes Aufladeschrittes oder Entladeschrittes sich zwischen der unteren und oberen Ladungsschwelle verschieben.According to the invention, an intermediate storage arrangement for small electrical appliances is proposed, which is connected on the one hand to a supply source supplying a variable input current and on the other hand can be connected to the small electrical appliance via a standard plug connection, with a charging device, an energy store which can be charged by the charging device, and with a DC-DC converter for supplying a constant output voltage, which is connected to the charging device with the energy storage device, wherein the charging device is designed to charge the energy storage between a lower charge threshold and an upper charge threshold. Furthermore, the charging device is designed to control the charging and discharging of the energy store in charging phases and discharging phases in such a way that a large number of charging steps and discharging steps are carried out in a charging phase or a discharging phase, the thresholds of the beginning and the end of each charging step or discharging step between the lower and upper charge threshold.

Diese Art der Steuerung gestattet, dass der Energiespeicher in jeweils kleinen Teilbereichen seiner Kapazität periodisch angesprochen wird, wobei die Periodendauer im Bereich einiger Minuten liegt, wobei mit Periode ein Aufladeschritt und ein Entladeschritt bzw. ein Entladeschritt und ein Aufladeschritt bezeichnet wird. Die Teilbereiche werden dabei langsam, aber stetig nach oben und wieder nach unten gefahren, so dass der gesamte Kapazitätsbereich des Energiespeichers, z. B. eines Akkus oder Doppelschicht-Kondensators (Supercap), ausgenommen der obere, ineffiziente Gasungsbereich ausgenutzt wird. Damit kann eine erheblich höhere Zyklenzahl der Ladung und Entladung und eine höhere Lebensdauer erreicht werden, als bei Ladungen und Entladungen im immer gleichen Ladezustandsbereich. Bei den Aufladeschritten wird der Ausgang der Zwischenspeicheranordnung abgeschaltet, wobei üblicherweise das verbundene Kleingerät aus dem eigenen Akku versorgt wird.This type of control allows the energy storage to be periodically addressed in respective small portions of its capacity, with the period being in the range of a few minutes, with period designating a charging step and a discharging step or step and charging step. The sections become slow, but steadily upwards and back again down, so that the entire capacity range of the energy storage, z. As a battery or double-layer capacitor (supercap), except for the upper, inefficient gas range is exploited. Thus, a significantly higher number of cycles of charge and discharge and a longer life can be achieved than with charges and discharges always in the same state of charge state. In the Aufladeschritten the output of the latch assembly is turned off, usually the connected small device is supplied from its own battery.

Erfindungsgemäß wird somit eine Kurzzeitspeicheranordnung als Zwischenspeicheranordnung mit einer automatischen Lade- und Entladesteuerung, die in der Ladevorrichtung vorhanden ist, über definierte Schwellenwerte sowie mit integriertem Eingang (falls verlangt) und Ausgang für eine Standard-Steckverbindung im Kleinleistungsbereich, wie beispielsweise USB- oder KFZ-Bordstecker zur Verfügung gestellt. Die Zwischenspeicheranordnung wird damit einfach in eine vorhandene Kabelverbindung geschaltet und ”boostet” den ursprünglich niedrigen Strom auf einen höheren Strom, der dann einerseits durch das geladene Kleingerät selbst eingestellt wird und andererseits durch den Gleichspannungswandler begrenzt ist.According to the invention, a short-term storage arrangement is thus provided as an intermediate storage arrangement with an automatic charging and discharging control, which is present in the charging device, via defined threshold values and with an integrated input (if required) and output for a standard plug connection in the low-power range, such as, for example, a USB or motor vehicle. Booster plug provided. The buffer arrangement is thus simply connected in an existing cable connection and "boosts" the originally low current to a higher current, which is then set on the one hand by the charged small device itself and on the other hand limited by the DC-DC converter.

