MANOLI, Yiannos (Wintererstr. 76, Freiburg, 79104, DE)
MAURATH, Dominic (Basler Str. 11, Freiburg, 79100, DE)
MINTENBECK, Dieter (Schalmenäcker 15, Freiburg, 78052, DE)
SCHIENLE, Meinrad (Hirtenstr. 13a, Ottobrunn, 85521, DE)
TASCHWER, Armin (3 Rue des Vignes, Sigolsheim, Sigolsheim, F-68240, FR)
HEHN, Thorsten (Dorfstr. 46, Heuweiler, 79194, DE)
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MANOLI, Yiannos (Wintererstr. 76, Freiburg, 79104, DE)
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| Patentansprüche 1. Energieautarkes Mikrosystem mit - mindestens zwei lokalen Energiequellen (2-1, 2-2, 2-N, 2- (N+l), 40), von welchen mindestens eine einen Mikrogenera- tor (3-1, 3-2, 3-N, 41) und eine Schnittstellen-Schaltung (4-1, 4-2, 4-N, 42) zur Extraktion von Energie aus dem Mikrogenerator (3-1, 3-2, 3-N, 41) umfasst, und - einer Zentraleinheit (1), welche mindestens eine zentrale Speichereinheit (7) zum Speichern der aus dem/den Mikroge- nerator/en (3-1, 3-2, 3-N, 41) extrahierten Energie aufweist. 2. Mikrosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der lokalen Energiequellen (2- (N+l)) als Batterie (8) ausgestaltet ist. 3. Mikrosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei lokalen Energiequellen (2-1, 2-2, 2-N, 40) jeweils einen Mikrogenerator (3-1, 3-2, 3-N, 41) und eine Schnittstellen-Schaltung (4- 1, 4-2, 4-N, 42) zur Extraktion von Energie aus dem Mikrogenerator (3-1, 3-2, 3-N, 41) umfassen. 4. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (1) mindes¬ tens einen Spannungsregler (9-1, 9-2, 9-M) , insbesondere ei¬ nen Gleichspannungswandler, aufweist, welcher eine Ausgangsspannung der zentralen Speichereinheit (7) und/oder der Bat- terie (8) auf eine vorgebbare Soll-Ausgangsspannung regelt. 5. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Mikrogenerator/en (3-1, 3-2, 3-N, 41) als Solar-Energiewandler und/oder Vibrations- wandler und/oder thermo-elektrisch/r Wandler und/oder Durch- fluss-Energiewandler ausgestaltet ist/sind. 6. Mikrosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der lokalen Energiequellen (2-1, 2-2, 2-N, 2-(N+l), 40) zusätzlich zu einem Mikrogenerator (3-1, 3-2, 3-N, 41) und einer Schnittstellen-Schaltung (4-1, 4-2, 4-N, 42) eine lokale Speichereinheit (5-1, 5-2, 5-N, 43) zur Zwischenspeicherung der aus dem Mikrogenerator (3-1, 3-2, 3-N, 41) extrahierten Energie umfasst. 7. Mikrosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der lokalen Energiequellen (2-1, 2-2, 2-N, 2-(N+l), 40) zusätzlich zu einem Mikrogenerator (3-1, 3-2, 3-N, 41) und einer Schnittstellen-Schaltung (4-1, 4-2, 4-N, 42) einen lokalen Gleichspannungswandler (6-1, 6-2, 6-N, 44) aufweist, welcher der lokalen Speichereinheit (5-1, 5-2, 5-N, 43) oder der zentralen Speichereinheit (7) vorgeschaltet ist und eine Eingangsspan¬ nung des lokalen Gleichspannungswandlers (6-1, 6-2, 6-N, 44) in eine aktuelle Speicherspannung der lokalen Speichereinheit (5-1, 5-2, 5-N, 43) bzw. der zentralen Speichereinheit (7) wandelt . 8. Mikrosystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der lokale Gleichspannungswand¬ ler (6-1, 6-2, 6-N, 44) in die Schnittstellenschaltung (4-1, 4-2, 4-N, 42) der lokalen Energiequelle (2-1, 2-2, 2-N, 2- (N+l), 40) integriert ist. 9. