DE102006008927B4 - Schaltung für eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung - Google Patents

Schaltung für eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung Download PDF

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Abstract

Schaltung (1) für eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung, insbesondere für Fahrräder, mit einem Dynamo (2), zwei, wahlweise in Reihe oder parallel schaltbaren Akkumulatorgruppen (9, 10), die mit einer Funktionsgruppe (1.3) zur Umschaltung der beiden Akkumulatorengruppen (9, 10) von Reihen- in Parallelbetrieb verbunden sind, einem spannungsgesteuerten Umschaltrelais (18), das von einer ersten mit dem Dynamo (2) verbundenen Gleichrichterbrücke (5) gesteuert wird, der Umschaltung der Akkugruppen (9, 10) von Reihenbetrieb auf Parallelbetrieb dient und in der Funktionsgruppe (1.3) zur Umschaltung der beiden Akkumulatorengruppen (9, 10) von Reihen- in Parallelbetrieb enthalten ist, einem mit den Akkumulatorengruppen (9, 10) verbundenen Tiefentladungsschutz (1.8) für die Akkumulatoren (9, 10) und einer zweiten mit dem Dynamo (2) und der Funktionsgruppe (1.3) zur Umschaltung der beiden Akkumulatorengruppen (9, 10) verbundenen Gleichrichterbrücke (6) zur Speisung der Akkumulatoren (9, 10) und zur Stromversorgung einer Beleuchtung (11) mit der vom Dynamo (2) erzeugten Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die erste...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltung für eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung, insbesondere für Fahrräder, mit einem Dynamo und zwei wahlweise in Reihe oder parallel schaltbare Akkumulatorgruppen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • [Stand der Technik]
  • Es sind zwar Fahrradscheinwerfer und Rücklichter im Handel, die unabhängig von einander mit Batterien oder Akkus betrieben werden, sie haben aber den Nachteil, dass ihre Leuchtkraft, insbesondere die des Scheinwerfers, nur mäßig, die Betriebsdauer begrenzt und schwer abschätzbar ist. Dadurch besteht die Gefahr, dass während einer Fahrt die Beleuchtung teilweise oder ganz ausfällt. Es sind zwar inzwischen auch Scheinwerfer mit Hochleistungs-LED's erhältlich deren Energiebedarf geringer ist. Die systembedingten Nachteile sind damit lediglich geringer.
  • Zudem bringt ein ständiger Batteriewechsel hohe Kosten und eine Umweltbelastung mit sich.
  • Es werden auch reine, mit separaten Akkus betriebene Fahrradbeleuchtungsanlagen angeboten, die eine gute Leuchtkraft und eine lange Betriebsdauer aufweisen. Da sie, wenn die Akkukapazität erschöpft ist, nur durch ein Netzladegerät geladen werden können, ist diese Fahrradbeleuchtungsanlage keine Alternative. Bei großer Akkukapazität ist auch das Gewicht nicht unerheblich.
  • Des Weiteren sind Fahrraddynamos auf dem Markt, bei welchen ein Akku integriert ist, der während des Betriebes aufgeladen wird und, eine ausreichende Fahrtzeit und Geschwindigkeit voraus gesetzt, die gesamte Beleuchtung maximal 8 bis 12 min mit Energie versorgt. Diese Variante hat den Nachteil, dass sich der Akku nur im Stand einschaltet und die maximale Helligkeit nicht annähernd erreicht wird, da die Ladespannung über der Nennspannung des Akkus liegt und somit die vom Akku abgegebene Spannung immer unter der durchschnittlichen Ladespannung des Dynamos liegen muss. Zudem wird die maximale Leuchtdauer nur nach längerer Fahrt erreicht.
  • Ebenso werden Scheinwerfer mit integriertem Akkumulator und Standlichtfunktion angeboten. Diese Geräte werden vom Dynamo betrieben und bieten im Prinzip die gleiche Funktion, wie der vorher genannte Dynamo mit integriertem Akku. Damit haben sie die gleichen Nachteile wie das vorgenannte System.
