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Dokumentenidentifikation DE102004044425A1 26.04.2007
Titel Verkaufsautomat mit Ladefunktion für lokale Energiequelle
Anmelder Sielaff GmbH & Co. KG Automatenbau, 91567 Herrieden, DE
Erfinder Utschig, Jürgen, 91522 Ansbach, DE
Vertreter Hassa, O., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anw., 80801 München
DE-Anmeldedatum 14.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004044425
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse G07F 9/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01R 31/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H02J 7/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Verkaufsautomaten mit lokaler Energieversorgung, mit zumindest einer wiederaufladbaren Batterie zur Energieversorgung des Verkaufsautomaten und mit zumindest einer Ladeeinrichtung zum Wiederaufladen der wiederaufladbaren Batterie, wobei die Ladeeinrichtung zumindest eine Einmalbatterie zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur lokalen Energieversorgung in einem Verkaufsautomat sowie eine Verwendung.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Verkaufsautomaten der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, also einen Verkaufsautomaten mit lokaler Energieversorgung, mit zumindest einer wiederaufladbaren Batterie zur Energieversorgung des Verkaufsautomaten und mit zumindest einer Ladeeinrichtung zum Wiederaufladen der wiederaufladbaren Batterie. Die Erfindung betrifft ferner zwei Verfahren und eine Verwendung.

Verkaufsautomaten, die in der einschlägigen Literatur häufig auch als Selbstverkäufer bezeichnet werden, sind in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen und Varianten allgemein bekannt, so dass auf deren detaillierten Aufbau und Funktionsweise nachfolgend nicht näher eingegangen wird. Lediglich zum allgemeinen Hintergrund solcher Verkaufsautomaten sei auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 296 20 666 A1 und die Deutsche Patentschrift DE 35 00 855 C2 verwiesen. Solche Verkaufsautomaten benötigen für deren Funktion, beispielsweise zur Ausgabe der Waren, zur Steuerung, zur Eingabe, zur Kühlung, zur Beleuchtung, etc., eine Energieversorgung.

Für die Energieversorgung des Verkaufsautomaten sind je nach Applikation und Aufstellort unterschiedliche Varianten bekannt, die nachfolgend kurz beschrieben werden sollen:

Die einfachste Form der Energieversorgung ist der Netzbetrieb, bei dem der Verkaufsautomat an einer Netzspannung angeschlossen ist. Im Netzbetrieb wird stets eine konstante Energie für die einzelnen Funktionen des Verkaufsautomaten bereitgestellt. Vor allem Verkaufsautomaten, die im Außenbereich aufgestellt werden, aber auch bisweilen Verkaufsautomaten, die im Innenbereich innerhalb eines geschlossenen Gebäudes aufgestellt werden, verfügen sehr häufig nicht über einen Netzanschluss. Für die Energieversorgung des Verkaufsautomaten ist hier eine lokale Energieversorgung erforderlich.

Im einfachsten Fall besteht eine lokale Energieversorgung aus einer herkömmlichen, nicht wiederaufladbaren Batterie. Diese Lösung ist wenig pragmatisch, da die Batterie vor allem beim häufigen Gebrauch des Verkaufsautomaten sowie bei solchen Verkaufsautomaten, die funktionsbedingt einen sehr hohen Energieverbrauch aufweisen, sehr schnell entladen ist. Die nicht wiederaufladbaren Batterien müssten dann sehr häufig ausgetauscht werden, was allerdings einen Vorortservice erforderlich macht. Dies ist eine sehr kostenintensive Lösung.

Darüber hinaus werden zur lokalen Energieversorgung auch wiederaufladbare Batterien, so genannte Akkumulatoren oder kurz Akkus, verwendet. Allerdings müssen diese Akkus von Fall zu Fall wieder aufgeladen werden, beispielsweise durch Anschließen an einen Netzanschluss. Problematisch ist auch hier, dass ein solcher Netzanschluss sehr häufig nicht verfügbar ist.

Bei modernen gattungsbildenden Verkaufsautomaten wird die Energie zur Energieversorgung des Verkaufsautomaten oder für das Aufladen des Akkus zunehmend mittels Solartechnik gewonnen. Hierzu sind photovoltaische Elemente (Solarzellen) vorgesehen, die in Richtung einer Lichtquelle ausgerichtet sind und daraus Energie zum Aufladen der Akkus erzeugen. Solche Solarzellen zur ergänzenden Energieversorgung finden immer größere Beliebtheit im Bereich der Verkaufsautomaten. Solarzellen liefern quasi unbegrenzt und umsonst Strom.