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Energiequellen (2-1, 2-2, 2-N) steuerbare Schaltelemente (20-1, 20-2, 20-N) umfas- sen, durch welche die jeweiligen Energiequellen (2-1, 2-2, 2- N) mit der Zentraleinheit (1) verbindbar und von dieser trennbar sind. 10. Mikrosystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (20-1, 20-2, 20-N) als Sperrschalter oder Längstransistoren ausgebildet sind . 11. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Schaltelement (20-1, 20-2, 20-N) eine lokale Steuereinheit zugeordnet ist, welche das jeweilige Schaltelement (20-1, 20-2, 20-N) derart steuert, dass das Schaltelement (20-1, 20-2, 20-N) nur geschlossen wird, wenn die aktuelle lokale Speicherspannung an der loka¬ len Speichereinheit (5-1, 5-2, 5-N) höher ist als die aktuel¬ le Speichespannung an der zentralen Speichereinheit (7) und wenn kein Schaltelement (20-1, 20-2, 20-N) einer weiteren (2- 1, 2-2, 2-N) Energiequelle geschlossen ist. 12. Mikrosystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Steuereinheit (21) vorgesehen ist, welche die Schaltelemente (20-1, 20-2, 20-N) derart steuert, dass jeweils nur ein einziges Schaltelement (20-1, 20-2, 20-N) geschlossen ist, wobei die aktuelle lokale Speicherspannung an der jeweiligen lokalen Speichereinheit (5-1, 5-2, 5-N) höher sein muss als die aktuelle zentrale Speicherspannung an der zentralen Speichereinheit (7). 13. Mikrosystem nach einem Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Längstransistoren derart ge¬ steuert werden, dass sie als Stromquellen oder als Linearreg¬ ler arbeiten. 14. Verfahren zum Betrieb eines energieautarken Systems, insbesondere Mikrosystems, gemäß einem der Ansprüche 3 bis 13, bei dem Energie aus mindestens zwei Mikrogeneratoren (3-1, 3- 2, 3-N, 41) extrahiert wird und in einer zentralen Spei- chereinheit (7) gespeichert wird. 15. verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Mikrogeneratoren (3- 1, 3-2, 3-N, 41) extrahierte Energie in lokalen Speicherein- heiten (5-1, 5-2, 5-N, 43) zwischengespeichert wird. |
Energieautarkes Mikrosystem und Verfahren zu dessen Betrieb Die Erfindung betrifft ein energieautarkes Mikrosystem und ein Verfahren zu dessen Betrieb.
Energieautarke Sensorsysteme finden heute in vielen Berei ¬ chen, wie zum Beispiel der Industrieautomatisierung, der Au- tomobiltechnik (Reifendrucksensorik) und der Hausautomatisierung, eine breite Anwendung. Viele herkömmliche energieautarke Mikrosysteme umfassen dabei einen Mikrogenerator, welcher in der Umgebung latent vorhandene Energie, wie beispielsweise Wärme, Licht oder mechanische Vibrationen, in elektrische Energie umwandelt. Derartige Mikrogeneratoren können aber nur relativ geringe Leistungen bereitstellen, so dass das Bestreben besteht, Leistungen bzw. Energie aus dem Mikrogenerator mit Hilfe einer sogenannten Schnittstellen-Schaltung (Interface-Schaltung) möglichst (energie-) effizient zu extrahieren. Auch die Speicherung sowie der Transport der Energie zu einem Verbraucher sind möglichst effizient auszulegen. In herkömmlichen energieautarken Mikrosystemen wird die notwendige Energieeffizienz dadurch erreicht, dass eine auf die jeweili ¬ ge Anwendung zugeschnittene und optimal angepasste Systemar- chitektur aus Mikrogenerator, Schnittstellen-Schaltung, Speichereinheit und Spannungsregler verwendet wird. Derartige Systeme haben jedoch den Nachteil, dass sie nur anwendungs ¬ spezifisch einsetzbar sind und nur eine geringe Ausfallsi ¬ cherheit aufweisen.