  • Außerdem gibt es noch Scheinwerfer und Rücklichter, die von einem Dynamo versorgt werden und über eine so genannte Standlichtfunktion verfügen, welche im Wesentlichen aus einem Kondensator und einer LED bestehen. Diese LED dient nur dazu, den Verkehrsteilnehmer auch im Stand, allerdings nur für wenige Minuten, besser kenntlich zu machen, nicht jedoch dazu, ihm Sicht zu bieten.
  • Das dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegende Gebrauchsmuster DE 200 16 669 U1 beschreibt eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung für eine standardmäßige Fahrradbeleuchtung, bei der zwei Akkugruppen geschwindigkeitsabhängig wahlweise Parallel und in Reihe geschaltet werden. So wird bei langsamer Fahrt und im Stand die maximale Leuchtkraft des Scheinwerfers und des Rücklichtes durch Akkus gewährleistet. Bei schneller Fahrt werden Scheinwerfer und Rücklicht auf Dynamoversorgung umgeschaltet und die Akkumulatoren geladen. Bei Abschaltung der Fahrradbeleuchtung können auch weitere elektrische und/oder elektronische Geräte betrieben werden.
  • Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, dass bezüglich der geschwindigkeitsabhängigen Umschaltung der Akkus von Reihen- auf Parallelbetrieb und von Akkueinspeisung der Beleuchtung auf Dynamoeinspeisung, sich die Steuerung nur mit einem Relais, welches durch einen Kondensator stabilisiert wird, als zu ungenau erwies. Die herstellungsbedingten Bauteiltolleranzen verursachen dadurch einen Schaltpunkt, der zwischen 5 km/h und 25 km/h schwanken kann. Die Schalthysterese variiert ebenfalls stark.
  • Außerdem ist es mit der in der DE 200 16 669 U1 dargestellten Schaltung nicht möglich, die angeschlossenen elektronischen Geräte, wie zum Beispiel Handys, Digitalkameras oder vor allem GPS-PDA's bei Dynamobetrieb durch den Dynamo zu speisen, sondern nur über die Akkus. Es ist auch nicht möglich, diese Geräte ohne zusätzliche spezielle Ladegeräte, wie z. B. KFZ-DC/DC-Wandler, anzuschließen.
  • Aus der DE 37 20 602 C2 ist ein Komparator bekannt, bei dem das Gleichspannungssignal eines Gleichrichters mit einer Vergleichsspannung verglichen und ein Ausgangssignal zur Aktivierung eines Relaiskreises erzeugt wird, wenn die Ausgangsspannung des Gleichrichters niedriger als eine Vergleichsspannung ist.
  • Dieser Komparator ist entsprechend den Bedingungen eines Fadenbruchdetektors für Spinn- und Webmaschinen ausgelegt, bei dem mit einem Paar Detektorelektroden, die korrespondierend und in unmittelbarer Nähe des laufenden Fadens angeordnet sind, Erkennungssignale induziert werden, die den auf dem laufenden Faden befindlichen elektrischen Ladungen entsprechen. Eine solche Schaltung ist ohne Modifizierung nicht geeignet, einen Umschaltpunkt bei einer akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung unter Vermeidung einer Schalthysterese festzulegen.
  • Die EP 464 694 A2 beschreibt eine Energieversorgungseinheit für Kraftfahrzeuge, bei der einem Drehstromgenerator eine erste Gleichrichtereinheit nachgeschaltet ist, die in der Lage ist, parallel über einen geregelten und einen ungeregelten Kreis eine erste und eine zweite Last zu versorgen. In einer Ausführung dieser Schaltung ist eine weitere Gleichrichtereinheit vorgesehen, die für zusätzliche Verbraucher eine Gleichspannung von 100 V zur Verfügung stellt. Diese Lösung ist für eine akkugestützte Energieversorgung mit Umschalteinrichtung für ein Fahrrad ebenfalls nicht geeignet.
