DE19917108A1

DE19917108A1 - Pocket torch has photovoltaic charging of energy storage device, one or more white light emitting LEDs, whereby all LEDs can be used irrespective of manner of generating white light

Info

Publication number: DE19917108A1
Application number: DE19917108A
Authority: DE
Inventors: Markus Rippin
Original assignee: Individual
Current assignee: Rippin Markus Dipl-Agr-Ing 53332 Bornheim D
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-12-14

Abstract

The torch has photovoltaic charging of an energy storage device and one or more white light emitting LEDs (1), whereby all LEDs can be used irrespective of the manner of generating the white light (additive color mixing or another method). The light intensity, radiation angle and diameter of the LEDs used and the arrangement of the LEDs depend on the dimensional requirements and the radiation-specific design of the light arrangement.

Description

State of the art / background

Bisherige Konstruktionen von Taschenlampen benutzen herkömmliche Glühbirnen bzw. neuartige Xenon-Leuchtkörper, welche einen hohen Energiebedarf haben und somit den in Batterien oder Akkus gespeicherten Strom relativ rasch verbrauchen. Die Gefahr der Entladung der Batterien oder Akkus während des Einsatzes ist relativ groß. In Notfallsi tuationen (bspw. Verkehrsunfall oder Motorschaden bei Nacht) ist aber ein zuverlässiges Funktionieren der Lampe äußerst wichtig und sollte in jedem Fall sichergestellt sein.Previous designs of flashlights used conventional light bulbs or innovative xenon lamps, which have a high energy requirement and thus the Consume electricity stored in batteries relatively quickly. The danger of Discharge of the batteries or rechargeable batteries during use is relatively large. In case of emergency tuations (e.g. traffic accident or engine damage at night) is a reliable one Function of the lamp is extremely important and should be ensured in any case.

Der Aufwand des regelmäßigen bzw. rechtzeitigen Aufladens der Akkus bzw. der Besor gung frischer Batterien ist ebenfalls nicht zu vernachlässigen und in letzterem Fall auch unter Umweltschutz Gesichtspunkten äußerst problematisch.The effort of regular or timely charging of the batteries or the owner Fresh batteries should also not be neglected, and in the latter case too extremely problematic from an environmental point of view.

Erste Versuche, Taschenlampen über integrierte Solarzellen mit Strom zu versorgen, haben nur eine geringe Marktdurchdringung erreicht, da die durch die hiesigen Strah lungsbedingungen ermöglichte Leuchtdauer, aufgrund der hohen Leistungsanforderun gen, nur wenige Minuten beträgt. Darüber hinaus benötigt das Solarmodul eine Fläche, die eine handliche und komfortable Konstruktion der Taschenlampe bzw. des Lampen griffs verhindert und somit auch die Verbraucherakzeptanz negativ beeinflußt.First attempts to power flashlights via integrated solar cells, have only achieved a small market penetration because of the local strah conditions enabled lighting duration due to the high performance requirements is only a few minutes. In addition, the solar module requires an area which is a handy and comfortable construction of the flashlight or lamps handles prevented and thus also negatively affects consumer acceptance.

The invention

Die Erfindung betrifft eine Taschenlampe, die durch ein im Haltegriff integriertes Solar modul über einen Laderegler die im Handgriff befindlichen Speicherakkus lädt. Um das bisherige Problem der vergleichsweise geringen Leuchtdauer einer solar betriebenen Taschenlampe aus dem Weg zu räumen und eine handliche sowie formschöne Kon struktion zu ermöglichen, werden in der vorliegenden Erfindung u. a. die seit kurzem auf dem Markt befindlichen Weißlicht emittierenden Dioden (LED's) mit einer Leuchtkraft von mindestens 1000 mcd (Millicandela) als Leuchtkörper eingesetzt. Alternativ kann das Solarmodul auch extern, dem Licht optimal exponiert, an die Taschenlampe zum Aufla den der in der Lampe befindlichen Akkus angeschlossen werden.The invention relates to a flashlight by a solar integrated in the handle module charges the storage batteries in the handle via a charge controller. To do that previous problem of the comparatively short burn time of a solar powered Clear the flashlight out of the way and a handy and shapely Kon To enable structure, u. a. the recently on white light emitting diodes (LEDs) with a luminosity of at least 1000 mcd (Millicandela) are used as illuminants. Alternatively, it can External solar module, optimally exposed to the light, to the flashlight for charging the batteries in the lamp.