Allerdings ist bei der Verwendung von Solarzellen für die ergänzende Energieversorgung zu bedenken, dass diese nur solange Strom liefern, wie sie auch der Sonnenstrahlung bzw. irgendeiner anderen künstlichen Strahlung ausgesetzt sind. Verkaufsautomaten sind allerdings sehr häufig an solchen Plätzen aufgestellt, die abgeschattet sind. Unter Abschattung ist zu verstehen, dass die Solarzellen zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise nicht direkt mit natürlichem oder künstlichem Licht bestrahlt werden. Solche Aufstellorte sind zum Beispiel innerhalb eines Gebäudes, unter einem Baum, an der Wand eines Gebäudes und dergleichen. In einem abgeschatteten Bereich reicht die von den Solarzellen zur Verfügung gestellte Energie sehr häufig nicht für die Energieversorgung eines Verkaufsautomaten oder für das Aufladen dessen Akkus aus.

Je nach Energieverbrauch des Verkaufsautomaten müsste der Akkumulator dann mehrmals im Jahr aufgesucht werden, um die entleerten Akkus auszutauschen und durch jeweils wiederaufgeladene Akkus zu ersetzen. Dies ist allerdings mit einem erheblichen Serviceaufwand und damit mit einem Kostenzusatzaufwand verbunden.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine dauerhaftere, insbesondere eine verlässlichere Energieversorgung für einen Verkaufsautomaten mit lokaler Energieversorgung bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Verkaufsautomaten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch drei Verfahren mit den Merkmalen der Patenansprüche 13, 14 und 16 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen der Patenansprüche 21 gelöst.

Demgemäß ist vorgesehen:

  • – Ein Verkaufsautomat mit lokaler Energieversorgung, mit zumindest einer wiederaufladbaren Batterie zur Energieversorgung des Verkaufsautomaten und mit zumindest einer Ladeeinrichtung zum Wiederaufladen der wiederaufladbaren Batterie, wobei die Ladeeinrichtung zumindest eine Einmalbatterie zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie aufweist. (Patentanspruch 1)
  • – Ein Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur lokalen Energieversorgung in einem Verkaufsautomat, bei dem eine wiederaufladbare Batterie nach Unterschreiten einer vorgegebenen Ladeschwelle aus einer Einmalbatterie aufgeladen wird. (Patentanspruch 13)
  • – Ein Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur lokalen Energieversorgung in einem Verkaufsautomat,

    (a) mit einem ersten Ladebetriebsmodus, bei eine wiederaufladbare Batterie nach Unterschreiten einer vorgegebenen Ladeschwelle aus der Einmalbatterie aufgeladen wird, und

    (b) mit einem zweiten Ladebetriebsmodus, bei dem die wiederaufladbare Batterie nach Unterschreiten der vorgegebenen Ladeschwelle aus einem photovoltaischen Element aufgeladen wird. (Patentanspruch 14)
  • – Ein Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur lokalen Energieversorgung in einem Verkaufsautomat, mit den Verfahrensschritten:

    (a) Eine wiederaufladbaren Batterie zur Energieversorgung des Verkaufsautomaten und eine Einmalbatterie werden bereitgestellt;

    (b) Überprüfen des Ladezustands der wiederaufladbaren Batterie;

    (c) Aufladen der wiederaufladbaren Batterie aus der Einmalbatterie, sofern der Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie eine vorgegebene Ladeschwelle unterschritten hat;

    (d) Beenden des Ladevorgangs, wenn die wiederaufladbare Batterie ausreichend aufgeladen ist;

    (e) Rücksprung zum Verfahrensschritt. (Patentanspruch 16)
  • – Eine Verwendung einer Einmalbatterie zum Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie in einem Verkaufsautomaten. (Patentanspruch 21)

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein intelligentes Energiemanagement zum Wiederaufladen einer wiederaufladbaren Batterie (Akku) bereitzustellen. Dazu wird eine nicht wiederaufladbare, so genannte Einmalbatterie verwendet, um den Akkumulator wieder aufzuladen. Der besondere Vorteil bei Verwendung einer Einmalbatterie zum Aufladen des Akkumulators besteht darin, dass die Einmalbatterie gegenüber dem Akkumulator eine sehr viel höhere Energiekapazität aufweist. Die Einmalbatterie versorgt je nach Ladezustand des Akkumulators diesen mit hoher Kapazität und mit einem mehr oder weniger großen konstanten Ladestrom. Dieser Ladestrom wird durch die verwendete Einmalbatterie definiert.

Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, dass die Einmalbatterie über eine sehr lange Zeit einen konstanten Strom zum Wiederaufladen des Akkumulators bereitstellen kann. Zum Wiederaufladen des Akkumulators ist es vorteilhaft, einen konstanten Strom zu verwenden, da dieser den Akkumulator in sehr schonender Weise auflädt. Zudem ist dadurch die Lebensdauer der Einmalbatterie vordefiniert.