  • Aus der DE 695 08 746 T2 ist ein selbstkonfigurierendes Batterieladegerät mit Mehrfachfunktionen, insbesondere für wiederaufladbare Batterien des Lithiumtyps als Versorgungsspannungsregler für tragbare batteriebetriebene Geräte zu entnehmen, bei dem mit Hilfe eines Konstantstrommodus und einem Konstantspannungsmodus geladen und geregelt wird. Diese doppelte Lade- und Regelfunktion ist zum Laden aus einem Dynamo nicht geeignet, weil der Dynamo nicht ausreichend Energie liefert, um die hier verwendeten Regelstrecken zu bedienen.
  • Schließlich beschreibt die Patentanmeldung GB 2 385 216 A ein integriertes Fahrrad-Energiesystem bei dem ein Dynamo mit zwei nachladbaren Batteriezellen (Akkus), die in dem Fahrradrahmen integriert sind, verkabelt ist. Über Anschlusspunkte, die an verschiedenen Positionen am Rahmen angeordnet sind, erfolgt der Anschluss externer Verbraucher. Durch einen Multipositions-Schalter kann die Energie unterschiedlich verteilt und geändert werden, um ein Energieregime zwischen dem Dynamo und den Batterien herzustellen und auch externe Vorrichtungen, wie bewegliche Telefone, GPS Systeme oder Computer zu betreiben. Dieses Energiesystem beschreibt zwar die Anordnung an einem Fahrrad, nicht aber eine Schaltung zur Steuerung des Systems und zum Laden der Akkus der elektronischen Geräte. Da die Umschaltung nicht automatisch ausgelöst ist, wird sie nie optimal erfolgen.
  • [Aufgabe der Erfindung]
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung für eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung, insbesondere für Fahrräder, mit einem Dynamo und zwei Akkumulatorgruppen zu bieten, die sowohl im Stand als auch bei langsamer Fahrt eine volle Leuchtkraft gewährleistet wobei eine präzisere Umschaltung von Dynamo- auf Akkubetrieb und umgekehrt erreicht wird und sowohl im Stand als auch während der Fahrt andere Verbraucher betrieben bzw. geladen werden können, wie zum Beispiel Handys, Digitalkameras oder vor allem GPS-PDAs.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand des Unteranspruchs.
  • In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (Spannung des Dynamos) und dem Ladezustand von Akkumulatoren wird mittels einer Steuerschaltung ein optimales Regime festgelegt, das bei einem Fahrrad eine Bordbeleuchtung gewährleistet, zusätzliche Verbraucher versorgt, die Akkumulatoren auflädt und auch die Akkumulatoren externer Verbraucher aufladen kann.
  • Die Schaltung für eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung ist mit drei Gleichrichterbrücken ausgerüstet.
  • Die erste Gleichrichterbrücke dient der Bereitstellung der Steuerspannung für ein Umschaltrelais zur Umschaltung von zwei Akkugruppen auch bei abgeschalteten Verbrauchern.
  • Die zweite Gleichrichterbrücke versorgt, je nach Betriebsart, den Akku oder die Beleuchtung und den Akku mit der vom Dynamo erzeugten Energie.
  • Und über die dritte Gleichrichterbrücke, die ebenfalls direkt, unter Abschaltung der Beleuchtung mittels einem Relais vom Dynamo bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, z. B. über 12 km/h eingespeist wird, steht die gesamte vom Dynamo erzeugte Energie einem angeschlossenen elektronischen Gerät, wie zum Beispiel Handy, Digitalkamera oder einem GPS-PDA's zur Verfügung. Bei Geschwindigkeiten unter z. B. 10 km/h werden die externen Geräte von den in der akkugestützten Energieversorgung eingebauten Akkus gespeist, bis der Tiefentladungsschutz abschaltet.
  • Mittels einem speziellen integrierten Schaltkreis und dessen zweckdienlicher Beschaltung können die angeschlossenen elektronischen Geräte auch geladen werden, indem der Ladestrom auf einen definierten Wert begrenzt und die Spannung auf das jeweils angeschlossene Gerät automatisch eingestellt wird, welche 1,2 V bis 6,0 V betragen kann. Ein zusätzliches Ladegerät ist damit nicht mehr erforderlich, sondern nur ein Adapterkabel. Die Schaltung ist kurzschlusssicher ausgeführt.
