DE29517414U1

DE29517414U1 - Lade- bzw. Entladeregler für den Einsatz von Solar- und/oder Windgeneratoranlagen

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Publication number: DE29517414U1
Application number: DE29517414U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1995-11-03
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2005-11-04

Description

Beschreibung

Lade- bzw. Entladeregler für den Einsatz von Solar- und/oder Windgeneratoranlagen

Die Erfindung betrifft einen Lade- bzw. Entladeregler, der im Einsatz von Solar- und/ oder Windgeneratoranlagen den regenerativ gewonnenen Gleichstrom (12 V= oder 24 V=) in geeignete Energiezwischenspeicher, den Akkumulatoren, optimal dosiert einspeist bzw. den Verbrauchern zuführt.

Es ist bekannt, daß die Erzeugung von elektrischem Strom durch Solar- bzw. Wändenergie, ausschließlich von den klimatischen Verhältnissen unserer Erde abhängt. Durch die Einflüsse der naturbedingten Komponenten (Sonne, Wind), ist eine Dimensionierung der Generatoren und der Energiespeicher für eine autarke Stromversorgung im Inselbetrieb nur sehr ungenau zu erstellen. Je nach Dimensionierung kann die Energiespeicherkomponente und/ oder die Generatorkomponente zu gering bemessen worden sein. Da dieses aber erst festzustellen ist, wenn die Anlage inklusive Laderegler aufgebaut ist, kann ab einer bestimmten Ausbaustufe die Leistungsfähigkeit bzw. die Aufnahmekapazität von weiteren Komponenten durch den Laderegler begrenzt sein. Bei dem heutigen Stand der Technik ist eine Erweiterung der Leistungsfähigkeit bei modular aufgebauten Ladereglern nur bedingt und bei Komplettladereglern gar nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Leistungsfähigkeit sowie die Aufnahme von weiteren Generatoren, Akkumulatoren und Verbrauchern in &ldquor;beliebiger" Weise zu erhöhen, ohne die Regelelektronik auszutauschen oder zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der gesamte Regler (Regeleinheit, Steuereinheit) modular aufgebaut ist. Der gesamte Regler ist aufgeteilt in folgende Module:

• Eingangsstufe (Anschluß der Solar- bzw. Windgeneratoren)

• Ausgangsstufe (Anschluß der Akkumulatoren und der Verbraucher)

• Laderegler

• Kommunikationseinheit

• Signalgeber

Sämtliche Module werden auf DIN-Tragschienen in einem spritzwassergeschützten Schaltkasten untergebracht.

Dipl.-Ing. (FH) Uwe Steinke

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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in SchutzanVpruch* 2 arfg'egeben.
Eine Kombination der Leistunqsmerkmale ist ausschlaggebend dafür, daß dem Anwender eine komfortable Anlage angeboten werden kann, und daß die vom Hersteller angegebene Lebensdauer der Akkumulatoren sicher erreicht, wenn nicht sogar verlängert wird:

- Die Regelelektronik besitzt eine programmgesteuerte Lade- bzw. Entladekennlinie, die nach der lUoU-Kennlinie arbeitet und in der drei Verbraucherkreise definiert sind.

• Allgemeiner Verbraucher (werden bei schwacher Kapazität des Akkumulators zuerst abgeschaltet)

• Prioritätsverbraucher (wichtige Verbraucher, die erst beim aktiven Tiefentladeschutz abgetrennt werden)

• PseudoVerbraucher (Überschußverbraucher, die erst beim aktiven Überladeschutz aktiviert werden)

- Ferner beinhaltet die Ladekurve drei Lademodi:

• LADEN (der gesamte Ladestrom wird ungehindert den Akkumulatoren bzw. den Verbrauchern zugeführt)

• VOLLADEN (gesteuerte Gasung für max. 90 Min., bis zum erreichen der Ladeschlußspannung)

• ERHALTUNGSLADEN (Zweipunktregler, zum Ausgleich von Selbstentladungen und geringe Ladungsentnahmen durch den Verbraucher)

- Durch die Kommunikationseinheit (LED-Matrix) können folgende Ladezustände des Akkumulators überwacht werden:

• voll

• mittel

• schwach

• leer

- Die Kommunikationseinheit kann im Schaltkasten implementiert oder als Fernsignalisierungsmodul ausgestattet sein. Somit ist eine Betriebszustandsüberwachung in weiter Entfernung möglich.

- Ein optionales Modul (Signalgeber) kann dazu verwendet werden, für bestimmte Betriebszustände der Anlage (Abschaltung verschiedener Verbraucherkreise), akustische und/ oder optische Signale über weite Entfernungen zu signalisieren.

- Bei völlig entleertem Akku (sämtliche Verbraucher durch den Tiefentladeschutz abgetrennt) besteht im Notfall die Möglichkeit, durch Drücken eines RESET-Schalters, den Prioritätsverbraucher für max. 45 Min. (zeitlich gesteuert) manuell wieder anzuschalten.