In bevorzugter Ausführungsform ist die Ladevorrichtung ausgebildet, die Aufladeschritte und Entladeschritte in der Aufladephase oder der Entladephase abwechselnd durchzuführen, derart, dass nach jedem Aufladeschritt ein Entladeschritt und umgekehrt folgt. Ein solcher Schritt verbessert das Ladeverhalten der Zwischenspeicheranordnung und die Lebensdauer wird durch diese abwechselnde Ladung und Entladung verbessert.In a preferred embodiment, the loading device is designed to carry out the charging steps and unloading steps in the charging phase or the discharging phase alternately, such that after each charging step a discharging step and vice versa follows. Such a step improves the charging behavior of the buffer arrangement and the life is improved by this alternating charge and discharge.

In vorteilhafter Weise werden die Größe bzw. die Schwellen des Beginns und Endes der Aufladeschritte oder Entladeschritte abhängig von Spannungswerten zwischen unterer Ladungsschwelle und oberer Ladungsschwelle oder, besonders bevorzugt, abhängig von Werten der elektrischen Ladung festgelegt. Auch diese Art der Einteilung der Ladeschritte bzw. der Schwellen der Ladeschritte verbessert die Lebensdauer des Energiespeichers. Durch die Ladebilanzierung über Strom mal Zeit bzw. Coulomb-Werte wird die Genauigkeit bei der schrittweisen Ladung verbessert. In der Aufladephase wird nach jedem Aufladeschritt eine kleinere Ladungsmenge entladen, beispielsweise 50% bis 80% der im vorangehenden Schritt bei der Aufladung erzielten Ladungsmenge, so dass der Energiespeicher immer voller wird. Beim Erreichen der oberen Ladungsschwelle wird die Entladephase durchgeführt, bei der die Entladungsschritte größer als die nachfolgenden Ladungsschritte, ebenfalls wieder ca. 50% bis 80% der entladenen Ladungsmenge gewählt, so dass der Energiespeicher langsam bis zur unteren Ladungsschwelle entladen wird. Auf diese Weise wird der gesamte Kapazitätsbereich des Energiespeichers ausgeschöpft und eine sehr große Zahl an Ladezyklen erreicht.Advantageously, the magnitude or thresholds of the beginning and end of the charging or discharging steps are determined as a function of voltage values between the lower charge threshold and the upper charge threshold or, more preferably, the values of the electrical charge. This type of classification of the charging steps or the thresholds of the charging steps improves the life of the energy storage. Charging through current times time or Coulomb values improves step by step accuracy. In the charging phase, after each charging step, a smaller amount of charge is discharged, for example, 50% to 80% of the amount of charge obtained in the preceding step during charging, so that the energy storage becomes more and more full. Upon reaching the upper charge threshold, the discharge phase is carried out, in which the discharge steps are greater than the subsequent charge steps, also again selected about 50% to 80% of the discharged charge amount, so that the energy storage is slowly discharged to the lower charge threshold. In this way, the entire capacity range of the energy storage is exhausted and reached a very large number of charging cycles.

In vorteilhafter Weise ist der Energiespeicher ein Akku, wobei die obere Ladungsschwelle die Akku-Vollladegrenze und die untere Ladungsschwelle die Tief-Entladungsgrenze des Akkus ist, bei der noch eine Spannung einer Größe je nach Art des Akkus vorhanden ist. Als Akkus können vorteilhafterweise beispielsweise NiMH-Rundzellen oder Hochstrom-Li-Ionen Akkus verwendet werden.Advantageously, the energy storage is a battery, the upper charge threshold, the battery full charge limit and the lower charge threshold is the low-discharge limit of the battery, in which there is still a voltage of one size depending on the type of battery. As batteries advantageously, for example, NiMH round cells or high-current Li-ion batteries can be used.