  • Bei eingeschaltetem Licht und Geschwindigkeiten unter ca. 10 km/h sind die zwei Akkugruppen in Reihe geschaltet und eine Nennspannung von 6 V liegt an, welche die volle Leuchtkraft der Fahrradbeleuchtung bewirkt. Mit einer Ladeautomatik werden die zwei Akkugruppen bei Fahrgeschwindigkeiten über ca. 12 km/h, von Reihenschaltung in Parallelschaltung umgeschaltet, wodurch schon bei niedrigen Geschwindigkeiten eine Ladetätigkeit erreicht wird, und gleichzeitig werden Scheinwerfer und Rücklicht direkt vom Dynamo gespeist. Bei ausgeschaltetem Licht werden die Akkugruppen mit der gesamten vom Dynamo erzeugten Energie, und bei eingeschaltetem Licht mit einem Bruchteil derer geladen.
  • Zur Vermeidung herstellungsbedingter Tolleranzen und der Schalthysterese von Relais wird mit Hilfe eines IC's und dessen zweckdienlicher Beschaltung der Schaltpunkt und auch die Hysterese mittels Potentiometer genau eingestellt.
  • Bevor die Akkus vollständig entladen sind, werden sie durch eine Tiefentladungsschutzschaltung abgeschaltet und die Fahrradbeleuchtung wird nun trotz der Unter schreitung von ca. 10 km/h wieder an die Dynamo-Spannung angekoppelt, so dass auch in diesem Betriebsfall die Funktion der Fahrradbeleuchtung sichergestellt bleibt.
  • Die Akkus können außer durch den Dynamo, ebenso extern, mit einem geeigneten Netzgerät als auch mit einer geeigneten Solarzelle geladen werden.
  • Zu dem Gerät gehört ferner eine Halteplatte, welche am Rahmen befestigt werden kann. Die Halteplatte, als auch das Gerät sind zweckmäßigerweise auf den freien Flächen mit Klettband versehen.
  • Somit lässt sich das Gerät durch einfaches andrücken bzw. abkippen, anbringen bzw. entfernen.
  • Die Halteplatte besitzt die gleiche Steckbuchse wie sie an dem Gerät zum Anschluss der Beleuchtungsanlage vorhanden ist. Die Steckbuchse erfüllt zwei Funktionen. Erstens verhindert das Einstecken des Steckers Beschädigungen und Störungen, und zweitens wird gleichzeitig das nicht vorhandene Gerät überbrückt so dass bei Vergesslichkeit, Diebstahl, Defekt oder Verwendung des Gerätes an einem Zweitfahrrad die volle konventionelle Betriebsbereitschaft der Fahrradbeleuchtung gewährleistet ist.
  • Die akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung vereint alle Vorteile der bekannten Fahrradbeleuchtungssysteme in einem Gerät und bietet darüber hinaus noch weitere Anwendungsmöglichkeiten. Bei der Ausrüstung des Fahrrades mit der akkugestützten Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung kann eine vorhandene Beleuchtungsanlage verwendet werden. Es ist jedoch empfehlenswert, einen leistungsfähigen Dynamo anzubauen. Die ideale Lösung bietet ein Nabendynamo.
  • Die akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung gewährleistet eine größere Unabhängigkeit und dabei gesteigerte Verkehrssicherheit sowie eine variable Einsetzbarkeit.
