Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Feldgerätes mit mindestens einer Ladestromquelle und einer Steuereinheit, wobei die Ladestromquelle den Energiespeicher des Feldgerätes mit einem Ladestrom beaufschlagt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Feldgerät mit einem aufladbaren Energiespeicher, mindestens einer Ladestromquelle und einer Steuereinheit, wobei das Feldgerät zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.

Feldgeräte der angesprochenen Art sind insbesondere autarke Sensoren, die zur Füllstandsmessung, Grenzstandsmessung, Trennschichtmessung und der Messung von Durchflussmengen von Flüssigkeiten und Schüttgut sowie zur Druckmessung von Flüssigkeiten und Gasen ausgebildet sind. Dabei können sie die einschlägigen Sicherheitserfordernisse erfüllen, um im EX-Bereich betrieben werden zu können. Zur Stromversorgung einer Messeinheit besitzt das Feldgerät einen elektrischen Energiespeicher, der mittels einer Ladestromquelle aufladbar ist, die Teil des Feldgerätes oder zumindest mit dem Feldgerät verbunden ist. Die mögliche Standzeit eines solchen Feldgerätes hängt insbesondere von der Lebensdauer des verwendeten Energiespeichers ab. Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Feldgerät vorzuschlagen, womit die Standzeit eines Feldgerätes erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch das Feldgerät nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungen des Verfahrens und des Feldgerätes werden in den Unteransprüchen angegeben.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Energiespeicher des Feldgerätes ein Akkumulator ist. Zur Verlängerung seiner Lebensdauer wird der Akkumulator in Bezug auf seine vollständige Ladekapazität vorzugsweise zu maximal 80 % aufgeladen, was einer optimalen Aufladung entspricht. Es versteht sich von selbst, dass als eine optimale Aufladung auch ein anderer Wert, der nicht exakt 80 % der vollständigen Ladekapazität entspricht, angesehen werden kann. Bspw. können auch 75 % oder 85 % oder 90 % der vollständigen Ladekapazität eine optimale Aufladung im Sinne der vorliegenden Anmeldung darstellen.

Um die Verfügbarkeit eines ausreichenden Ladestroms während der vorhandenen Ladezeit zu gewährleisten, ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Feldgerät mehrere verschiedene Ladestromquellen aufweist, wobei die Steuereinheit unter Berücksichtigung einer Priorisierung vorgibt, welche Ladestromquelle oder welche Kombination aus Ladestromquellen den Energiespeicher des Feldgerätes mit einem Ladestrom beaufschlagt. Demnach sind die Ladestromquellen derart ausgestaltet, dass sie jeweils alleine oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen Ladestromquellen zeitgleich den Ladestrom zur Verfügung stellen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Feldgerät als Ladestromquellen zumindest eine Batterie, eine kabelgebundene Schnittstelle, wie beispielsweise eine USB-Schnittstelle, und eine Solarzelle aufweist. Die Batterie ist vorzugsweise auswechselbar und lässt sich in regelmäßigen Wartungsintervallen austauschen. Bei der Priorisierung durch die Steuereinheit wird mindestens eine oder mehrere der folgenden Auswahlkriterien berücksichtigt: a) Der Ladestrom wird nur dann von der Batterie als Ladestromquelle beaufschlagt, wenn keine andere Ladestromquelle einsatzbereit zur Verfügung steht. Vorzugsweise wird die aus der Batterie entnommene Energie gemessen, so dass die Batterie ausgetauscht werden kann, bevor die Energie vollständig verbraucht ist. b) Der Ladestrom wird immer dann von der Solarzelle als Ladestromquelle beaufschlagt, wenn eine Aufladung des Energiespeichers möglich ist. Die Solarzelle wird somit immer dann als Ladestromquelle ausgewählt, wenn die Solarzelle einen geeigneten Ladestrom erzeugt, was jedoch von den schwankenden und unvorhersehbaren Lichtverhältnissen abhängig ist. Hierbei wird der Energiespeicher auf vorzugsweise 80 % aufgeladen, wobei dieser Wert variable eingestellt werden kann. c) Der Ladestrom kann von der kabelgebundenen Schnittstelle als Ladestromquelle beaufschlagt werden, wenn die kabelgebundene Schnittstelle mit ei- nem externen Bediengerät verbunden ist, wobei der Energiespeicher vorzugsweise zu mehr als 80 % aufgeladen wird. Eine Verbindung der kabelgebundenen Schnittstelle mit einem externen Bediengerät erfolgt beispielsweise zur Parametrierung des Feldgerätes, zur Inbetriebnahme (Ersteinrichtung) des Feldgerätes und zu Tests oder Updates. Das bevorzugte Aufladen von mehr als 80 % erfolgt in diesem Fall, damit nach dem Entfernen des externen Bediengerätes noch genügend Energie zur Beendigung des angestoßenen Vorgangs und die bevorstehende Messroutine zur Verfügung steht. Auch wird hierdurch sichergestellt, dass die Batterie als Ladestromquelle für eine zusätzliche Zeit nicht benötigt wird, was die Laufzeit des Gerätes erhöht. Der eher seltene Vorgang des über 80 % Aufladens hat keine oder allenfalls geringe Auswirkungen auf die Lebensdauer des Energiespeichers. d) Kann eine ausgewählte Ladestromquelle nicht die erforderliche elektrische Energie aufbringen, um den Energiespeicher des Feldgerätes zumindest ausreichend oder optimal aufzuladen, wird der ausgewählten Ladestromquelle die maximal mögliche elektrische Energie zum Aufladen des Energiespeichers des Feldgerätes entnommen und zum weiteren Aufladen des Energiespeichers des Feldgerätes wird eine der übrigen Ladestromquellen ausgewählt.