Die Fertigung bzw. der Einsatz dieser LED's wurde schon in folgenden Patent-, Ge brauchsmuster- oder Offenlegungsschriften beschrieben: WO 98/39805, WO 98/05078, DE 196 41 980 C1, DE 197 22 958 A1, EP 0 824 207 A1.The manufacture or use of these LEDs has already been described in the following patent, Ge utility model or published specifications: WO 98/39805, WO 98/05078, DE 196 41 980 C1, DE 197 22 958 A1, EP 0 824 207 A1.

Je nach Leuchtkraft der verwendeten LED (derzeitiger Stand maximal 4000 mcd) werden eine bis mehrere dieser Weißlicht emittierenden Dioden in der Leuchteinheit derart ein gebaut, daß eine mindestens ebenso gute Ausleuchtung wie bei den bisherigen Ta schenlampen gegeben ist. Um die Helligkeit der Leuchteinheit bei Bedarf erhöhen zu können, können weitere Zusatz-LED's hinzugeschaltet und damit die Leuchtstärke der Taschenlampe erhöht werden. Depending on the luminosity of the LED used (current status maximum 4000 mcd) one or more of these white light-emitting diodes in the lighting unit built that illumination at least as good as in previous Ta is given. To increase the brightness of the light unit if necessary can, additional additional LEDs can be switched on and thus the luminosity of the Flashlight can be increased.

Der durch den Einsatz der LED's um ca. 70% reduzierte Energiebedarf für die Leuchteinheit führt dazu, daß die Leuchtdauer der Taschenlampe für viele Stunden ge währleistet werden kann. Durch die speziellen Leuchteigenschaften der LED's entfällt auch, gegenüber herkömmlichen Leuchtkörpern, die Gefahr des totalen Versagens der Leuchtkörper innerhalb einer relativ kurzen Zeit, bedingt durch die vollständige Entladung der Akkus. Denn anders als bei herkömmlichen Leuchtkörpern verringert sich durch das Absinken der Stromspannung unter die Betriebsspannung von 3,6 Volt die Leuchtstärke der LED's nur ganz allmählich, und kommt erst nach vielen Stunden (ca. 20) tatsächlich zum Erliegen.The energy consumption reduced by approx. 70% through the use of LEDs Luminous unit causes the flashlight to last for many hours can be guaranteed. Due to the special lighting properties of the LEDs also, compared to conventional lighting fixtures, the risk of total failure of the Illuminant within a relatively short time, due to the complete discharge the batteries. Because, unlike conventional lighting fixtures, this reduces If the voltage drops below the operating voltage of 3.6 volts, the luminosity the LED's only very gradually, and only really comes after many hours (approx. 20) to a halt.

Durch diese signifikante Reduktion des Stromverbrauches der Leuchteinheit ist es mög lich, trotz des Einsatzes eines Solarmodules weit geringeren Ausmaßes als bisher, eine lange Beleuchtungsdauer durch die aufgeladenen Akkus zu gewährleisten. Da die Lam pe nur für den aktuellen Gebrauch dem Ladeort bzw. der Ladestation entnommen wird (Einsatz vorzugsweise für den mobilen Bedarf wie bspw. Auto, Wohnwagen, . . .), befinden sich die Akkus stets in geladenem Zustand. Hierdurch wird erreicht, daß insbesondere in Notsituationen die Funktion und Beleuchtungsdauer der Lampe in nahezu jeder geogra phischen Region optimal sichergestellt werden kann. Das Solarmodul ist so dimensio niert, daß selbst bei ständig bedecktem Himmel, lediglich durch die diffuse Strahlung, die Akkus zu ca. 90% ihrer maximalen Kapazität geladen werden. Ein erster Prototyp arbei tet beispielsweise mit einem polykristallinen Solarmodul mit einer maximalen Leistung von nur 0,675 Watt. Drei Alkali-Mangan Akkus mit einer Kapazität von 1000 mA halten die maximale Leuchtstärke über eine Dauer von 6 Stunden. Bei langsam nachlassender Leuchtstärke kann die Leuchtvorrichtung aber noch über weitere 20 Stunden ihre Funk tion aufrecht erhalten, ohne nachgeladen zu werden. Alkali-Mangan Typen sollten ver wendet werden, da diese - im Gegensatz zu anderen handelsüblichen Typen - nicht den Nachteil des Memory Effektes aufweisen, sondern auch bei Teilentladungen, wie diese bei der vorliegenden Erfindung üblich sind, die volle Kapazität aufrecht erhalten. Neben dem geringen Stromverbrauch haben die eingesetzten LED's den Vorteil der ge ringeren Anfälligkeit für Erschütterungen und der längeren Lebensdauer (min. 100.000 Stunden gegenüber 1.000 Stunden).This significant reduction in the power consumption of the lighting unit makes it possible Lich, despite the use of a solar module much smaller than before, one to ensure long lighting time thanks to the charged batteries. Since the Lam pe is removed from the charging station or charging station only for the current use (Use preferably for mobile needs such as car, caravan, ...) the batteries are always charged. This ensures that, in particular Emergency situations the function and lighting duration of the lamp in almost every geogra optimal region can be ensured. The solar module is so dimensio niert that even with continuously cloudy sky, only by the diffuse radiation that Batteries can be charged to approx. 90% of their maximum capacity. A first prototype is working for example with a polycrystalline solar module with a maximum output of only 0.675 watts. Hold three alkaline manganese batteries with a capacity of 1000 mA the maximum luminosity over a period of 6 hours. With slowly waning Luminosity, the lighting device can continue to operate for another 20 hours maintenance without being reloaded. Alkali-manganese types should ver be used, since - in contrast to other commercially available types - these are not Disadvantages of the memory effect, but also with partial discharges like this maintain full capacity in the present invention. In addition to the low power consumption, the LEDs used have the advantage of ge less susceptibility to vibrations and a longer service life (min. 100,000 Hours versus 1,000 hours).