  • Die größere Unabhängigkeit ergibt sich daraus, dass ein Betrieb mit einer so genannten Standardbeleuchtung möglich ist, wobei je nach Bedarf die Akkus nur während eingeschalteter Beleuchtung (langsame Ladung) oder auch bei ausgeschaltetem Licht (schnelle Ladung) aufgeladen werden. Die Ladung bei ausgeschaltetem Licht bietet sich zum Beispiel bei Talfahrten, bei Rückenwind, als leichte Bremse oder auch zur Konditionssteigerung an. Da das Gerät mit einer Haltevor richtung als auch mit Stecker ausgestattet ist, lässt es sich in Sekundenschnelle vom Fahrrad lösen und auch Zuhause mit einem Netzgerät, oder z.B. beim Zelturlaub mit einer Solarzelle laden. Außerdem ist so auch dem Diebstahl vorzubeugen, wenn das Fahrrad ohne Aufsicht abgestellt wird, weil die akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung klein und handlich ist. Und es ist zudem möglich ein weiteres Fahrrad mit einer Halterung aus zustatten, was den Einsatz der akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung am jeweils benützten Fahrrad zulässt.
  • Die gesteigerte Verkehrssicherheit ergibt sich durch die redundante Energieversorgung der Beleuchtungsanlage. Bei regnerischem Wetter, auf matschigen Wegen oder im Winter auf verschneiten Wegen arbeiten am Reifen angetriebene Dynamos nicht mehr zuverlässig bzw. Versagen ganz den Dienst. In diesem Fall schaltet die akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung selbsttätig auf Akkuversorgung um, solange die Leistung des Dynamos nicht ausreicht. Oder der Fahrer schaltet den Dynamo ab, und hat dann eine kontinuierliche helle Ausleuchtung, was insbesondere bei schlechtem Wetter seiner Sicherheit dient. Dadurch ist es dem Fahrer einerseits möglich, besser seinen Fahrweg oder Hindernisse erkennen zu können und andererseits wird er auch besser von anderen Verkehrsteilnehmern erkannt. Selbst wenn der Fahrradfahrer einen Sturz erleidet, kann die dann in Kraft tretende Standlichtfunktion ihn vor schwereren Folgen bewahren, in dem er von anderen Verkehrsteilnehmern rechtzeitig wahrzunehmen ist.
  • Falls während der Fahrt die Akkukapazität erschöpft ist, steht immer noch der Betrieb des Dynamos zur Verfügung. Für den Fall, dass die akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung vorübergehend nicht angebracht wird, kann mit einer Überbrückungsbuchse die Fahrradbeleuchtung auch konventionell betrieben werden.
  • Der variable Einsatz der akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung ergibt sich dadurch, dass die Akkumulatoren sowohl vom Dynamo als auch Zuhause mit dem Netzgerät oder unterwegs mit der Solarzelle geladen werden können. Insbesondere die Verbraucher betreffend bietet die akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung ein breites Einsatzgebiet, denn es kann mit ihr nicht nur die Fahrradbeleuchtung betrieben, sondern auch eine Zeltlampe oder über ein Adapterkabel ein handelsübliches Handy geladen werden. Ebenso können mittels dem Adapterkabel andere Kleingeräte, wie MP 3, Discman, Radio. Digitalkamera, GPS-PDA usw. betrieben bzw. geladen werden. Zum Betrieb bzw. Ladung der Geräte ist keine externe Beschaltung erforderlich, sondern nur das Adapterkabel, weil in die akkugestützte Energieversorgung eine Schaltung integriert ist, welche bei Systemspannungen zwischen 1,2 V DC und 6,0 V DC einen konstanten Strom gewährleistet und überdies kurzschlusssicher ist
  • [Beispiele]
  • An Hand von Zeichnungen werden der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild für eine Akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung für ein Fahrrad,
  • 2 eine Schaltung für die Umschaltsteuerung (Komparatorschaltung),
  • 3 eine Schaltung zum Laden der Akkus externer elektronischer Geräte an Bord eines Fahrrades.
  • Das in 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung in Verwendung an einem Fahrrad.
  • Grundsätzlich wird die für ein Fahrrad benötigte Elektroenergie durch einen Dynamo 2 (z. B. ein Nabendynamo) und/oder über zwei Akku-Einheiten 9, 10 bereitgestellt. Alternativ dazu ist auch die Einspeisung über ein Netzteil 3 oder durch einen Solarlader 4 möglich.