Alternativ zu einer automatischen Priorisierung mittels der Steuereinheit kann die Auswahl der Ladestromquelle und somit die Priorisierung auch manuell erfolgen. Die automatische Priorisierung kann im einfachsten Fall durch das Abschalten der nicht benötigten Ladestromquellen erfolgen (insbesondere IC abschalten, MOSFET oder Schalter öffnen). Darüber hinaus kann auch jeweils die Ladestromquelle ausgewählt werden, die momentan die höchste Ladespannung liefert, wozu geeignete Dioden nur die höhere Spannung durchlassen, um die vergleichsweise niedrigere Spannung zu entlasten.

Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aufladen des Energiespeichers des Feldgerätes in zeitlicher Abhängigkeit von den (aktiven) Betriebszeiten des Feldgerätes erfolgt, wobei das Aufladen des Energiespeichers vorzugsweise während eines Zeitraums erfolgt, der zwischen zwei (aktiven) Betriebszeiten des Feldgerätes liegt, wobei dieser Zeitraum vorzugsweise so lang wie möglich zum Aufladen des Energiespeichers ausgenutzt wird. Mit anderen Worten, der Akkumulator wird vorzugsweise mit dem geringstmöglichen Ladestrom beaufschlagt, der benötigt wird, um den Akkumulator während der zur Verfügung stehenden Zeit aufzuladen. Ist das Feldgerät beispielsweise ein Messgerät und wird in regelmäßigen Abständen von 12 h gemessen, erfolgt das Aufladen während der 12 stündigen Ruhephase des Feldgerätes, was ein schonendes Aufladen des Energiespeichers erlaubt. Der Ladestrom wird so abgesenkt, dass die Ruhephase optimal zum Laden des Energiespeichers ausgenutzt wird.

Unter einer schonenden Ladung des Energiespeichers soll vorliegend das Aufladen mit einem möglichst geringen Ladestrom verstanden werden. Unabhängig davon, dass ein maximal zulässiger Ladestrom nicht überschritten werden soll, wird daher für eine schonende Ladung der Ladestrom so gering wie möglich gehalten.

Durch die automatische oder manuelle Priorisierung wird auch gewährleistet, dass der Akkumulator mit der optimalen oder maximal möglichen Ladespannung aufgeladen ist, wobei die Aufladung so schonend wie möglich durchgeführt wird.

Da auch unerwartete Ereignisse, wie beispielsweise externe Trigger, insbesondere ein Tastendruck durch einen Kunde oder ein Signal eines anderen Gerätes, die Ruhephase unterbrechen können, ist es vorteilhaft, zu Beginn der Ruhephase den Energiespeicher schnellstmöglich zu laden. Sobald ausreichend Energie im Energiespeicher für eine oder mehrere Aktivitäten des Gerätes, insbesondere zum Messen und/oder zum Datenversandt vorhanden ist, wird der Ladestrom reduziert, damit der Akkumulator wie zuvor beschrieben so schonend wie möglich aufgeladen wird.