Darüber hinaus sind Einmalbatterien auch relativ kostengünstig in der Anschaffung, was sie erst sehr attraktiv macht, zum (ergänzenden) Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie verwendet zu werden.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, verschiedene Systeme für die lokale Energieversorgung derart optimal zu verknüpfen, dass ein geringer Serviceaufwand insbesondere hinsichtlich der Wartung oder für das Austauschen von Komponenten der lokalen Energieversorgung erforderlich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden als Einmalbatterien Trockenbatterien verwendet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von als Alkali-Batterien und/oder als Alkali-Mangan-Batterien ausgebildeten Trockenbatterien. Denkbar wären aber auch andere Trockenbatterien. Solche Trockenbatterien sind für Hochenergieanwendungen besonders gut geeignet, da sie eine besonders hohe Energieaufnahmekapazität aufweisen und innerhalb ihrer Haltbarkeit einen konstanten Strom liefern.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere Einmalbatterien vorgesehen. Je nach Applikation können die verwendeten Einmalbatterien versorgungsseitig in Reihe und/oder parallel zueinander angeordnet werden. Im Falle einer parallelen Anordnung dieser Einmalbatterien kann damit ein höherer Entladestrom bei gleicher Nennspannung bereitgestellt werden. Im Falle von in Reihe geschalteten Batterien ist eine höhere Ausgangsspannung bei gleichbleibendem Ausgangsstrom vorhanden. Zudem lässt sich über die Wahl der jeweiligen Einmalbatterie und dabei insbesondere hinsichtlich ihrer Nennspannung der von den Einmalbatterien ausgangsseitig bereitgestellte Ladestrom bzw. die Ladespannung optimal auf die Bedürfnisse zum Aufladen des Akkumulators einstellen.

Mehrere Einmalbatterien, die durch Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung zusammengefasst werden, werden nachfolgend auch als Batteriepack bezeichnet. Solche Batteriepacks können beispielsweise auch modulförmig ausgebildet sein und durch ein geeignetes Gehäuse umschlossen sein. Ein weiterer Vorteil bei Verwendung insbesondere von mit Gehäusen ummantelten Batteriepacks besteht darin, dass diese sehr einfach handhabbar sind und insbesondere sehr einfach im Verkaufsautomaten auswechselbar sind. Auf diese Weise reduziert sich der Serviceaufwand zusätzlich.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einmalbatterie ladeseitig dem Akkumulator vorgeschaltet. Zwischen der Einmalbatterie und dem Akkumulator ist ein Spannungswandler vorgesehen, der eine von der Einmalbatterie ausgangsseitig bereitgestellte erste Spannung auf eine zweite Spannung, die zum Aufladen des Akkumulators dient, wandelt. Beispielsweise weist die Einmalbatterie eine Nennspannung von 9 Volt auf, während der Akkumulator eine Nennspannung von 12 Volt aufweist. Zum Aufladen des Akkumulators reicht die Nennspannung der Einmalbatterie also nicht aus. Zu diesem Zweck wandelt der Spannungswandler, der typischerweise als DC/DC-Wandler ausgebildet ist, die von der Einmalbatterie bereitgestellte Nennspannung von 9 Volt auf eine Ladespannung von zumindest 12 Volt, vorzugsweise geringfügig über 12 Volt, beispielsweise 12,5 Volt. Mittels einer Ladespannung von 12,5 Volt lässt sich auf sehr einfache und elegante Weise ein Aufladen des Akkumulators realisieren. Der Akkumulator wird hier lediglich dann aufgeladen, wenn seine Spannung unter eine vorgegeben Schwelle, beispielsweise unter 12,5 Volt, fällt. Ohne weitere Maßnahmen wird der Akkumulator in diesem Fall dann über die Einmalbatterie mit einem von der Einmalbatterie und dem DC/DC-Wandler bereitgestellten konstanten Ladestrom aufgeladen.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladeeinrichtung zusätzlich zumindest ein photovoltaisches Element auf. Als photovoltaisches Element kann beispielsweise eine Solarzelle oder eine Mehrzahl solcher Solarzellen verwendet werden. Mittels des photovoltaischen Elementes wird durch Umwandlung von (natürlichem oder künstlichem) Licht unmittelbar elektrische Energie gewonnen, welche zur Energieversorgung und damit zum Wiederaufladen der wiederaufladbaren Batterie verwendet wird. Die Fläche des photovoltaischen Elements ist so zu wählen, dass die Leistungsfähigkeit dieser Solaranlage ausreichend ist, um bei Sonneneinstrahlung die wiederaufladbare Batterie mit Strom zu versorgen und damit aufzuladen. Darüber hinaus ist allerdings die Fläche der Solaranlage nicht beliebig groß zu wählen, da bei einer zu großen Leistungsfähigkeit der Anlage ein zu hoher Ladestrom und vor allem eine zu hohe Ladespannung, die beispielsweise größer als die Ladeschlussspannung des Akkumulators ist, bereitgestellt werden würde, die beim Aufladen des Akkumulators diesen beschädigen könnten. Für eine Nennspannung von etwa 12,5 Volt beträgt die bevorzugte Solarfläche des photovoltaischen Elementes etwa 10–50 cm2. Eine derartige Solarfläche lässt sich problemlos an Verkaufsautomaten, zum Beispiel auf dessen Dach, unterbringen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher zwischen dem photovoltaischen Element und dem Akkumulator ein Laderegler (Solarregler) angeordnet. Mittels dieses Ladereglers wird sichergestellt, dass der Akkumulator für den Fall, dass dieser über das photovoltaische Element aufgeladen wird, jeweils mit einem konstanten Strom und einer weitestgehend konstanten Spannung versorgt wird. Der Laderegler begrenzt vorzugsweise die in den Akkumulator gespeiste Spannung auf die Höhe der Ladeschlussspannung des Akkumulators. Die Ladeschlussspannung bezeichnet diejenige Ladespannung, mit der der Akkumulator maximal aufgeladen werden darf, da der Akkumulator sonst geschädigt werden könnte. Im Falle einer Ladeschlussspannung von 14 Volt wird dem Akkumulator von dem photovoltaischen Element somit eine maximale Spannung von 14 Volt zugeführt. Ist die von dem photovoltaischen Element erzeugte Spannung größer als die Ladeschlussspannung, beispielsweise 14,5 Volt, dann schaltet der Laderegler die Energiezufuhr des Akkumulators über das photovoltaische Element ab. Statt dem Abschalten der Energiezufuhr kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Laderegler die über das photovoltaische Element erzeugte Spannung auf die Höhe der Ladeschlussspannung oder einen Spannungswert kleiner als die Ladeschlussspannung begrenzt.