Je nach Art des Energiespeichers können die Aufladephase und/oder die Entladephase eine Anzahl von Aufladeschritten und Entladeschritten zwischen 10 und 1000, vorzugsweise 50 bis 500, aber auch 100 bis 200 aufweisen. Die Anzahl der Schritte wird durch mehrere Parameter beeinflusst, wie z. B. Ladestrom (z. B. 200 mA), Entladestrom (z. B. 100 mA), Akkukapazität (z. B. 1000 mAh), Lade/Entladezeit (z. B. je 1–2 Minuten) und gewünschte ”Stufenhöhe”, d. h. Verhältnis der Ladungsmengen im Aufladeschritt und Entladeschritt in der Aufladephase und Verhältnis der Ladungsmengen im Entladeschritt und Aufladeschritt in der Entladephase (z. B. 50%). Die Entladephasen laufen in der Regel schneller ab, da der Entladestrom immer größer als der Ladestrom ist.Depending on the type of energy storage, the charging phase and / or the discharging phase can have a number of charging steps and discharging steps between 10 and 1000, preferably 50 to 500, but also 100 to 200. The number of steps is influenced by several parameters, such as: Charging current (eg 200 mA), discharge current (eg 100 mA), battery capacity (eg 1000 mAh), charging / discharging time (eg every 1-2 minutes) and desired "step height ", D. H. Ratio of charge quantities in the charging step and discharging step in the charging phase and ratio of the charge quantities in the discharging step and charging step in the discharging phase (for example, 50%). The discharge phases usually run faster because the discharge current is always greater than the charging current.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ladevorrichtung ausgebildet, während der Aufladeschritte das Kleingerät abzuschalten, so dass dort nahezu keine Ausgangsspannung anliegt. Ansonsten kann in manchen Kleingeräten ein interner Verluststrom erzeugt werden, der den Gesamtwirkungsgrad reduziert.In a preferred embodiment, the charging device is designed to switch off the small device during the charging steps, so that there is almost no output voltage. Otherwise, an internal leakage current can be generated in some small appliances, which reduces the overall efficiency.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ladevorrichtung als Mikrocontroller mit einem Leistungsteil, z. B. ein Leistungsschalter, wie ein MOS-FET, für das An- und Abschalten des Eingangs bzw. Ausgangs der Zwischenspeicheranordnung ausgebildet. Dadurch kann eine flexible Steuerung realisiert werden, durch die die sich ständig nach oben bzw. nach unten verschiebenden Schwellenwerte der Auflade- und Entladeschritte in der Aufladephase und Entladephase bestimmt werden.In a particularly preferred embodiment, the charging device is a microcontroller with a power unit, z. B. a circuit breaker, such as a MOS-FET, designed for switching on and off the input and output of the latching arrangement. As a result, a flexible control can be realized, by which the threshold values of the charging and discharging steps in the charging and discharging phases, which constantly shift upwards or downwards, are determined.

Erfindungsgemäß umfasst die Zwischenspeicheranordnung ein Gehäuse, das die Ladevorrichtung, den Gleichspannungswandler und den Energiespeicher sowie Teile der Standard-Steckverbindung aufnimmt. Auf diese Weise kann die Zwischenspeicheranordnung in einfacher Weise zwischen das Kleingerät und die Stromquelle geschaltet werden, wobei beispielsweise am Eingang der Zwischenspeicheranordnung eine Leitung mit USB-Stecker angeordnet sein kann und am Ausgang für die Verbindung mit dem Kleingerät eine in dem Gehäuse angeordnete USB-Buchse. Die Art der Standard-Steckverbindung ist hier nur beispielhaft angegeben. Vorzugsweise ist zwischen dem mit der Stromquelle verbundenen Eingang der Zwischenspeicheranordnung und der Ladevorrichtung ein Gleichspannungswandler geschaltet, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad erhöht.According to the invention, the buffer arrangement comprises a housing which accommodates the charging device, the DC-DC converter and the energy store as well as parts of the standard plug connection. In this way, the latching arrangement can be switched in a simple manner between the small appliance and the current source, wherein, for example, at the input of the latching arrangement, a line with USB plug can be arranged and at the output for the Connection with the small device arranged in the housing USB socket. The type of standard connector is given here by way of example only. Preferably, a DC-DC converter is connected between the input of the buffer storage device connected to the current source and the charging device, thereby increasing the overall efficiency.