Beim Aufladen eines Energiespeichers darf ein maximal zulässiger Ladestrom nicht überschritten werden, wobei der maximal zulässige Ladestrom in der Regel temperaturabhängig ist. Der zeitliche Verlauf des Ladestroms und dessen Stromstärke beeinflusst die Lebensdauer eines Energiespeichers, insbesondere die Anzahl der möglichen Ladezyklen. Erfahrungsgemäß ist der Ladestrom so gering wie möglich, aber so groß wie nötig einzustellen. Um den maximal zulässigen Ladestrom nicht zu überschreiten, sind bei bekannten Feldgeräten Strombegrenzer in Form von Schmelzsicherungen, passiven Widerständen oder aktiven Widerständen (OPAMP, Halbleiter, MOSFET und dgl.) bekannt. Die einschlägigen Ladestromquellen besitzen üblicherweise eine konstante Ladespannung und erzeugen diese durch einen zugeschalteten, variablen Widerstand auf einen konstanten Ladestrom. Bei einem niedrigen Spannungsniveau des aufzuladenden Energiespeichers führt die Differenz der Spannungen zwischen der Ladestromquelle und dem Energiespeicher mitunter dazu, dass die Strom begrenzung aktiviert wird, wodurch insbesondere in dem Widerstand elektrische Energie in unnötiger Weise in Wärme umgewandelt wird und mithin verloren geht. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die mindestens eine Ladestromquelle mit einem Spannungsregler verbunden ist, der die Ladespannung derart regelt, dass der maximal zulässige Ladestrom nicht überschritten wird. In einer Ausgestaltung kann der Ladestrom aber auch so eingestellt werden, dass er möglichst nahe an dem maximal zulässigen Ladestrom liegt, insbesondere, diesem entspricht. So kann eine möglichst geringe Belastung der Ladestromquelle erreicht werden. Dabei wird die Ladespannung vorzugsweise in Abhängigkeit der momentanen Spannung des Energiespeichers und/oder in Abhängigkeit des momentanen Ladestroms eingestellt. Auf diese Weise wird eine sehr energieeffiziente Ladung des Energiespeichers erreicht, da durch die Regelung der Ladespannung eine zusätzliche Strombegrenzung nicht notwendig bzw. vorhanden aber nicht aktiv ist, da der maximal zulässige Ladestrom nicht überschritten wird.

Auch in diesem Fall kann eine besonders schonende Aufladung des Energiespeichers erreicht werden, wenn der Ladestrom so gering wir möglich gehalten wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn Zeitdauer für eine Ladung des Energiespeichers, d.h. die Zeitdauer bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher eine vorbestimmte Ladung aufweisen muss, bekannt ist. Wenn diese Zeitdauer bekannt ist, wird der Ladestrom in einer Ausgestaltung durch eine Regelung der Ladespannung so geregelt, dass er über die gesamte Zeitdauer minimal ist.

Alternativ kann, wie weiter oben beschrieben, vorgesehen sein, dass eine vorgebbare Ladung des Energiespeichers möglichst schnell und damit mit einem Ladestrom, der möglichst nah an dem maximal zulässigen Ladestrom liegt, erreicht wird, und ab dem Erreichen dieser vorgegebenen Ladung der Ladestrom auf den für die berechnete Zeitdauer zum Erreichen der optimalen Aufladung minimal möglichen Ladestrom zu reduzieren. In einer konkreten Ausführungsform liegt eine lineare „Abgleichkurve" vor, so dass die Ladespannung im betrachteten Bereich um einen konstanten Wert größer ist, als die momentane Spannung des Energiespeichers. Sollte der Energiespeicher beispielsweise eine Spannung von 2,5 V aufweisen, so erzeugt die Ladeschaltung eine Ausgangsspannung von beispielweise 3 V. Mit jeder Erhöhung der momentanen Spannung des Energiespeichers, wird auch die Ausgangsspannung der Ladestromquelle betragsgleich erhöht, bis an der Ladestromquelle eine Zielspannung von 3,9 V erreicht ist. Erreicht die Spannung des Energiespeichers einen Wert der Zielspannung von 3,9 V, kann kein weiterer Ladestrom mehr fließen und die Ladeendspannung ist erreicht. Meist ist zwischen dem Ausgang der Ladeschaltung und des Energiespeichers ein in etwa bekannter Widerstandswert, der sich insbesondere aus dem Widerstandswert einer Sicherung, einem Messwiderstand einer Strombegrenzung usw. ergibt. Da die Spannung der Ladeschaltung und die Spannung des Energiespeichers bekannt sind, kann der maximale Ladestrom bestimmt werden. Zur Spannungsbegrenzung werden vorzugsweise geschaltete Halbleiterbauelemente verwendet, die im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsform Z- Dioden (Zener-Dioden) aufweisen. Auf diese Weise wird eine besonders schnelle und gleichzeitig energieeffiziente Ladung des Energiespeichers erreicht.