Der Akkumulator wird erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ auch über die Einmalbatterie aufgeladen. Reicht zum Beispiel die von dem photovoltaischen Element zur Verfügung gestellte Spannung – beispielsweise mangels Sonnenlicht – nicht aus, dann wird der Akkumulator zusätzlich oder alternativ über die Einmalbatterie aufgeladen. Gleiches gilt, wenn die Spannung des Akkumulators unter eine vorgegebene Spannung fällt, beispielsweise unter 12,5 Volt. In diesem Fall wird der Akkumulator lediglich über die Einmalbatterie aufgeladen oder ggfs. zusätzlich durch das photovoltaische Element aufgeladen. Die Einmalbatterie stellt also die Grundladekapazität zum Aufladen des Akkumulators bereit. Da die Einmalbatterie stets einen durch den DC/DC-Wandler begrenzten konstanten Strom von beispielsweise 27 mA liefert, ist auch eine sehr hohe Lebensdauer auch im Dauerbetrieb der Einmalbatterie gewährleistet. Somit liegt die von dem Akkumulator bereit gestellte Spannung immer geringfügig über seiner Nennspannung, so dass gewährleistet ist, dass der Verlaufsautomat immer mit ausreichender Energie versorgt wird.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erste Messeinrichtung vorgesehen, die den Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie misst. Als Maß für den Ladezustand kann zum Beispiel die Ladespannung des Akkumulators und/oder dessen Entladestrom herangezogen werden. Vorzugsweise ist ferner eine zweite Messeinrichtung vorgesehen, die den von dem Laderegler und/oder dem photovoltaischen Element ausgangsseitig bereitgestellten Ladestrom misst.

Ferner ist zur Steuerung des Ladevorgangs eine Steuereinrichtung vorgesehen, die eingangsseitig mit den Messausgängen der ersten und/oder der zweiten Messeinrichtung und steuerseitig mit dem Wandler und/oder dem Regler verbunden ist. Die Steuereinrichtung schaltet für den Fall, dass der Ladezustand des Akkumulators unter eine vorgegebene Ladeschwelle fällt, zum Aufladen des Akkumulators wahlweise entweder das photovoltaische Element und/oder die Einmalbatterie zu. Diese vorgegebene Ladeschwelle ist applikationsbedingt vorgegeben und trägt insbesondere auch dem Umstand Rechnung, ein möglichst kurzes Nachladen der wiederaufladbaren Batterie sicherzustellen. Darüber hinaus ist die Höhe dieser Ladeschwelle auch davon abhängig, dass die Funktionsweise des Verkaufsautomaten bis zu dieser Ladeschwelle uneingeschränkt erfüllt ist. Als Steuereinrichtung ist vorzugsweise eine programmgesteuerte Einrichtung, beispielsweise ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller, vorgesehen. Vorzugsweise wird als Steuereinrichtung für den Ladevorgang gleichsam die Steuereinrichtung zur Steuerung der Funktion des Verkaufsautomaten verwendet. Denkbar wäre selbstverständlich auch eine eigens für das intelligente Energiemanagement vorgesehene Steuereinrichtung.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie gleichzeitig der erste Ladebetriebsmodus und der zweite Ladebetriebsmodus eingesetzt.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung eines anderen erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Verfahrensschritt (c) und nach dem Verfahrensschritt (a) zusätzlich folgende Verfahrensschritte vorgenommen:

  • (b1) Überprüfen eines von einem photovoltaischen Element bereitgestellten Ladestroms und/oder Ladespannung;
  • (b2) Aufladen der wiederaufladbaren Batterie aus dem photovoltaischen Element, sofern der von dem photovoltaischen Element bereitgestellte Ladestrom und/oder die Ladespannung ausreichend zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie ist;
  • (b3) Beenden des Ladevorgangs, wenn die wiederaufladbare Batterie ausreichend aufgeladen ist.