Bevorzugt ist die Stromquelle zur Erzeugung eines variablen Eingangsstroms als Solargenerator ausgebildet, der fest oder lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Auf diese Weise kann der Solargenerator in Form eins Solarmoduls fest ins Gehäuse integriert sein, es kann auch eine Zusatzanordnung am Gehäuse vorgesehen sein, die das Anstecken eines Solarmoduls erlaubt. Dadurch kann beispielsweise der Energiespeicher im Licht ständig im geladenen Zustand gehalten werden und das Problem einer langen Aufladezeit eines vollständig entladenen Energiespeichers bis zur oberen Ladungsschwelle beseitigt werden.Preferably, the power source is designed to generate a variable input current as a solar generator, which is fixed or detachably connected to the housing. In this way, the solar generator in the form of a solar module can be firmly integrated into the housing, it can also be provided an additional arrangement on the housing, which allows the attachment of a solar module. As a result, for example, the energy storage in the light can be kept constantly in the charged state and the problem of a long charging time of a completely discharged energy storage can be eliminated up to the upper charge threshold.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel liegt darin, dass die Ladevorrichtung ausgebildet ist, von der Betriebsart der Aufladephase oder Entladephase in Aufladeschritten und Entladeschritten in eine Betriebsart, bei der ein zwischen unterer Ladungsschwelle und oberer Ladungsschwelle und umgekehrt durchgehender Volllade-/Entladezyklus durchgeführt wird, umzuschalten. Der Energiespeicher kann dann in einem Zeitbereich von 0,5 bis mehreren Stunden anstelle im Minutenbereich geladen/entladen werden. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine umschaltbare Betriebsart vorgesehen sein, bei der, unabhängig vom sonstigen Zustand des Energiespeichers, jederzeit entladen werden kann.An advantageous embodiment is that the charging device is configured to switch from the charging phase or discharge phase in charging and discharging steps to a mode in which a full charge / discharge cycle is performed between the lower charge threshold and the upper charge threshold and vice versa. The energy storage can then be charged / discharged in a time range of 0.5 to several hours instead of in the minute range. Optionally, in addition, a switchable mode be provided in which, regardless of the other state of the energy storage, can be discharged at any time.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description. Show it

1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Zwischenspeicheranordnung nach der vorliegenden Erfindung, 1 a block diagram of an embodiment of a buffer arrangement according to the present invention,

2 ein Diagramm der schrittweisen Aufladung der erfindungsgemäßen Zwischenspeicheranordnung und 2 a diagram of the step-by-step charging of the buffer arrangement according to the invention and

3 ein Diagramm der schrittweisen Entladung bei der erfindungsgemäßen Zusatzspeicheranordnung. 3 a diagram of the stepwise discharge in the auxiliary storage device according to the invention.