- Beim aktiven Überladeschutz wird der überschüssige Ladestrom nicht ungenutzt gelassen, sondern einem PseudoVerbraucher (z. B. ein Lüfter, eine Wasserpumpe, ein Warmwasserbereiter,...) zugeführt. Damit ist gleichzeitig sichergestellt, daß bei aktivem Überladeschutz keine hohen Induktionsspannungen des Windgenerators auftreten.

Dipl.-lng. (FH) Uwe Steinke

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbVsoncfere darfn, tfe*B neben den weiteren, allgemein bekannten Vorteilen eines modularen Aufbaus

• dieser Laderegler für Solargeneratoren und Windgeneratoren in Kombination eingesetzt werden kann.

• der Anwender je nach benötigter Kapazität und finanziellem Budget die Stromversorgungsanlage beliebig erweitern kann.

• die programmgesteuerte Lade- bzw. Entladekennlinie dafür sorgt, daß in der begrenzten Tageslichtzeit ein schneileres Aufladen des Akkus möglich ist (durch zeitlich gesteuerte Gasung),

• getrennte Verbraucherkreise dafür sorgen, daß Überschußenergie sinnvoll genutzt wird bzw. wichtige Verbraucher bei geringer werdender Akku-Kapazität später als die Allgemeinen Verbraucher abgetrennt werden.

• im Notfall der Prioritätskreis (beim aktivem Tiefentladeschutz) für max. 45 Min. wieder angeschaltet werden kann.

• durch Verwendung der Kommunikationseinheit und/ oder des Signalgebers eine Fernsignalisierung möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 Anschlußbeispiel der Module in dem Schaltkasten

Fig. 2 Kommunikationseinheit als LED-Matrix

Figur 1 zeigt die Module Eingangsstufe (2), Ausgangsstufe (3), Laderegler (4) und das optionale Modul Signalgeber (5), wie sie auf der DIN-Tragschiene (6) in dem Schaltkasten (1) installiert sind. Die Leistungsstufen (Eingangs- und Ausgangsstufe) sind mit einer Stromschiene (7) verbunden. Die Stromschiene hat die Aufgabe, den starken Gleichstrom zu führen und dem Aufbau eine mechanische Festigkeit zu verleihen. Gesteuert werden die Leistungsstufen von dem Laderegler (4) über Steuerleitungen (8).

Bei der Erweiterung der Leistungsfähigkeit werden ein- oder mehrere Ein- bzw. Ausgangsstufen in Reihe dazugeschaltet, indem verlängerte Stromschienen und weiterführende Steuerleitungen die Module verbinden. Es besteht ferner die Möglichkeit die weiteren Module parallel darüber anzuordnen und diese mit den Steuerleitungen zu verbinden, die von jeder Ausgangsstufe weitergeführt werden können.

Die Kommunikationseinheit ist als Dioden-Matrix in Figur 2 dargestellt. Sie wird über die Verbindung (9) angesteuert. Der Signalgeber (5) zeigt ein Anschlußbeispiel mit einem akustischen Melder.

Dipl.-lng. (FH) Uwe Steinke

Funktionsweise: ' *"

Der Laderegler besitzt eine programmgesteuerte Ladekennlinie, die nach dem lUoU-Verfahren arbeitet (Figur 2). Dadurch ist gewährleistet, daß der Akkumulator auf seinem höchstmöglichen Ladeniveau gehalten wird.

Ausgehend von einer entladenen Batterie, wird diese mit dem ganzen zur Verfügung stehenden Ladestrom geladen (LADE-Modus), bis die Batterieklemmspannung einen für sie kritischen Wert erreicht (GASUNG). Der Laderegler schaltet dann in den nächsten Lademodus (VOLLADEN, [gesteuerte Gasung]) und lädt den Akku bis zu einer definierten Ladeschlußspannung. Nach dem Erreichen der Ladeschlußspannung (angezeigt durch die UES-LED) wird der &ldquor;kostbar" gewonnene Ladestrom nicht einfach abgeschaltet und damit ungenutzt gelassen, sondern einem sogenannten PSEUDOVERBRAUCHER zugeführt (signalisiert durch die PSEU-LED).