Bekannt sind darüber hinaus auch energieautarke Mikrosysteme, welche sich einer Batterie als Energiequelle bedienen. Die begrenzte Energiespeicherkapazität einer Batterie bedingt je ¬ doch einen relativ hohen Wartungsaufwand. Außerdem ist auch bei Einsatz einer Batterie nur eine geringe Ausfallsicherheit gegeben . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieautarkes Mikrosystem und ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, welche mit möglichst geringem schaltungstechnischem Aufwand eine universelle Anwendbarkeit für verschiedene Anwendungen bei erhöhter Zuverlässigkeit des Systems gewährleisten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein energieautarkes Mikrosys ¬ tem, mit mindestens zwei lokalen Energiequellen, von welchen mindestens eine einen Mikrogenerator und eine Schnittstellen- Schaltung zur Extraktion von Energie aus dem Mikrogenerator umfasst, und einer Zentraleinheit, welche mindestens eine zentrale Speichereinheit zum Speichern der aus dem/den Mikro- generator/en extrahierten Energie aufweist. Durch die mehreren, insbesondere verschiedenartigen, Energiequellen, welche sequentiell oder simultan genutzt werden können, kann die Zuverlässigkeit des energieautarken Systems er ¬ höht werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine der lokalen Energiequellen als Batterie ausgestaltet. Eine Steuerlo ¬ gik kann dann situationsbedingt festlegen, ob die an einen Verbraucher abzugebende Energie aus der zentralen Spei ¬ chereinheit oder der Batterie entnommen wird. Durch das Vor- sehen einer zweiten Energiequelle in Form eines Mikrogenera- tors mit nachgeschalteter Schnittstellen-Schaltung kann das Wartungsintervall zur Kontrolle und ggf. dem Austausch der Batterie deutlich erhöht werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weisen die mindestens zwei lokalen Energiequellen jeweils einen Mikrogenerator und eine Schnittstellen-Schaltung zur Extraktion von Energie aus dem Mikrogenerator auf. Die jeweilige Zuordnung einer Schnittstellen-Schaltung zu den einzelnen Mikrogeneratoren erlaubt eine hocheffiziente Extraktion von Energie aus dem jeweiligen Mikrogenerator, in dem zum Beispiel der Arbeitspunkt des jeweiligen Mikrogenera- tors optimal eingestellt wird.
Die erfindungsgemäße Architektur erlaubt darüber hinaus einen modularen Aufbau, bei welchem je nach Anwendung und Umgebung verschiedene Energiequellen eingesetzt werden können. Trotz mehrerer und vorzugsweise verschiedenartiger Energiequellen kann die zentrale Speichereinheit geladen werden, ohne dass es zu dadurch bedingten Verlusten und Effizienzverringerungen bezüglich der einzelnen Energiequellen kommt. Die Quellen haben auch keinen Einfluss aufeinander, so dass jede unabhängig von der aktuellen Lastsituation und unabhängig von einem aktuellen Spannungspegel der zentralen Speichereinheit in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden kann. Auch der Aus- fall oder die Hinzunahme einer Energiequelle beeinflusst die übrigen Energiequellen des energieautarken Systems nicht, so dass der Betrieb des Gesamtsystems nicht unterbrochen werden muss . Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Zentraleinheit mindestens einen Spannungsregler, vorzugsweise in Form eines verlustarmen Gleichspannungswandlers (DC/DC- Wandler) aufweist, welcher eine Ausgangsspannung der zentralen Speichereinheit und/oder der Batterie auf eine vorgebbare Soll-Ausgangsspannung regelt. Ein derartiger Spannungsregler ermöglicht die Erzeugung verbraucherspezifischer Ausgangsspannungspegel, wodurch neben der hocheffizienten Extraktion von Energie aus den Mikrogeneratoren auch ein energieeffizienter Transport der Energie zu dem oder den Verbrauchern gewährleistet ist. Sind mehrere Verbraucher an das energieau ¬ tarke System angeschlossen, so können dementsprechend auch mehrere Spannungsregler vorgesehen sein.
Eine lokale Energiequelle kann neben einem Mikrogenerator und einer Schnittstellen-Schaltung auch eine lokale Speichereinheit umfassen, so dass vor dem Speichern der Energie in der zentralen Speichereinheit eine lokale Zwischenspeicherung möglich ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine der lokalen Energiequellen neben einem Mikroge- nerator und einer Schnittstellen-Schaltung auch einen lokalen Gleichspannungswandler auf, welcher der lokalen Speichereinheit oder der zentralen Speichereinheit vorgeschaltet ist und eine Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers in eine ak ¬ tuelle Speicherspannung der lokalen Speichereinheit bzw. der zentralen Speichereinheit wandelt.