Eine Kombination aus einer energieeffizienten und schonenden Ladung des Energiespeichers kann bspw. mit der vorgenannten konkreten Ausführungsform erreicht werden, wenn bis zu einer vorgegebenen Spannung des Energiespeichers gemäß der vorgegebenen Abgleichkurve geladen wird und bei Erreichen der vorgegebenen Spannung der Ladestrom auf den minimal möglichen Ladestrom eingestellt wird mit dem in der verbleibenden Zeitdauer die optimale Aufladung oder eine vollständige Ladung des Energiespeichers des Energiespeichers erreicht werden kann.

Unabhängig von der Spannungsregelung erfolgt im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung auch eine Spannungsbegrenzung, wozu ein Spannungsbegrenzer vorgesehen ist. Ein Spannungsbegrenzer verbraucht auch bei geringen Spannungen der Ladestromquelle Energie, beispielsweise in Form von Leckströmen, auch wenn die Spannung am aufzuladenden Energiespeicher unterhalb der zu begrenzenden Maximalspannung liegt. Um in diesem Fall einen unnötigen Verlust an Energie zu vermeiden, ist nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Spannungsbegrenzung erst aktiviert wird, wenn die Spannung des Energiespeichers eine Mindestspannung überschritten hat, und deaktiviert wird, wenn die Spannung des Energiespeichers eine Mindestspannung unterschritten hat. Ist beispielsweise am Energiespeicher eine maximale Spannung von 4,0 V erlaubt, wird die Spannungsbegrenzung mittels geeigneter Z-Dioden erst ab einer Spannung von beispielsweise 3,7 V aktiviert. Hierdurch fließen kleine Verlustströme durch die Spannungsbegrenzung erst oberhalb von einer Ladespannung von 3,7 V. Ein periodisches Aktivieren und Deaktivieren (sog. Takten) kann durch das frühe Hinzuschalten einer Z-Diode und eine geeignete Hysterese vermieden werden.

Die beschriebene Schaltung zur Spannungsbegrenzung ist insbesondere für Batterien als Ladestromquelle vorteilhaft, weil die zur Verfügung stehende Energie begrenzt ist. Wird die Ladespannung durch die den Spannungsregler so geregelt, dass die Strombegrenzung deaktiviert bleibt, wird keine unnötige Energie verbraucht, was sich zu Gunsten der Standzeit des Feldgerätes auswirkt. Wird der Energiespeicher indes durch eine Ladestromquelle aufgeladen, bei der Energie in ausreichendem bzw. unkritischem Maß vorliegt, wie beispielsweise bei einer kabelgebundenen Schnittstelle oder einer Solarzelle, kann eine vergleichsweise höhere Ladespannung sinnvoll sein und Verluste elektrischer Energie im Rahmen der Strombegrenzung können vernachlässigt werden. Von daher ist der Einsatz eines Spannungsreglers und das Zuschalten der Spannungsbegrenzung ab einem bestimmten Spannungswert besonders bevorzugt, wenn als Ladestromquelle eine Batterie verwendet wird.

Schließlich ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Spannungsregler aktiviert wird, wenn die Spannung der Ladestromquelle eine Mindestspannung überschritten hat.

Konkrete Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. la, b jeweils ein Feldgerät,