Das Solarmodul ist derart dimensioniert und geschaltet, daß es in Spannung und Lei stung auf die eingesetzten Akkus abgestimmt ist und die über einen integrierten Lade regler aufzuladenden Akkumulatoren auch bei bedecktem Himmel geladen werden, gleichzeitig aber auch bei direkter Sonneneinstrahlung die resultierenden Ladeströme entsprechend der eingesetzten Akkus begrenzt werden, um Schäden zu verhindern. Die konkrete Dimensionierung richtet sich dabei nach der zu erzielenden Strahlungsintensität der Leuchteinheit, die den verschiedenen Anforderungen variabel angepaßt werden kann.The solar module is dimensioned and connected such that it is in voltage and Lei is matched to the batteries used and the integrated charging accumulators to be charged even when the sky is cloudy, At the same time, however, the resulting charging currents also in direct sunlight limited according to the batteries used to prevent damage. The concrete dimensions depend on the radiation intensity to be achieved the lighting unit, which can be variably adapted to the different requirements can.

Der Laderegler sorgt für die Einhaltung bestimmter Grenzspannungen und den Betrieb des Solargenerators in den Punkten maximaler Leistung (MPP-Regelung) und verhindert, daß sich die Akkus während strahlungsarmer Tages- und Nachtzeiten über den Innenwi derstand des Solargenerators entladen (Schaltung einer Rückstromdiode).The charge controller ensures compliance with certain limit voltages and operation of the solar generator in terms of maximum power (MPP control) and prevents that the rechargeable batteries are located on the interior wi discharged the state of the solar generator (switching a reverse current diode).

Ein Fach für Extra-Akkus (vorzugsweise wiederaufladbare Alkali-Mangan Typen), kann im Bedarfsfall gefüllt werden, um die maximal zur Verfügung stehende Beleuchtungs dauer zu erhöhen. Diese Akkus werden dann für die Beleuchtung zugeschaltet, wenn der Ladezustand der Solar-Akkus eine ausreichende Leuchtstärke nicht mehr gewährleisten kann.A compartment for extra batteries (preferably rechargeable alkaline manganese types) can if necessary, be filled to the maximum available lighting increase duration. These batteries are then switched on for the lighting when the The state of charge of the solar batteries can no longer guarantee sufficient brightness can.

Die Taschenlampe ist derart konstruiert, daß eine Befestigungsvorrichtung die sichere Aufbewahrung an jedem erdenklichen stationären oder mobilen Ort ermöglicht. Anhand einer LED-Anzeige kann jederzeit auf Knopfdruck der aktuelle Ladezustand der Akkus kontrolliert werden.The flashlight is constructed in such a way that a fastening device is secure Storage possible in every conceivable stationary or mobile place. Based An LED display can show the current state of charge of the batteries at the push of a button to be controlled.