Ist die aktuelle lokale Speicherspannung einer lokalen Speichereinheit größer als die aktuelle zentrale Speicherspannung der zentralen Speichereinheit so kann Energie an den zentra ¬ len Speicher ohne zusätzliche Spannungswandlung transportiert werden. Ist die lokale Speicherspannung aber kleiner als die zentrale Speicherspannung so kann die lokale Speicherspannung mit Hilfe eines lokalen Gleichspannungswandlers an eine aktu ¬ elle zentrale Speicherspannung angepasst werden. Alternativ dazu kann der Gleichspannungswandler auch einer lokalen Spei- chereinheit vorgeschaltet werden, um die aus dem Mikrogenera- tor extrahierte Energie unmittelbar an die momentane lokale Speicherspannung anzupassen. Bei einer derartigen Architektur ist es auch möglich, den lokalen Gleichspannungswandler in die Schnittstellenschaltung der Energiequelle zu integrieren.
Um Querkopplungen oder Querströme zwischen einzelnen lokalen Speichereinheiten zu vermeiden, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die lokalen Energiequellen steuerbare Schaltelemente, z.B. in Form von Sperrschaltern oder Längstransistoren, umfassen, durch welche die jeweiligen Energiequellen mit der Zentraleinheit verbind ¬ bar und von dieser trennbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist jedem Schalt- element eine lokale Steuereinheit zugeordnet, welche das je ¬ weilige Schaltelement derart steuert, dass das Schaltelement nur geschlossen wird, wenn eine aktuelle lokale Speicherspannung an der lokalen Speichereinheit höher ist als eine aktu- eile zentrale Speicherspannung an der zentralen Speichereinheit und wenn kein Schaltelement einer weiteren Energiequelle geschlossen ist. Weist die jeweilige lokale Energiequelle ei ¬ nen lokalen Gleichspannungswandler auf, welcher dem Schalt- element unmittelbar vorgeschaltet ist, so kann dieser die notwendige Spannungsanpassung an die aktuelle zentrale Spei ¬ cherspannung durchführen, so dass in diesem Fall die Spannungsbedingung nicht eigens überwacht werden muss. Andernfalls kann die Spannungsbedingung auf einfache Weise, z.B. mit Hilfe eines Komparators, überprüft werden.
Bei Verwendung von Sperrschaltern kann der jeweilige Sperrschalter nach dem Ladungsausgleich, welcher typischer Weise sehr schnell erfolgt, wieder geöffnet werden.
Alternativ zu einer dezentralen Steuerung kann auch eine zentrale Steuereinheit vorgesehen sein, welche die Schaltele ¬ mente derart steuert, dass jeweils nur ein einziges Schalt ¬ element geschlossen ist, wobei die aktuelle lokale Speicher- Spannung an der jeweiligen lokalen Speichereinheit höher sein muss als die aktuelle zentrale Speicherspannung an der zent ¬ ralen Speichereinheit.
Sind die Schaltelemente als Sperrschalter ausgestaltet, so kann die zentrale Steuereinheit bei ausreichender lokaler Speicherspannung des jeweiligen Lokalspeichers die Sperrschalter zum Beispiel zyklisch öffnen. Sind anstelle von Sperrschaltern geregelte Längstransistoren vorgesehen, so kann auf ein derartiges zyklisches ( Zeitmultiplex- ) Verfahren verzichtet werden, da die Längstransistoren beispielsweise derart gesteuert werden können, dass sie als Stromquelle ar ¬ beiten, welche die lokale Speichereinheit mit definiertem Strom in die zentrale Speichereinheit entlädt. Alternativ dazu können die Längstransistoren auch derart gesteuert werden, dass sie in der Art eines Linearreglers ar ¬ beiten und die lokale Speicherspannung auf die aktuelle zent ¬ rale Speicherspannung des Zentralspeichers anpassen. Die Steuerspannungen für die einzelnen Längstransistoren können dabei gleich oder auch spezifisch einstellbar sein.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen energieautarken Systems, bei dem Energie aus mindestens zwei Mikrogeneratoren extrahiert wird und in einer zentralen Speichereinheit gespeichert wird.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die aus den Mikrogeneratoren extrahierte Energie in lokalen Speichereinheiten zwischengespeichert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden anhand der Zeich- nungen erläutert werden. Es zeigen: ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen energieautarken Mikrosystems, ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen energieautarken Mikrosystems, eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen energieautarken Mikrosystems mit Schaltelementen in Form von Längstransistoren, und ein schematisches Blockschaltbild einer lokalen Energiequelle .