  • Die so bereitgestellte Elektroenergie wird mittels einer Steuereinheit 1 Verbrauchern 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 zugeführt. Die Steuereinheit 1 steuert auch das Laden der Akkumulatoren 9, 10 bzw. deren Verschalten für eine optimale Energieversorgung. Ferner ist ein Schalter 8 zum Ein- und Ausschalten der Verbraucher vorgesehen, wie z. B. Beleuchtung 11, 12 und externe elektronische Geräte 13, 14, 15, 16, 17.
  • Für die Einspeisung in die Steuereinheit 1 ist diese mit entsprechenden Eingängen 1.1, vorzugsweise Steckkontakten ausgerüstet.
  • Die Steuereinheit 1 enthält verschiedene Funktionsgruppen 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 die entsprechend anliegender Spannungspegel und Akkuladezustände verschiedene Betriebsarten zulassen.
  • Zwischen der Funktionsgruppe 1.1 und der Funktionsgruppe 1.2 ist eine erste Gleichrichterbrücke 5 in die Schaltung der Steuereinheit 1 integriert. Diese Gleichrichterbrücke 5 dient der Bereitstellung der Steuerspannung für ein Umschaltrelais 18 (2), welches in der nachfolgenden Funktionsgruppe 1.3 enthalten ist und die Umschaltung der beiden Akkugruppen 9, 10 auch bei abgeschalteten Verbrauchern 11 bis 17 bewirkt.
  • Die Funktionsgruppe 1.2 stellt eine Komparatorschaltung dar. Sie steuert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (Dynamospannung) den Schaltzustand der Akkus 9, 10.
  • Das Ausgangssignal der Funktionsgruppe 1.2 steuert die Funktionsgruppe 1.3 zur Umschaltung der beiden Akku- Einheiten 9, 10 von Parallel- auf Reihenbetrieb
  • Die Funktionsgruppe 1.8 dient als Tiefentladungsschutz für die Akkumulatoren 9, 10.
  • Über die Funktionsgruppe 1.4 wird das Regime der Umschaltung von Licht 11 auf Ladung von Verbrauchern 13, 14, 15, 16, 17 mit autonomer Stromversorgung gesteuert. Für eine sichere und ausreichende Ladung der Akkus der Verbraucher 13 bis 17 dient die Funktionsgruppe 1.9, deren wichtigster Bestandteil eine Konstantstromschaltung (3) ist.
  • Mit dem angegebenen Blockschaltbild werden folgende Wirkungen erzielt:
  • Betriebsart 1
    • – Schalter 8 ist ausgeschaltet,
    • – Fahrradbeleuchtung 11 und externe Verbraucher 12 bis 17 sind abgeschaltet,
    • – Dynamo 2 versorgt die Steuereinheit 1 mit Energie und steuert die Akkus 9, 10.
    • – Schaltzustand a – bei langsamer Fahrt (Geschwindigkeiten unter ca. 10 km/h) sind die Akkugruppen 9, 10 durch das Umschaltrelais 18 in Reihe (Nennspannung 6 V) geschaltet. Es findet keine Ladung der Akkus 9, 10 statt.
    • – Schaltzustand b – bei Fahrgeschwindigkeiten über ca. 12 km/h sind die Akkugruppen 9, 10 über das Umschaltrelais 18 parallel geschaltet und werden mit der gesamten vom Dynamo 2 erzeugten Energie geladen.
  • Betriebsart 2
    • – Schalter 8 ist eingeschaltet und der Dynamo 2 ist nicht in Betrieb (z. B. im Stand)
    • – Schaltzustand a – Akkus 9, 10 sind geladen, – Akkus 9, 10 sind in Reihe geschaltet und die Fahrradbeleuchtung 11 oder die externen Verbraucher 12 bis 17 werden versorgt,
    • – Schaltzustand b – Akkus 9, 10 sind entladen, – Tiefentladungsschutz 1.8 schaltet die Fahrradbeleuchtung 11 bzw. die externen Verbraucher 12 bis 17 von der Akkuversorgung 9, 10 ab.