Fig. lc-f jeweils einen Spannungsbegrenzer und

Fig. 2 das Ladeverhalten eines Energiespeichers in zwei Diagrammen. Fig. la zeigt in schematischer Darstellung ein Feldgerät 1, das einen Verbraucher in Form einer Messeinrichtung 2 aufweist. Eine solche Messeinrichtung 2 ist beispielweise ein Füllstandmessgerät. Zur Energieversorgung der Messeinrichtung 2 ist ein Energiespeicher 3 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Akkumulator ist. Zum Aufladen des Energiespeichers 3 besitzt das Feldgerät 1 drei Ladestromquellen 4, nämlich eine Batterie 41, eine Solarzelle 42 und eine kabelgebundene Schnittstelle 43 in Form einer USB-Schnittstelle. Die Ladestromquellen 4 sind zumindest mittelbar mit einer Steuereinheit 5 verbunden, die wiederum mit dem Energiespeicher 3 verbunden ist und Informationen zur Ladespannung erhält. Ferner ist die Steuereinheit 5 auch mit einem Strombegrenzer 6 verbunden, der der Steuereinheit 5 die Größe des momentanen Ladestroms übermittelt. Ist beispielsweise aufgrund einer bevorstehenden Messroutine eine Aufladung des Energiespeichers 3 erforderlich, erfolgt eine durch die Steuereinheit 3 gesteuerte Priorisierung der Ladestromquellen 4, wobei anhand vorgegebener Kriterien ausgewählt wird, durch welche der Ladestromquellen 4 ein Ladestrom beaufschlagt wird. Bei der Priorisierung durch die Steuereinheit 5 wird mindestens eine oder mehrere der folgenden Auswahlkriterien berücksichtigt: a) Der Ladestrom wird nur dann von der Batterie 41 als Ladestromquelle 4 beaufschlagt, wenn keine andere Ladestromquelle 4 einsatzbereit zur Verfügung steht. b) Der Ladestrom wird immer dann von der Solarzelle 42 als Ladestromquelle 4 beaufschlagt, wenn eine Aufladung des Energiespeichers 3 möglich ist. c) Der Ladestrom kann von der kabelgebundenen Schnittstelle 43 als Ladestromquelle 4 beaufschlagt werden, wenn die kabelgebundene Schnittstelle 43 mit einem externen Bediengerät verbunden ist, wobei der Energiespeicher 3 vorzugsweise zu mehr als 80 % aufgeladen wird. d) Kann eine ausgewählte Ladestromquelle 4 nicht die erforderliche elektrische Energie aufbringen, um den Energiespeicher 3 des Feldgerätes 1 zumindest ausreichend oder optimal aufzuladen, wird der ausgewählten Ladestromquelle 4 die maximal mögliche elektrische Energie zum Aufladen des Energiespeichers 3 des Feldgerätes 1 entnommen und zum weiteren Aufladen des Energiespeichers 3 des Feldgerätes 1 wird eine der übrigen Ladestromquellen 4 ausgewählt. Hierdurch kann die Ladespannung 4 ausgewählt werden, die eine möglichst energiesparsame und/oder schonende Aufladung des Energiespeichers 3 ermöglicht.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ladestromquellen 4 jeweils mit einem Spannungsregler 71, 72, 73 verbunden. Die Spannungsregler 71, 72, 73 sind vorliegend als Spannungserzeugungsschaltung derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit der momentanen Spannung des Energiespeichers 3 und/oder des momentanen Ladestroms die Ladespannung derart einzustellen, dass der Ladestrom auch ohne den steuernden/regelnden Eingriff durch den Strombegrenzer 6 den maximalen Ladestrom nicht übersteigt. Die Regelung der Ladespannung erfolgt vorzugsweise temperaturabhängig, wozu das Feldgerät 1 einen Temperatursensor 8 aufweist.

Als zusätzliche Bauelemente besitzt das Feldgerät 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Entscheider/Vergleicher 9, der einen Ladeschutz bei einer zu niedrigen Spannung am Energiespeicher bildet um ein Wiederaufladen nach Tiefentladung zu vermeiden. Darüber hinaus besitzt das Feldgerät 1 einen oder mehrere weitere Spannungsbegrenzer 10, der/die zwischen dem/den Strombegrenzer(n) 6 und dem Energiespeicher 3 geschaltet ist/sind, und einen Tiefenentladungsschutz 11, der verhindert, dass nach dem Tiefentladen erneut geladen wird, sondern gewährleistet, dass es gar nicht erst zur Situation des Tiefentladens kommt.

Fig. lb zeigt ein im Vergleich zu Fig. la im wesentlichen identisches Ausführungsbeispiel, bei dem die Ladestromquellen 4 allerdings zunächst mit dem Entscheider/Vergleicher 9 und anschließend mit einem Spannungsregler 74 verbunden ist.

Die Fig. lc - f zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines Spannungsbegrenzers 10, der jeweils aktiviert wird, wenn die Spannung des Energiespeichers 3 eine Mindestspannung überschritten hat, und deaktiviert wird, wenn die Spannung des Energiespeichers 3 eine Mindestspannung unterschritten hat.