In einer Ausgestaltung springt das Verfahren im Anschluss an den Verfahrensschritt (d) und/oder im Anschluss an den Verfahrensschritt (b3) zum Verfahrensschritt (b) zurück.

In einer weiteren Ausgestaltung findet die Überprüfung in den Verfahrensschritten (b) und/oder (b1) iterativ derart statt, dass nach negativer Überprüfung nach einem vorgegebenen Zeitintervall eine nochmalige Überprüfung vorgenommen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:

1 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Verkaufsautomaten mit intelligentem Energiemanagement;

2 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens für das intelligente Energiemanagement entsprechend 1.

In 1 ist mit Bezugszeichen 1 der erfindungsgemäße Verkaufsautomat bezeichnet. Der Verkaufsautomat 1 weist eine lokale Energieversorgung mit intelligentem Energiemanagement auf. Diese erfindungsgemäße Funktionalität wird nachfolgend noch detailliert beschrieben. Die übrigen funktionalen Komponenten und Elemente des Verkaufsautomaten 1, beispielsweise die Warenaufnahmeeinrichtung, die Warenausgabeeinrichtung, Eingabetastatur, Münzaufnahme- und Münzausgabeeinrichtung, Anzeigeeinrichtung (Display), Kühlung, Beleuchtung und dergleichen sind der besseren Übersichtlichkeit halber in der 1 nicht dargestellt worden.

Der Verkaufsautomat 1 weist eine lokale Energieversorgung 2 auf, die über einen steuerbaren Schalter 3 mit einem Verbraucher (Last) 4 verbunden ist. Der steuerbare Schalter 3 kann als Betätigungselement des Verkaufsautomaten 1 ausgebildet sein oder mit einem solchen verbunden sein. Bei Betätigung dieses Betätigungselementes wird der steuerbare Schalter 3 geschlossen und ein Versorgungsstrom Io wird dem Verbraucher 4 zugeführt. Der Verbraucher 4 bezeichnet einen beliebigen ohmschen und/oder kapazitiven Verbraucher und kann beispielsweise der Ausgabemechanismus, die Beleuchtung, die Kühlung, etc. des Verkaufsautomaten 1 sein.

Zur Bereitstellung des Versorgungsstroms Io weist die Energieversorgung 2 einen wiederaufladbaren Akkumulator 5, beispielsweise einen Bleiakkumulator, auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Akkumulator 5 mit fünf Akkumulatorzellen angegeben. Zum Wiederaufladen des Akkumulators 5 ist dieser mit einer herkömmlichen, nicht wiederaufladbaren Batterie 6, beispielsweise einer Alkali-Batterie oder einer Alkali-Mangan-Batterie, gekoppelt. Die Batterie 6 ist dazu ausgelegt, ein ausgangsseitiges erstes Versorgungspotenzial V1 bereitzustellen. Zwischen dem Akkumulator 5 und der Batterie 6 ist ferner ein DC/DC-Wandler 7 angeordnet, der aus dem ersten Versorgungspotenzial V1 der Batterie 6 ein gegenüber dem ersten Versorgungspotenzial V1 höheres, zweites Versorgungspotenzial V2 erzeugt. Dieses zweite Versorgungspotenzial V2 wird in einen ersten Ladeeingang 8 des Akkumulators 5 eingekoppelt.

Die lokale Energieversorgung 2 weist ferner ein photovoltaisches Element 9, beispielsweise eine Solarzelle, auf. Die Solarzelle 9 ist typischerweise an einer Gehäuseaußenseite des Verkaufsautomaten 1 angeordnet und vorzugsweise in Richtung einer natürlichen oder künstlichen Lichtquelle 10, beispielsweise einer Lampe oder dem Sonnenlicht, ausgerichtet. Die Solarzelle 9 wandelt in bekannter Weise Lichtstrahlen 11 in elektrische Energie und erzeugt somit ausgangsseitig ein Ladepotenzial V3. Ein zwischen der Solarzelle 9 und dem Akkumulator 5 angeordneter Laderegler 12 regelt dieses eingangsseitig zugeführte Ladepotenzial V3 in ein Ladepotenzial V4, welches über einen zweiten Ladeeingang 13 dem Akkumulator 5 zugeführt wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass die Einmalbatterie 6, der DC/DC-Wandler 7, der Akkumulator 5 und der Laderegler 12 ferner einen zweiten Anschluss für ein Bezugspotenzial GND aufweisen.