Eine zweite Variante ermöglicht es, das Solarmodul zur Ladung der Akkus an einem op timalen Ort frei zu plazieren, da es nicht in den Haltegriff der Taschenlampe integriert ist. Als weitere Option können neben den Weißlicht emittierenden LED's auch die seit lan gem bekannten, farbiges Licht emittierenden, LED's in die Leuchteinheit integriert wer den, um bei entsprechender Schalterstellung die Taschenlampe für Signalzwecke einset zen zu können. Neben Farbmischungen können damit die Farben rot, grün, blau und gelb erzeugt werden. Die somit zu einer verschiedenfarbigen Signalleuchte erweiterbare Taschenlampe ist damit in vielfältigen Einsatzgebieten verwendbar. Durch ihre wasser dichte und schlagfeste Konstruktion, der netzunabhängigen, mobil einsetzbaren Ausge staltung sowie der langen Leucht- und Lebensdauer ergeben sich deutliche Vorteile ge genüber herkömmlichen Produkten am Markt. A second variant enables the solar module to charge the batteries on an op free place as it is not integrated in the handle of the flashlight. As a further option, in addition to the white light emitting LEDs, the according to known, colored light-emitting, LEDs integrated into the lighting unit to use the flashlight for signaling purposes with the appropriate switch setting to be able to. In addition to color mixtures, the colors red, green, blue and generated in yellow. It can be expanded to a different colored signal light Flashlight can thus be used in a wide range of applications. By your water dense and impact-resistant construction, the network-independent, mobile use design as well as the long light and life span, there are clear advantages compared to conventional products on the market.

Die grundsätzlichen Ausführungen der innovativen Bestandteile der Erfindung (LED- Leuchtkörper) werden im folgenden beispielhaft anhand dreier Zeichnungen erläutert:The basic designs of the innovative components of the invention (LED Luminaires) are explained below using three drawings as examples:

Das in Abb. 1 dargestellte Schaltbild zeigt eine mögliche Schaltungsvariante der Weißlicht emittierenden Leuchtdioden 1 der Leuchteinheit. Die parallel geschalteten Dioden 1 sind über Vorwiderstände 2 an die Stromquelle angeschlossen.The circuit diagram shown in Fig. 1 shows a possible circuit variant of the white light-emitting LEDs 1 of the lighting unit. The diodes 1 connected in parallel are connected to the current source via series resistors 2 .

Abb. 2 zeigt eine Frontansicht der Leuchteinheit mit einer der möglichen Anord nungen der LED's 3 in einem wasserdichten und stoßfesten Gehäuse 4 und einem an die Strahlungseigenschaften der LED's 3 angepaßten Innenreflektor 5. Fig. 2 shows a front view of the lighting unit with one of the possible Anord voltages of the LEDs 3 in a watertight and impact-resistant housing 4 and adapted to the radiation properties of the LED's 3 inner reflector 5.

Abb. 3 zeigt die seitliche Ansicht der Leuchteinheit und eine der möglichen Anord nungen der LED's 3 in dem Lampengehäuse 4, mit Innenreflektor 5 und einer auf die Strahlungseigenschaften der LED's angepaßten Diffusorplatte 6. Fig. 3 shows the side view of the lighting unit and one of the possible arrangements of the LEDs 3 in the lamp housing 4 , with an internal reflector 5 and a diffuser plate 6 adapted to the radiation properties of the LEDs.

Claims

1. Flashlight with photovoltaic charging of the energy storage device, characterized in that one or more white light-emitting LEDs are used as the light source for the luminous element, all LEDs being able to be used regardless of the generation form of the white light (additive color mixing or other processes). The luminosity, radiation angle and diameter of the LEDs used, as well as the arrangement of the LEDs in the luminaire, depend on the specific requirements for the dimensions and the radiation-specific design of the respective lighting equipment.

2. Flashlight with photovoltaic charging of the energy storage device 1 , characterized in that the solar module is dimensioned and constructed in such a way that the solar batteries are charged to about 90% of their maximum capacity even when the sky is cloudy, and an overcharge of the solar batteries and a Backflow of the stored energy during low-radiation day and night times can be prevented by a charge controller or a reverse current diode.

3. Flashlight with photovoltaic charging of the energy storage device 1 , characterized in that extra batteries can be inserted into the flashlight, which can be switched on when the solar batteries are insufficiently charged.

4. Flashlight with photovoltaic charging of the energy storage device 1 , characterized in that the waterproof and impact-resistant flashlight indicates the state of charge of the solar batteries and the extra batteries via an LED display in order to be able to determine the available lighting duration .

5. Flashlight with photovoltaic charging of the energy storage device 1 , characterized in that a fastening device enables safe storage at any conceivable stationary or mobile location.

6. Flashlight with photovoltaic charging of the energy store 1 , characterized in that the luminosity can be increased if desired by adding additional LEDs.

7. Flashlight with photovoltaic charging of the energy store 1 , characterized in that a second variant has not integrated the solar module in the handle, so that it can be placed freely at a convenient location as desired.

8. Flashlight with photovoltaic charging of the energy storage device 1 , characterized in that, as a further option, in addition to the white light-emitting LEDs, the long-known colored light-emitting LEDs can also be integrated into the lighting unit in order to use the Ta lamp for signal purposes with the appropriate switch position.