  • Betriebsart 3
    • – Schalter 8 ist eingeschaltet und der Dynamo 2 ist in Betrieb
    • – Schaltzustand a – Akkus 9, 10 sind geladen, – Dynamo 2 erzeugt keine ausreichende Energie (Geschwindigkeiten unter ca. 10 km/h) – Akkus 9, 10 sind in Reihe geschaltet und die Fahrradbeleuchtung 11 bzw. die externen Verbraucher 13 bis 17 werden aus den Akkumulatoren 9, 10 versorgt,
    • – Schaltzustand b – Akkus 9, 10 sind entladen, wie Betriebsart 2, Schaltzustand b, – Tiefentladungsschutz 1.8 schaltet Fahrradbeleuchtung 11 bzw. die externen Verbraucher 13 bis 17 von der Akkuversorgung 9, 10 ab, – Beleuchtung 11 bzw. die externen Verbraucher 13 bis 17 werden allein durch den Dynamo 2 versorgt.
    • – Schaltzustand c – Dynamo 2 erzeugt ausreichend Energie (Geschwindigkeiten über 12 km/h) die Akkugruppen 9, 10 werden parallel geschaltet und mit geringer Energie geladen und die Fahrradbeleuchtung 11 bzw. die externen Verbraucher 13 bis 17 werden direkt mit der Energie des Dynamos 2 versorgt.
  • Betriebsart 4
    • – Schalter 8 ist eingeschaltet, der Dynamo 2 ist außer Betrieb und eine externe Beleuchtung 12 (z. B. Zeltbeleuchtung) ist zugeschaltet,
    • – Schaltzustand a – Akkus 9, 10 sind ausreichend geladen, externe Beleuchtung 12 wird mit Strom versorgt,
    • – Schaltzustand b – die Kapazität der Akkugruppen 9, 10 ist erschöpft und die externe Beleuchtung 12 wird durch den Tiefentladeschutz 1.8 abgeschaltet.
  • Ein Beispiel einer Komparatorschaltung 1.2 für die Umschaltsteuerung 1.3 zeigt 2. Die Schaltung, die der Vermeidung herstellungsbedingter Tolleranzen und der Eliminierung der Schalthysterese dient, besteht im Wesentlichen aus einem Operationsverstärker 19, einem Transistor 20, einer Zenerdiode 21 zur Spannungsbegrenzung und einem Spannungsteiler mit Regelwiderstand 22. So kann der Schaltpunkt für das Umschaltrelais 18, das der Umschaltung der Akkumulatoren 9, 10 von Reihen- auf Parallelbetrieb dient, genau eingestellt werden. Eingangs ist ein Umschaltrelais 23 für Dynamospannung oder Batteriespannung angeordnet.
  • Die 3 zeigt eine Konstantstromschaltung 1.9 zur Ladung der externen elektronischen Geräte 13 bis 17. Sie besteht im Wesentlichen aus der dritten Gleichrichterbrücke 7 und einem spannungsgesteuerten Halbleiter 24. Über a und b erfolgt die Einspeisung der Spannung vom Dynamo 2 oder den Akkumulatoren 9, 10. Ein Umschaltrelais 25 dient zur Anpassung an die anliegende Spannung und eine BNC-Schaltbuchse 26 zum Anschluss der externen elektronischen Geräte 13 bis 17. Bei eingeführtem Stecker in die Buchse 26 schaltet ein Relais 27 die Beleuchtung ab.
  • Durch den Transistor 24 und dessen zweckdienlicher Beschaltung wird der Ladestrom auf einen definierten Wert begrenzt und die Spannung stellt sich auf das jeweilig angeschlossene Gerät 13 bis 17 ein, welche 1,2 V bis 6,0 V betragen kann. Ein spezielles Ladegerät ist damit nicht mehr erforderlich, sondern nur ein Adapterkabel. Die Schaltung 1.9 ist kurzschlusssicher ausgeführt.