Die Ströme I1, I2 bezeichnen den von der Batterie 6 erzeugten Ladestrom bzw. den über den ersten Versorgungseingang in den Akkumulator 5 eingekoppelten Ladestrom. Die Ströme I3, I4 bezeichnen den von der Solarzelle 9 erzeugten Ladestrom bzw. den über den zweiten Ladeeingang 13 in den Akkumulator 5 eingekoppelten Ladestrom I4.

Die lokale Energieversorgung 2 weist ferner eine erste und eine zweite Messeinrichtung 14, 15 sowie eine Steuereinrichtung 16, beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, auf. Die erste Messeinrichtung 14, die eingangsseitig mit dem Akkumulator 5 und ausgangsseitig mit der Steuereinrichtung 16 verbunden ist, ist dazu ausgelegt, den Ladezustand des Akkumulators 5 zu erfassen. Die erste Messeinrichtung 14 erzeugt ausgangsseitig ein vom erfassten Ladezustand abhängiges Messsignal M1, welches der Steuereinrichtung 16 zugeführt wird.

Die zweite Messeinrichtung 15 ist dazu ausgelegt, den von der Solarzelle 9 erzeugten Ladestrom I3, I4 zu erfassen. Zu diesem Zwecke ist die zweite Messeinrichtung 15 eingangsseitig mit dem Ausgang des Ladereglers 12 verbunden. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Messeinrichtung 15 auch direkt mit dem Ausgang der Solarzelle 9 verbunden sein (gestrichelt dargestellt). Die zweite Messeinrichtung 15 erzeugt ausgangsseitig ein von dem gemessenen Ladestrom I4 abhängiges Messsignal M2, welches ebenfalls dem Mikroprozessor 16 zugeführt wird.

Der Mikroprozessor 16 ist ausgangsseitig mit dem DC/DC-Wandler 7 und dem Laderegler 12 verbunden. Der Mikroprozessor 16 erzeugt ausgangsseitig Steuersignale C1, C2, welche der Ansteuerung des DC/DC-Wandlers 7 bzw. des Ladereglers 12 dienen. Diese Steuersignale C1, C2 werden zum Beispiel in einen Enable-Eingang dieser Einrichtungen 7, 12 eingekoppelt, um diese zu aktivieren oder zu deaktivieren.

Ist der Ladezustand des Akkumulators 5 ausreichend zur Gewährleistung der Funktion des Verkaufsautomaten 1, dann erfolgt kein Wiederaufladen, was auf sehr einfache Weise durch Deaktivieren des DC/DC-Wandlers 7 bzw. des Ladereglers 12 realisiert wird. Fällt der Ladezustand des Akkumulators 5 unter die vorgegebene untere Ladeschwelle, dann entscheidet der Mikroprozessor 16, ob nun die Solarzelle 9 oder die Batterie 6 zum Nachladen des Akkumulators 5 herangezogen wird. Typischerweise wird die Solarzelle 9 dann herangezogen, wenn sie einen ausreichenden Ladestrom I3, I4 liefert. Diese Information liefert die zweite Messeinrichtung 15 mittels des Messsignals M2.

Vorzugsweise wird zum Wiederaufladen des Akkumulators 5 entweder nur die Batterie 6 oder nur die Solarzelle 9 eingesetzt. Denkbar wäre selbstverständlich auch, dass sowohl die Batterie 6 als auch die Solarzelle 9 zum Wiederaufladen verwendet werden.

In 1 nicht dargestellt ist die Möglichkeit, den Akkumulator 5 zusätzlich oder alternativ mittels einer weiteren Energiequelle, beispielsweise einer Netzspannung, wieder aufzuladen. Die Erfindung sieht ausdrücklich auch diese Alternative vor, sofern dies möglich und zweckmäßig ist.

Die Funktionalität des in 1 dargestellten erfindungsgemäßen intelligenten Energiemanagements wird nachfolgend anhand des Blockschaltbildes in 2 beschrieben.