In den Figuren sind identische oder funktionsgleiche Kompo ¬ nenten jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Mik- rosystem umfasst eine Zentraleinheit 1 und N+l lokale Ener ¬ giequellen 2-1 bis 2- (N+l), wobei lediglich die erste, zwei- te, N-te und (N+l)-te Energiequelle dargestellt sind. Die Energiequellen 2-1 bis 2-N umfassen jeweils einen Mikrogene- rator 3-1 bis 3-N zur Erzeugung von elektrischer Energie und eine daran jeweils angeschlossene Schnittstellen-Schaltung 4- 1 bis 4-N zur Extraktion von Energie aus dem Mikrogenerator und zur Energieübertragung an eine jeweils nachgeschaltete lokale Speichereinheit 5-1 bis 5-N. Diese lokalen Spei ¬ chereinheiten 5-1 bis 5-N ermöglichen die Zwischenspeicherung der aus den Mikrogeneratoren 3-1 bis 3-N extrahierten Ener- gie. Den lokalen Speichereinheiten 5-1 bis 5-N ist jeweils ein lokaler Gleichspannungswandler 6-1 bis 6-N nachgeschaltet, welcher eine aktuelle lokale Speicherspannung der loka ¬ len Speichereinheiten 5-1 bis 5-N an eine aktuelle zentrale Speicherspannung einer zentralen Speichereinheit 7 in der Zentraleinheit 1 anpasst. Die (N+l)-te Energiequelle 2-(N+l) ist als Batterie 8 ausgeführt. Alternativ zu der dargestell ¬ ten Ausführungsform kann die Zentraleinheit 1 auch mehrere, vorzugsweise verschiedenartige Energiespeicher-Einheiten auf ¬ weisen .
Die Mikrogeneratoren 3-1 bis 3-N sind beispielsweise als So- lar-Energiewandler, Vibrationswandler, thermo-elektrische Wandler oder Durchfluss-Energiewandler ausgestaltet und wandeln in der Umgebung latent vorhandene Energie, wie bei- spielsweise Licht, Wärme, mechanische Vibrationen bzw. Strö ¬ mungen in elektrische Energie umwandelt. Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Mikrosystem Mikrogeneratoren auf, welche auf unterschiedlichen Wirkprinzipien basieren. Die lokalen Speichereinheiten 5-1 bis 5-N sind lediglich optional und für die Anwendbarkeit der Erfindung nicht unbe ¬ dingt erforderlich. Ebenso kann auf die lokalen Gleichspannungswandler 6-1 bis 6-N verzichtet werden, wenn die Ausgangsspannungen der Schnittstellen-Schaltungen 4-1 bis 4-N oder der lokalen Speichereinheiten 5-1 bis 5-N ohnehin an die Spannung der zentralen Speichereinheit 7 angepasst sind.
Ebenso ist es denkbar, dass nur einige der Energiequellen 2-1 bis 2-N eine lokale Speichereinheit und/oder einen lokalen Gleichspannungswandler aufweisen .