In1 ist eine Zwischenspeicheranordnung1 in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung dargestellt, die einen in einem angedeuteten Gehäuse2 aufgenommenen Mikrocontroller mit einem Leistungsteil3, einen Akkumulator, kurz Akku4 genannt, und einen Gleichspannungswandler5 aufweist. In dem Gehäuse2 können einerseits Anschlüsse für die Verbindung mit einer Stromquelle, die hier als Solarmodul6 ausgebildet ist, und gegebenenfalls auch Anschlüsse an eine externe Spannungsquelle, hier lediglich als USB bezeichnet, vorgesehen sein, die mit dem Mikrocontroller und Leistungsteil3 verbunden sind. Andererseits ist ein Anschluss am Gehäuse2 angeordnet, der den Ausgang der Zwischenspeicheranordnung1 darstellt und der mit dem Gleichspannungswandler5 verbunden ist. Die Anschlüsse am Eingang und am Ausgang der Zwischenspeicheranordnung1 sind üblicherweise als Teile einer Standard-Steckverbindung ausgebildet, wie beispielsweise eine USB-Steckverbindung und/oder als KFZ-Bordstecker. Somit kann die Zwischenspeicheranordnung zwischen ein Kleingerät, z. B. ein Handy, Smartphone, Tablet, Kamera und dergleichen, und eine Stromquelle, beispielsweise das Solarmodul6, geschaltet werden, wodurch auch ein vom Solarmodul6 gelieferter niedriger Strom über die Mikrocontrollersteuerung3, den Akku4 und den Gleichspannungswandler5 zur Lieferung eines höheren Ausgangsstroms verwendet werden kann.In 1 is acache memory arrangement 1 represented in an embodiment according to the invention, the one in an indicated housing 2 recorded microcontroller with a power unit 3 , an accumulator, short battery 4 called, and a DC-DC converter 5 having. In the case 2 On the one hand, connections for connection to a power source, here as a solar module 6 is formed, and possibly also connections to an external voltage source, here only referred to as USB, be provided, which with the microcontroller and power unit 3 are connected. On the other hand, there is a connection on the housing 2 arranged, which the output of thelatch assembly 1 represents and that with the DC-DC converter 5 connected is. The connections at the input and the output of thelatch arrangement 1 are usually designed as parts of a standard connector, such as a USB connector and / or as a car plug. Thus, the latching arrangement between a small appliance, for. As a cell phone, smartphone, tablet, camera and the like, and a power source, such as the solar module 6 , are switched, whereby also one from the solar module 6 supplied low current through the microcontroller control 3 , the battery 4 and the DC-DC converter 5 can be used to deliver a higher output current.

Für die Aufladung und Entladung des Akkus4, der als NiMH-Rundzelle oder Lithiumionen-Akku ausgebildet sein kann, führt der Mikrocontroller3 eine Steuerung durch, wie sie in2 und3 gezeigt ist. Während der Aufladevorgänge wird der Ausgang der Zwischenspeicheranordnung abgeschaltet, wobei entsprechende Steuersignale über die gestrichelt angedeutete Leitung ”Control” an den Gleichspannungswandler geliefert werden.For charging and discharging the battery 4 , which can be configured as a NiMH round cell or lithium-ion battery, leads the microcontroller 3 a control by how they are in 2 and 3 is shown. During the charging process, the output of the latch arrangement is turned off, with corresponding control signals being supplied to the DC-DC converter via the dashed line "Control".

2 zeigt die Aufladephase des Akkus4 in einem Diagramm der Spannung über der Zeit, wobei U_TE die Tiefentladungsschwelle des Akkus ist, von der die Aufladephase beginnt, und U_VL ist die obere Voll-Ladungsschwelle des Akkus, von der aus die Entladephase nach3 beginnt. Der Spannungsbereich U_TE–U_VL liegt typischerweise bei 3–4 V. Wie zu erkennen ist, werden die Aufladung und die Entladung in unterschiedlichen Schritten durchgeführt, die für die Aufladephase mit ΔU_L1 für einen Aufladeschritt und ΔU_EL für einen Entladeschritt über die Zeitintervalle Δt und Δt_EL1 bezeichnet sind. In der Entladephase nach3 sind die Aufladeschritte mit ΔU_L2 und für die Entladeschritte mit ΔU_EL2 über die Zeitintervalle Δt und Δt_EL2 bezeichnet. in beiden Diagrammen sind die einzelnen Δt Längen jeweils für die Aufladung und die Entladung gleich, in der Praxis sind sie üblicherweise unterschiedlich. Der Strom für die Aufladung beträgt typischerweise 100–500 mA, für die Entladung typischerweise 500–1000 mA. Der Zeitbereich Δt bei der Aufladung liegt zwischen 1–10 min und für die Entladung zwischen 0,5–1 min, wobei die Werte beispielhaft sind. 2 shows the charging phase of the battery 4 in a graph of voltage versus time, where U is the_TE deep discharge threshold of the battery of which the charging phase begins, and U_VL, the upper full-charge threshold of the battery, from which the discharge by 3 starts. The voltage range U_TE -U_VL is typically 3-4 V. As can be seen, the charging and discharging are performed in different steps, those for the charging phase with ΔU_L1 for a charging step and ΔU_EL for a discharging step over the time intervals Δt and Δt_{EL1 are} designated. In the discharge phase after 3 the charging_{steps are denoted} by ΔU_L2 and for the discharging_steps by ΔU_EL2 over the time intervals Δt and Δt_EL2 . in both diagrams, the individual Δt lengths are the same for charge and discharge respectively, but in practice they are usually different. The current for charging is typically 100-500 mA, typically 500-1000 mA for the discharge. The time range .DELTA.t when charging is between 1-10 min and for the discharge between 0.5-1 min, the values being exemplary.