Nach Fig. lc ist zur Spannungsbegrenzung parallel zum Energiespeicher 3 eine Zenerdiode 12 und ein steuerbarer Schalter 13 geschaltet, wobei der steuerbare Schalter 13 mit einem Spannungsvergleicher 14 verbunden ist. Aus Redundanzgründen und zur Erfüllung von etwaigen Sicherheitserfordernissen ist diese Bau- teilkombination aus Zenerdiode 12, Steuerbarem Schalter 13 und Spannungsvergleicher 13 in identischer Weise noch zweifach (strichliniert umrahmt) ausgeführt, was eine Funktionssicherung beinhaltet, sofern einer der zuerst genannten Bauteilkomponenten ausfällt.

Nach Fig. Id ist zur Spannungsbegrenzung parallel zum Energiespeicher 3 ein Widerstand 15 und ein steuerbarer Halbleiter 16 geschaltet, wobei der steuerbare Halbleiter 16 mit einem Spannungsvergleicher 14 verbunden ist. Auch hier sind die genannten Bauteilkomponenten in identischer Weise insgesamt dreifach parallelgeschaltet, um im Störungsfall die Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten.

Fig. le zeigt eine Ausführung eines Spannungsbegrenzers 10, bei dem unterschiedliche Bauteilkomponenten zur Spannungsbegrenzung vorgesehen sind. Zunächst ist ein Widerstand 15 zusammen mit einem steuerbaren Halbleiter 16 parallel zum Energiespeicher 3 geschaltet, wobei der steuerbare Halbleiter 16 mit einem Spannungsvergleicher 14 verbunden ist. Ferner sind zwei weitere baugleiche Bauteilkombinationen vorgesehen, wonach jeweils eine Zenerdiode 12 und ein steuerbarer Schalter 13 parallel zum Energiespeicher 3 geschaltet ist, wobei der steuerbare Schalter jeweils mit einem Spannungsvergleicher 14 verbunden ist.

Fig. le zeigt ein Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen funktionsgleich zu Fig. lc ist, wobei die steuerbaren Schalter 13 jeweils mit einer gemeinsamen Zenerdiode 12 verbunden sind.

Fig. 2 zeigt in zwei Diagrammen 21, 22 ein typisches Ladeverhalten des Energiespeichers. Diagramm 21 zeigt die Spannung U(t) am Energiespeicher in Abhängigkeit der Zeit t und Diagramm 22 zeigt den Ladestrom I(t) in Abhängigkeit der Zeit t. Unter Annahme eines konstanten Ladestroms Ii(t) nimmt die Spannung am Energiespeicher langsam zu. Eine höhere Spannung bei konstantem Ladestrom I i(t) steigert die aufgenommene Leistung des Energiespeichers, weshalb die Spannung Ui(t) typischerweise immer langsamer zunimmt. Lädt ein Laderegler nun mit einer konstanten Spannung U2(t), würde nur über den Innenwiderstand des Energiespeichers eine Strombegrenzung erfolgen und der Ladestrom würde den maximal zulässigen Ladestrom überschreiten. Daher wäre in diesem Fall eine verlustbehaftete Strombegrenzung notwendig, die die Ladespannung Uz(t) soweit erniedrigt, bis der durch den Innenwiderstand begrenzte ausreichend niedrige Ladestrom Ii(t) fließt. Die mindestens eine Strombegrenzungsschaltung kann aus Gründen des technischen Explosionsschutzes jedoch trotzdem zwingend erforderlich sein und fügt einen zusätzlichen Widerstand in die Ladeschaltung ein. Mit Hilfe dieser bekannten Widerstände oder durch eine Messung lässt sich eine Ladespannung LhCt) am Spannungsregler errechnen, die so gewählt ist, dass der gewünschte Ladestrom Ii(t) fließt.

Bezugszeichenliste

1 Feldgerät

2 Messeinrichtung

3 Energiespeicher Ladestromquelle 1 Batterie 2 Solarzelle

43 kabelgebundene Schnittstelle 5 Steuereinheit

6 Strombegrenzer

71 Spannungsregler

72 Spannungsregler

73 Spannungsregler

8 Temperatursensor

9 Entscheider/Vergleicher

10 Spannungsbegrenzer

11 Tiefenentladungsschutz

12 Zenerdiode

13 steuerbarer Schalter

14 Spannungsvergleicher

15 Widerstand

16 steuerbarer Halbleiter

21 Diagramm

22 Diagramm

Kt) Ladestrom

U(t) Ladespannung t Zeit