In der Zentraleinheit 2 sind neben der zentralen Speicherein- heit 7 auch M der zentralen Speichereinheit 7 nachgeschaltete Spannungsregler 9-1 bis 9-M vorgesehen, welche eine Ausgangspannung der zentralen Speichereinheit 7 oder eine Ausgangs ¬ spannung der Batterie 8 auf vorgebbare, an Verbrauchern 10-1 bis 10-M jeweils benötigte Soll-Ausgangsspannungen anpasst. Zur Vereinfachung der Darstellung sind lediglich die ersten beiden sowie der M-te Verbraucher dargestellt. Eine Steuerlo ¬ gik 11 legt situationsbedingt, z.B. in Abhängigkeit vom je ¬ weiligen Ladezustand der Batterie 8 und der zentralen Spei ¬ chereinheit 7, fest, ob die an die Verbraucher 10-1 bis 10-M abzugebende Energie aus der zentralen Speichereinheit 7 oder der Batterie 8 entnommen wird. Auf die Steuerlogik 11 kann selbstverständlich verzichtet werden, wenn keine der lokalen Energiequellen als Batterie ausgestaltet ist. Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikro- systems ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Diese Ausfüh ¬ rungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass zum einen keine als Batterie ausgestaltete Energiequelle vorgesehen ist. Zum anderen um- fassen die Energiequellen 1-1 bis 1-N jeweils ein steuerbares Schaltelement 20-1 bis 20-N, welches jeweils zwischen die lo ¬ kalen Speichereinheit 5-1 bis 5-N und die zentrale Spei ¬ chereinheit 7 geschaltet sind. Diese Schaltelemente 20-1 bis 20-N können zum Beispiel als Sperrschalter oder Längstransis- toren ausgeführt sein und dienen dazu, die jeweiligen Energiequellen 2-1 bis 2-N mit der Zentraleinheit zu verbinden oder von dieser zu trennen. Auf diese Weise können Querkopplungen oder Querströmen zwischen den einzelnen lokalen Speichereinheiten 5-1 bis 5-N vermieden werden. Darüber hinaus sind im Gegensatz zur ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 die lokalen Gleichspannungswandler 6-1 bis 6-N den lokalen Speichereinheiten 5-1 bis 5-N nicht nach-, sondern vorgeschaltet. Sie dienen damit nicht mehr der Spannungsanpassung der Ausgangsspannung der lokalen Speichereinheiten 5-1 bis 5- N an die aktuelle zentrale Speicherspannung der zentralen Speichereinheit 7, sondern der Spannungsanpassung der Ausgangsspannungen der Schnittstellen-Schaltungen 4-1 bis 4-N an die aktuellen lokalen Speicherspannungen der lokalen Speichereinheiten 5-1 bis 5-N. Je nach Anordnung der lokalen Gleichspannungswandler 6-1 bis 6-N wird somit eine Eingangs ¬ spannung des Gleichspannungswandlers in die aktuelle lokale Speicherspannung der jeweiligen lokalen Speichereinheit 5-1 bis 5-N oder in die aktuelle zentrale Speicherspannung der zentralen Speichereinheit 7 gewandelt.
In der Zentraleinheit 1 ist eine zentrale Steuereinheit 21 zur Steuerung der Schaltelemente 20-1 bis 20-N vorgesehen. Sind die Schaltelemente 20-1 bis 20-N als Sperrschalter aus ¬ gestaltet, so können die Sperrschalter bei ausreichender Speicherspannung an der jeweiligen lokalen Speichereinheit z.B. zyklisch durch die zentrale Steuereinheit 21 geschlossen werden. Das zyklische Schließen der Sperrschalter stellt sicher, dass stets nur ein einziger Sperrschalter geschlossen ist und somit Querströme zwischen den einzelnen lokalen Speichereinheiten 5-1 bis 5-N sicher vermieden werden. Diese Bedingung kann aber durch die zentrale Steuereinheit 21 selbst ¬ verständlich auch auf andere Weise als durch zyklisches
Schließen der Sperrschalter sichergestellt werden.
Alternativ zu einer in Figur 2 dargestellten zentralen Steuereinheit 21 kann auch jedem Schaltelement 20-1 bis 20-N eine nicht dargestellte lokale Steuereinheit zugeordnet sein. Sind die Schaltelemente 20-1 bis 20-N als Sperrschalter ausgestal ¬ tet, so muss das jeweilige Schaltelement 20-1 bis 20-N derart gesteuert werden, dass das Schaltelement nur geschlossen wird, wenn die aktuelle lokale Speicherspannung an der loka ¬ len Speichereinheit 5-1 bis 5-N höher ist als die aktuelle Speichespannung an der zentralen Speichereinheit 7. Außerdem ist auch bei dezentraler Steuerung sicherzustellen, dass kein Schaltelement 20-1 bis 20-N einer weiteren Energiequelle 2-1 bis 2-N geschlossen ist. Nach dem Ladungsausgleich, welcher typischer Weise sehr schnell erfolgt, kann der jeweilige Sperrschalter wieder geöffnet werden.