Grundsätzlich können in der Darstellung von Diagrammen Spannungswerte ΔU_L bzw. ΔU_EL für die kleinen einzelnen Lade- und Entladeschritte verwendet werden oder aber Bilanzierungsschritte herangezogen werden. In dem dargestellten Beispiel nach den2 und3 wird eine sogenannte Bilanzierungsberechnung vorgenommen, bei der jeder Aufladeschritt durch einen Ladestrom, der gemessen wird, mal einer berechneten Zeit Δt so bestimmt wird, dass die elektrische Ladung bzw. der Coulomb-Wert I_LX·Δt_X immer konstant ist. Falls der gemittelte Strom I_LX kleiner ist, wird Δt_X länger und umgekehrt, so dass der Ladungswert (Coulomb-Wert) immer gleich groß ist.Basically, voltage values ΔU_L and ΔU_EL for the small individual loading and unloading steps are used or accounting steps are used. In the example shown after 2 and 3 A so-called balance calculation is performed in which each charging step is determined by a charging current measured times a calculated time Δt so that the electric charge or the Coulomb value I_LX · Δt_{X is} always constant. If the average current I_{LX is} smaller, Δt_X becomes longer and vice versa, so that the charge value (Coulomb value) is always the same.

Nach jedem Schritt wird, wie in2, dargestellt, in der Aufladephase eine kleinere Ladungsmenge entladen, z. B. 50% bis 80% des Ladungswerts, so dass der Akku immer voller wird. Dies zeigt2, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel der Entladeschritt in der Aufladephase 50% der Ladung des entsprechenden Aufladeschritts beträgt.After each step, as in 2 , shown in the charging phase discharge a smaller amount of charge, z. B. 50% to 80% of the charge value, so that the battery is getting full. this shows 2 In the illustrated embodiment, the discharging step in the charging phase is 50% of the charge of the corresponding charging step.

Beim Erreichen der oberen Ladungsschwelle U_VL wird der Prozess, wie beschrieben umgekehrt, und nun die Entladeschritte größer als die Ladungsschritte gewählt, wobei der Ladungswert vom Aufladeschritt 50% vom Ladungswert des Entladeschritts beträgt, so dass der Akku langsam bis zur unteren Ladungsschwelle U_EL entladen wird. Selbstverständlich können die Verhältnisse zwischen Ladungswert bzw. Coulomb-Wert des Aufladeschritts und Entladeschritts jeweils in der Aufladephase und der Entladephase zueinander unterschiedlich gewählt werden.Upon reaching the upper charge threshold U_VL , the process is reversed, as described, and now the discharge steps are selected to be greater than the charge steps, the charge value from the charge step being 50% of the charge value of the discharge step, so that the battery slowly discharges to the lower charge threshold U_EL becomes. Of course, the ratios between the charge value and the Coulomb value of the charging step and the discharging step may be selected differently from each other in the charging phase and the discharging phase, respectively.