Mittels der Messeinrichtung 14 überprüft der Mikroprozessor 16 fortwährend den Ladezustand des Akkumulators 5 und wertet diesen Ladezustand aus (S1). Dabei wird überprüft, ob der Ladezustand unter eine vorgegebene Ladeschwelle, die applikationsbedingt eingestellt wird, gefallen ist oder nicht (S2). Liegt der Ladezustand des Akkumulators 5 oberhalb dieser vorgegebenen Ladeschwelle, dann erfolgt kein Aufladen des Akkumulators 5. Der Ladezustand des Akkumulators 5 wird aber fortwährend – nach jeweils vorbestimmten Zeitintervallen – überprüft (S3). Hat der Ladezustand eine vorgegebene Ladeschwelle unterschritten, dann überprüft der Mikroprozessor 16 mit Hilfe der zweiten Messeinrichtung 15, ob der von der Solarzelle 9 bereitgestellte Ladestrom I3 und/oder die Ladespannung V3 ausreichend zum Aufladen des Akkumulators 5 ist (S4, S5). Ist der Ladestrom I3 bzw. die Ladespannung V3 ausreichend, dann wird der Akkumulator 5 über die Solarzelle 9 solange aufgeladen, bis der Akkumulator 5 wieder vollständig oder zumindest ausreichend aufgeladen ist (S6, S7). War der Ladestrom I3 bzw. die Ladespannung V3 der Solarzelle 9 nicht ausreichend, dann wird der Akkumulator 5 über die Einmalbatterie 6 und den dazwischen geschalteten DC/DC-Wandler 7 aufgeladen (S8). Auch hier erfolgt das Aufladen des Akkumulators 5 nur solange, bis dieser auf eine Ladeschwelle von beispielsweise 12,5 Volt aufgeladen ist (S9). Ein voller Akkumulator (S7, S9) bestimmt ein Ende des Ladevorgangs (S10). Das Verfahren springt nun wieder zurück an den Anfang (S11), das heißt, der Mikroprozessor 16 überprüft – nach vorgegebenen Zeitintervallen – wieder den Ladezustand des Akkus 5.

Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

So ist die Verwendung einer Solaranlage (photovoltaisches Element) zur ergänzenden Aufladefunktion der wiederaufladbaren Batterie sehr vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Erfindung eignet sich selbstverständlich auch lediglich bei Verwendung einer Trockenbatterie zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie, wenngleich in diesem Fall die Lebensdauer der Trockenbatterie geringer ist, als bei kombinierter Verwendung dieser Elemente mit der Solaranlage.

Ferner sind die verwendeten Zahlenangaben lediglich der besseren Anschaulichkeit halber angegeben worden. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die Verwendung einer Einmalbatterie mit einer Nennspannung von 9 Volt und einer wiederaufladbaren Batterie mit einer Nennspannung von 12 Volt beschränkt, sondern lässt sich bei beliebig anderen Verhältnissen der Nennspannung anwenden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus ist auch die Wahl einer einzigen Einmalbatterie sowie einer mehrere Akkumulatorzellen aufweisenden wiederaufladbaren Batterie lediglich beispielhaft angegeben worden, ohne jedenfalls die Erfindung darauf zu beschränken.

Statt der Verwendung einer Alkali-Batterie oder einer Alkali-Mangan-Batterie wäre selbstverständlich auch jede andere Einmalbatterie denkbar.

Auch wurde im Ausführungsbeispiel in 1 lediglich ein einziger Verbraucher 4 dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass ein Verkaufsautomat 1 typischerweise ein Vielzahl von Verbrauchern aufweist, die allerdings in dem Ausführungsbeispiel der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt wurden.

Die erfindungsgemäßen Verkaufsautomaten können in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen ausgebildet sein, so zum Beispiel als Zigarettenautomaten, Getränkeautomaten, Automaten zur Ausgabe von Prepaid-Karten oder Telefonkarten, Geldwechsler, Automaten zum (Wieder-)Aufladen von Prepaid-Karten und Geldkarten (so genanntes E-Loading), Automaten zur Ausgabe von Stadtplänen, Hygieneartikeln und dergleichen.

1
Verkaufsautomat
2
lokale Energieversorgung
3
steuerbarer Schalter, Bedienelement
4
Last, Verbraucher
5
Akkumulator, wiederaufladbare Batterie
6
Einmalbatterie, (nicht wiederaufladbare Alkali-) Batterie
7
DC/DC-Wandler
8
Ladeeingang
9
Solarzelle, photovoltaisches Element
10
Lichtquelle
11
Lichtstrahlen
12
Laderegler
13
Ladeeingang
14
erste Messeinrichtung
15
zweite Messeinrichtung
16
programmgesteuerte Einrichtung, Mikroprozessor
C1, C2
Steuersignale
Io
Versorgungsstrom
I1–I4
Ladeströme
M1, M2
Messsignale
S1–S11
Verfahrensschritte
V1–V4
Ladepotenziale, Ladespannungen