Dieser PSEUDOVERBRAUCHER kann z. B. eine Wasserpumpe, ein Lüfter, ein Warmwasserbereiter oder vieles mehr sein. Man könnte natürlich auch über ein separates Ladegerät einen unabhängigen zweiten Akku damit speisen. Ist der PSEUDOVERBRAUCHER einmal durch den Überladeschutz aktiviert worden, bleibt er für mindestens 45 Sek. angeschaltet. Reicht der Ladestrom jedoch nicht aus, um die Ladeschlußspannung (UES) zu erreichen, schaltet der Regler nach ca. 120 Min. in den ER-HALTUNGSLADE-Modus. In dem ERHALTUNGSLADE-Modus wird der Ladezustand des Akkus, auch bei geringen Ladungsentnahmen durch den Verbraucher gehalten und durch die LADESTROM AN/AUS-LEDs angezeigt. In der programmgesteuerten Lade-/ Entladekennlinie des Reglers sind zwei weitere Verbraucherkreise definiert (ALLGEMEINE VERBRAUCHER, PRIORITÄTSVERBRAUCHER), welche bei unterschiedlichem Ladezustand des Akkumulators von diesem abgetrennt werden. Die Ursache des Abtrennens ist mangelnde Kapazität des Energiespeichers. Geht die gespeicherte Energie zu Ende, so wird zuerst der ALLGEMEINE VERBRAUCHER abgetrennt und durch die PRIO-LED angezeigt. Es bleibt der sogenannte PRIORITÄTSKREIS für wichtige Verbraucher (z. B. eine Notbeleuchtung, ein Kühlfach oder ein Funkgerät) solange erhalten, bis eine Tiefentlade-Schutzschaltung auch diesen Kreis abtrennt, um irreparable Beschädigungen des Akkumulators zu verhindern. Sollte auch dieser Kreis durch mangelnde Kapazität von der Batterie abgetrennt worden sein (signalisiert durch die TES-LED), besteht im Notfall die Möglichkeit, durch Drücken des RESET-Schalters (aufleuchten der RES-LED), diesen Kreis für maximal 45 Min. (zeitlich gesteuert) wieder anzuschalten. Das System bietet dem Anwender ein Zusatzmodul, welches bei Abschaltung der Verbraucherkreise eine Femsignalisierung durch einen akustischen- und/ oder optischen Signalgeber anzeigt, !st der Signalgeber vorhanden, erfolgt ein ca. 5 Sek. langes Intervallsignal bei Abschaltung des ALLGEMEINEN VERBRAUCHERS und ein ca. 5 Sek. langes Dauersignal bei Abschaltung des PRIORITÄTS-KREISes, jeweils angezeigt durch die SIGN-LED.

Kurzzeitige Entladestromspitzen, z. B. im Einschaltmoment &ldquor;starker" Verbraucher führen nicht zur Abschaltung der Verbraucherkreise.

Dipl.-Ing. (FH) Uwe Steinke

Claims

Schutzansprüche

1, Lade- bzw. Entladeregler für den Einsatz von Solar- und/oder Windgeneratoranlagen,

dadurch gekennzeichnet,

daß der gesamte Regler {Regeleinheit, Steuereinheit) modular aufgebaut ist und somit in seiner elektrischen Leistungsfähigkeit sowie in seiner Aufnahmekapazität von Generatoren, Akkumulatoren und Verbrauchern &ldquor;beliebig" erweiterbar ist, ohne die Regelelektronik auszutauschen oder zu erweitern. Der gesamte Regler ist aufgeteilt in folgende Module:

• Eingangsstufe

• Ausgangsstufe

• Laderegler

• Kommunikationseinheit

• Signalgeber

Sämtliche Module werden auf DIN-Tragschienen in einem spritzwassergeschützten Schaltkasten untergebracht.
2. Lade- bzw. Entladeregler nach Schutzanspruch 1

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Laderegler für eine Kombination von Solar- und Windgeneratoren eingesetzt werden kann.

- die Regelelektronik eine programmgesteuerte Lade-/ Entladekennlinie besitzt, die nach der lUoU-Kennlinie arbeitet und in der drei Verbraucherkreise definiert sind:

• Allgemeiner Verbraucher

• Prioritätsverbraucher

• PseudoVerbraucher

- die Ladekurve drei Lademodi beinhaltet:

• LADEN

• VOLLADEN

• ERHALTUNGSLADEN

Dipl.-Ing. (FH) Uwe Steinke

i (LEDMti) f

durch die Kommunikationseinheit (LED-Matrix) folgende Ladezustände des Akkus überwacht werden können:

• voll

• mittel

• schwach

• leer

die Kommunikationseinheit im Schaltkasten implementiert oder als Femsignaüsierungsmodul ausgestattet sein kann.

ein optionales Modul (Signalgeber) dazu verwendet werden kann, für bestimmte Betriebszustände der Anlage (Abschaltung verschiedener Verbraucherkreise), akustische und/ oder optische Signale, über weite Entfernungen zu signalisieren.

bei völlig entleertem Akku (sämtliche Verbraucher durch den Tiefentladeschutz abgetrennt) im Notfall die Möglichkeit besteht, durch Drücken eines RESET-Schalters, den Prioritätsverbraucher für max. 45 Min. wieder anzuschalten.

beim aktiven Überladeschutz der überschüssige Ladestrom nicht ungenutzt gelassen, sondern einem PseudoVerbraucher zugeführt wird.

Dipl.-ing. (FH) Uwe Steinke