Wie oben beschrieben, werden beim Bilanzierungsverfahren die Ströme, d. h. sowohl die Aufladeströme als auch die Entladeströme gemessen, ansonsten reicht die Messung der Spannungsschwellen. Üblicherweise wird der Strom mehrmals pro Intervall gemessen, z. B. 5 bis 10 mal, um auch schwankende Ströme sicher zu erfassen.As described above, in the accounting process, the flows, i. H. both the charging currents and the discharge currents measured, otherwise the measurement of the voltage thresholds is sufficient. Usually, the current is measured several times per interval, z. B. 5 to 10 times to safely detect fluctuating currents.

Selbstverständlich kann der Mikrocontroller mit Leistungsteil3 auch andere Betriebsarten bzw. Lade- und Entladeverfahren umfassen, wie beispielsweise einen durchgehenden Volllade-/Entladeschritt oder einen üblichen Betrieb als Powerbank, zwischen denen umgeschaltet werden kann, jedoch ist die in den2 und3 dargestellte Steuerung die erfindungswesentliche Steuerung.Of course, the microcontroller with power unit 3 Other modes of charging and discharging include, for example, a full charge / discharge step or a usual operation as a power bank, between which can be switched, however, in the 2 and 3 shown control the invention essential to control.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 19837862 C2[0006]DE 19837862 C2[0006]

Claims (12)