Anstelle von Sperrschaltern können auch Längstransistoren als steuerbare Schaltelemente 20-1 bis 20-N eingesetzt werden.
Damit kann auf ein zyklisches ( Zeitmultiplex- ) Verfahren ver ¬ zichtet werden. Ein Längstransistor darf allerdings auch nur dann schließen, d.h. durchschalten, wenn die lokale Speicherspannung der jeweils zugeordneten lokalen Speichereinheit 5-1 bis 5-N größer ist als die aktuelle zentrale Speicherspannung der zentralen Speichereinheit 7. Dies kann z.B. mit Hilfe ei ¬ nes Komparators 30 realisiert werden (vgl. Figur 3) . Zur Ver ¬ einfachung der Darstellung sind in Figur 3 die Schnittstellen-Schaltungen und ggf. die lokalen Speichereinheiten und lokalen Gleichspannungswandler jeweils in einem Block 31-1 bis 31-N zusammengefasst . Außerdem ist der Komparator 30 le ¬ diglich für das Schaltelement 20-1 der ersten Energiequelle 1-1 dargestellt. Ebenfalls aus Gründen der zeichentechnischen Vereinfachung ist von der Zentraleinheit 7 lediglich die zentrale Steuereinheit 21 dargestellt.
Die Steuerspannung U G kann dabei durch die zentrale Steuer ¬ einheit 21 oder auch durch eine nicht dargestellte lokale Steuereinheit derart geregelt werden, dass der Längstransis- tor als Stromquelle arbeitet, welche die lokale Speicherein ¬ heit 5-1 bis 5-N mit definiertem Strom in die zentrale Spei ¬ chereinheit 7 entlädt. Alternativ dazu kann die Steuerspan ¬ nung U G auch derart geregelt werden, dass der Längstransistor in der Art eines Linearreglers arbeitet und die lokale Spei- cherspannung an die aktuelle Speicherspannung der zentralen Speichereinheit 7 anpasst. Die Steuerspannungen U G der ein ¬ zelnen Längstransistoren können dabei gleich oder auch individuell einstellbar sein. Das erfindungsgemäße Mikrosystem zeichnet sich unter anderem durch seine Modularität aus. Je nach Anwendungsfall und Umge ¬ bungsbedingungen können verschiedene Energiequellen eingesetzt, hinzugeschaltet oder auch entfernt werden. Fig. 4 zeigt schematisch ein solches Modul in Form einer einzelnen lokalen Energiequelle 40, welche einen Mikrogenerator in Form eines Solar-Energiewandlers oder Solarmoduls 41 sowie eine nachgeschaltete Schnittstellen-Schaltung in Form eines sogenannten Maximum Powerpoint-Trackers (MPP) 42 umfasst. Die aus dem Solar-Energiewandler 41 extrahierte Energie wird in einer lokalen Speichereinheit 43 zwischengespeichert und kann von dort über einen lokalen Gleichspannungswandler 44 an den Ausgang der Energiequelle 40 weitergeleitet werden. Ein steu ¬ erbares Schaltelement ist bei dieser Ausführungsform nicht vorgesehen. Die lokale Speicherspannung an der lokalen Speichereinheit 43 wird von einem ersten Komparator 45 überwacht. Übersteigt die lokale Speicherspannung einen vorgebbaren ers- ten Maximalwert V max i so kann der Maximum Powerpoint-Tracker
42 angehalten werden. Ein zweiter Komparator 46 überwacht die Ausgangsspannung V ou t der Energiequelle 40. Übersteigt die Ausgangsspannung V ou t der Energiequelle 40 einen vorgebbaren zweiten Maximalwert V max 2, so wird der lokale Gleichspannungs- wandler 44 gestoppt. Auf diese Weise kann mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln auch eine erhöhte Betriebssicherheit gewährleistet werden.
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