  • 1
    Steuereinheit
    1.1
    Eingänge für Stromerzeuger
    1.2
    Komparatorschaltung
    1.3
    Dynamo-Akkuumschaltung
    1.4
    Umschalteinrichtung Licht und externe Verbraucher
    1.5
    Ausgang 1 Beleuchtung
    1.6
    Ausgang 2 externe Verbraucher
    1.7
    Ein-Ausschalter
    1.8
    Tiefentladungsschutz
    1.9
    Konstantstrom-Ladeschaltung für externe Verbraucher
    2
    Dynamo
    3
    Netzteil
    4
    Solarlader
    5
    erste Gleichrichterbrücke
    6
    zweite Gleichrichterbrücke
    7
    dritte Gleichrichterbrücke
    8
    Schalter
    9
    Akkupack 1
    10
    Akkupack 2
    11
    Fahrradbeleuchtung
    12
    Externe Lampe
    13
    GPS-Navigation
    14
    Kamera
    15
    Handy
    16
    MP 3
    17
    Discman
    18
    Akkumulator-Umschaltrelais
    19
    Operationsverstärker (Komparatorschaltung)
    20
    Transistor (Komparatorschaltung)
    21
    Zenerdiode (Komparatorschaltung)
    22
    Regelwiderstand (Komparatorschaltung)
    23
    Umschaltrelais (Komparatorschaltung)
    24
    Transistor (Konstantstromschaltung)
    25
    Umschaltrelais (Konstantstromschaltung)
    26
    BNC-Schaltbuchse (Konstantstromschaltung)
    27
    Schaltrelais für Beleuchtung (Konstantstromschaltung)

Claims (2)

  1. Schaltung (1) für eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung, insbesondere für Fahrräder, mit einem Dynamo (2), zwei, wahlweise in Reihe oder parallel schaltbaren Akkumulatorgruppen (9, 10), die mit einer Funktionsgruppe (1.3) zur Umschaltung der beiden Akkumulatorengruppen (9, 10) von Reihen- in Parallelbetrieb verbunden sind, einem spannungsgesteuerten Umschaltrelais (18), das von einer ersten mit dem Dynamo (2) verbundenen Gleichrichterbrücke (5) gesteuert wird, der Umschaltung der Akkugruppen (9, 10) von Reihenbetrieb auf Parallelbetrieb dient und in der Funktionsgruppe (1.3) zur Umschaltung der beiden Akkumulatorengruppen (9, 10) von Reihen- in Parallelbetrieb enthalten ist, einem mit den Akkumulatorengruppen (9, 10) verbundenen Tiefentladungsschutz (1.8) für die Akkumulatoren (9, 10) und einer zweiten mit dem Dynamo (2) und der Funktionsgruppe (1.3) zur Umschaltung der beiden Akkumulatorengruppen (9, 10) verbundenen Gleichrichterbrücke (6) zur Speisung der Akkumulatoren (9, 10) und zur Stromversorgung einer Beleuchtung (11) mit der vom Dynamo (2) erzeugten Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gleichrichterbrücke (5) über eine Komparatorschaltung (1.2) das Umschaltrelais (18) steuert, eine dritte Gleichrichterbrücke (7) in die Schaltung (1) integriert, durch den. Dynamo (2) gespeist und mit einer Konstantstromschaltung (1.9) verbunden ist und die Akkus externer elektronischer Geräte (13, 14, 15, 16, 17) durch den Einsatz der Konstantstromschaltung (1.9) lädt, und eine Funktionsgruppe (1.4) zur Umschaltung von Beleuchtung (11) auf Ladung von Akkus externer elektronischer Geräte (13-17) mit der Funktionsgruppe (1.3) zur Umschaltung der beiden Akkumulatorengruppen (9, 10) von Reihen- in Parallelbetrieb, der Konstantstromschaltung (1.9) und der Beleuchtung (11) verbunden ist.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromschaltung (1.9) im Wesentlichen aus einem spannungsgesteuerten Halbleiter (24) mit zweckdienlicher Beschaltung und einem Umschaltrelais (25) besteht.
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