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Zwischenspeicheranordnung für elektrische Kleingeräte, die einerseits mit einer einen variablen Eingangsstrom liefernden Stromquelle verbindbar und andererseits über eine Standard-Steckverbindung an das elektrische Kleingerät anschließbar ist, mit einer Ladevorrichtung (3), einem Energiespeicher (4), der von der Ladevorrichtung aufladbar ist und mit einem Gleichspannungswandler (5) zur Lieferung einer konstanten Ausgangsspannung, der mit der Ladevorrichtung (3) und dem Energiespeicher (4) verbunden ist, wobei die Ladevorrichtung ausgebildet ist, den Energiespeicher zwischen einer unteren Ladungsschwelle und einer oberen Ladungsschwelle zu laden,dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (3) weiterhin ausgebildet ist, die Aufladung und Entladung des Energiespeichers (4) in Aufladephasen und Entladephasen derart zu steuern, dass in einer Aufladephase oder einer Entladephase jeweils eine Vielzahl von Aufladeschritten und Entladeschritten durchgeführt wird, wobei die Schwellen des Beginns und des Endes jedes Aufladeschritts oder Entladeschritts sich jeweils zwischen der unteren und oberen Ladungsschwelle und umgekehrt verschieben.Caching arrangement for small electrical appliances, which can be connected to a power source supplying a variable input current on the one hand, and connected to the small electrical appliance via a standard plug-in connection with a charging device ( 3 ), an energy store ( 4 ), which is chargeable by the charging device and with a DC-DC converter ( 5 ) for supplying a constant output voltage connected to the charging device ( 3 ) and the energy storage ( 4 ), wherein the charging device is designed to charge the energy store between a lower charge threshold and an upper charge threshold,characterized in that the charging device ( 3 ) is further formed, the charging and discharging of the energy store ( 4 ) in charging phases and discharging phases such that a plurality of charging steps and discharging steps are performed in a charging phase or a discharging phase, wherein the thresholds of the beginning and the end of each charging step or discharging step shift between the lower and upper charge thresholds and vice versa.Zwischenspeicheranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (3) ausgebildet ist, die Aufladeschritte und Entladeschritte der Aufladephase oder Entladephase abwechselnd durchzuführen, derart, dass nach jedem Aufladeschritt ein Entladeschritt und umgekehrt folgt.Latch assembly according to claim 1,characterized in that the charging device ( 3 ) is adapted to alternately perform the charging and discharging steps of the charging phase or discharging phase, such that after each charging step, a discharging step and vice versa follows.Zwischenspeicheranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass die Größe bzw. die Schwellen des Beginns und Ende der Aufladeschritte oder Entladeschritte abhängig von Spannungswerten zwischen unterer Ladungsschwelle und oberer Ladungsschwelle oder abhängig von Werten der elektrischen Ladung bzw. Coulomb-Werten festgelegt sind.A buffer arrangement according to claim 1 or claim 2,characterized in that the magnitude or thresholds of the beginning and end of the charging or discharging steps are determined depending on voltage values between the lower charging threshold and the upper charging threshold or depending on values of the electric charge or Coulomb values.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aufladephase die Aufladeschritte größer als die Entladeschritte sind und bei der Entladephase die Entladeschritte größer als die Aufladeschritte sind.Intermediate storage arrangement according to one of claims 1 to 3,characterized in that during the charging phase, the charging steps are greater than the unloading and in the unloading the unloading steps are greater than the Aufladeschritte.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) ein Akku ist, wobei die obere Ladungsschwelle die Akku-Vollladegrenze und die untere Ladungsschwelle die Tiefentladungsgrenze des Akkus ist.Latching arrangement according to one of claims 1 to 4,characterized in that the energy store ( 4 ) is a battery, the upper charge threshold, the battery full charge limit and the lower charge threshold is the deep discharge limit of the battery.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladephase und/oder die Entladephase eine Anzahl von Aufladeschritten und Entladeschritten zwischen 10 und 1000 aufweisen.Intermediate storage arrangement according to one of claims 1 to 5,characterized in that the charging phase and / or the discharge phase have a number of charging steps and discharge steps between 10 and 1000.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (3) ausgebildet ist, während der Aufladeschritte das Kleingerät abzuschalten.Intermediate storage arrangement according to one of claims 1 to 6,characterized in that the loading device ( 3 ) is formed during the Aufladeschritte turn off the small appliance.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (3) als Mikrocontroller mit einem Leistungsteil ausgebildet ist.Intermediate storage arrangement according to one of claims 1 to 7,characterized in that the loading device ( 3 ) is designed as a microcontroller with a power unit.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (2) umfasst ist, das die Ladevorrichtung, den Gleichspannungswandler und den Energiespeicher sowie Teile der Standard-Steckverbindung aufnimmt.Latching arrangement according to one of claims 1 to 8,characterized in that a housing ( 2 ) is included, which receives the charging device, the DC-DC converter and the energy storage and parts of the standard connector.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle als Solargenerator (6) ausgebildet ist, der fest oder lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist.Latching arrangement according to one of claims 1 to 9,characterized in that the power source as a solar generator ( 6 ) is formed, which is fixedly or detachably connected to the housing.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,dadurch gekennzeichnet, dass die einen variablen Eingangsstrom liefernde Stromquelle, insbesondere ein Solargenerator, über eine Standardsteckverbindung lösbar mit der Ladevorrichtung verbunden ist.Latch arrangement according to one of claims 1 to 10,characterized in that a variable input current supplying current source, in particular a solar generator is detachably connected via a standard connector to the charging device.Zwischenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung ausgebildet ist, von der Betriebsart der Aufladephase oder Entladephase in Aufladeschritten und Entladeschritten in eine Betriebsart umzuschalten, bei der ein zwischen unterer Ladungsschwelle und oberer Ladungsschwelle und umgekehrt durchgehender Volllade-/Entladeschritt durchgeführt wird.Latching arrangement according to one of claims 1 to 8,characterized in that the charging device is adapted to switch from the mode of the charging phase or discharge phase in charging and discharging steps in a mode in which between a lower charge threshold and upper charge threshold and vice versa throughout full charge / discharge step is carried out.

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