Anspruch[de]
Verkaufsautomat (1) mit lokaler Energieversorgung (2), mit zumindest einer wiederaufladbaren Batterie (5) zur Energieversorgung des Verkaufsautomaten (1) und mit zumindest einer Ladeeinrichtung (6, 7; 9, 12) zum Wiederaufladen der wiederaufladbaren Batterie (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (6, 7; 9, 12) zumindest eine Einmalbatterie (6) zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (5) aufweist. Verkaufsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einmalbatterie (6) eine Trockenbatterie, insbesondere eine Alkali-Trockenbatterie (6) oder eine Alkali-Mangan-Trockenbatterie (6), vorgesehen ist. Verkaufsautomat nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einmalbatterien (6) vorgesehen sind, die bezüglich deren Versorgungsausgängen parallel und/oder in Reihe geschaltet angeordnet sind. Verkaufsautomat nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmalbatterie (6) ladeseitig der wiederaufladbaren Batterie (5) vorgeschaltet ist und dass zwischen der Einmalbatterie (6) und der wiederaufladbaren Batterie (5) ein Spannungswandler (7) angeordnet ist, der eine von der Einmalbatterie (6) ausgangsseitig bereitgestellte erste Spannung (V1) auf eine zweite Spannung (V2), die zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (5) ausreicht, wandelt. Verkaufsautomat nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (6, 7; 9, 12) zusätzlich zumindest ein photovoltaisches Element (9) aufweist, das zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (5) vorgesehen ist. Verkaufsautomat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem photovoltaischen Element (9) ausgangsseitig ein Laderegler (12) nachgeschaltet ist, der eine von dem photovoltaischen Element (9) ausgangsseitig bereitgestellte dritte Spannung (V3) auf eine vierte Spannung (V4), die zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (5) ausreicht, regelt. Verkaufsautomat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderegler (12) die von dem photovoltaischen Element (9) in die wiederaufladbare Batterie (5) gespeiste Spannung auf die Höhe einer Ladeschlussspannung der wiederaufladbaren Batterie (5) begrenzt. Verkaufsautomat nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Messeinrichtung (14) vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, den Ladezustand, insbesondere die Spannung und/oder die Entladespannung, der wiederaufladbaren Batterie (5) zu erfassen. Verkaufsautomat nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Messeinrichtung (15) vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, den von dem Laderegler (12) und/oder von dem photovoltaischen Element (9) bereitgestellten Ladestrom (I3, I4) zu messen. Verkaufsautomat nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (16) vorgesehen ist, die für den Fall, dass der Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie (5) einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (5) wahlweise entweder das photovoltaische Element (9) und/oder die Einmalbatterie (6) zuschaltet. Verkaufsautomat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (16) eingangsseitig mit den Messausgängen der ersten und/oder der zweiten Messeinrichtung (14, 15) und steuerseitig mit dem Spannungswandler (7) und/oder mit dem Laderegler (12) verbunden ist. Verkaufsautomat nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (16) vorgesehen ist, die für den Fall, dass die von dem photovoltaischen Element (9) erzeugte Spannung eine Ladeschlussspannung unterschreitet, die Einmalbatterie (6) zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (5) zuschaltet. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur lokalen Energieversorgung (2) in einem Verkaufsautomat (1), bei dem eine wiederaufladbare Batterie (5) nach Unterschreiten einer vorgegebenen Ladeschwelle aus einer Einmalbatterie (6) aufgeladen wird. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur lokalen Energieversorgung (2) in einem Verkaufsautomat (1),

(a) mit einem ersten Ladebetriebsmodus, bei eine wiederaufladbare Batterie (5) nach Unterschreiten einer vorgegebenen Ladeschwelle aus der Einmalbatterie (6) aufgeladen wird, und

(b) mit einem zweiten Ladebetriebsmodus, bei dem die wiederaufladbare Batterie (5) nach Unterschreiten der vorgegebenen Ladeschwelle aus einem photovoltaischen Element (9) aufgeladen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (5) gleichzeitig der erste Ladebetriebsmodus und der zweite Ladebetriebsmodus eingesetzt werden. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur lokalen Energieversorgung (2) in einem Verkaufsautomat (1), mit den Verfahrensschritten:

(a) Eine wiederaufladbare Batterie (5) zur Energieversorgung des Verkaufsautomaten (1) und eine Einmalbatterie (6) werden bereitgestellt;

(b) Überprüfen (S1) des Ladezustands der wiederaufladbaren Batterie (5);

(c) Aufladen (S8) der wiederaufladbaren Batterie (5) aus der Einmalbatterie (6), sofern der Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie (5) eine vorgegebene Ladeschwelle unterschritten hat (S2);

(d) Beenden des Ladevorgangs (S10), wenn die wiederaufladbare Batterie (5) ausreichend aufgeladen ist (S9).
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt (c) und nach dem Verfahrensschritt (a) zusätzlich folgende Verfahrensschritte vorgenommen werden:

(b1) Überprüfen (S4) eines von einem photovoltaischen Element (9) bereitgestellten Ladestroms (I3, I4) und/oder Ladespannung (V3, V4);

(b2) Aufladen (S6) der wiederaufladbaren Batterie (5) aus dem photovoltaischen Element (9), sofern der von dem photovoltaischen Element (9) bereitgestellte Ladestrom und/oder die Ladespannung (V3, V4) ausreichend zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (5) ist (S5);

(b3) Beenden des Ladevorgangs (S10), wenn die wiederaufladbare Batterie (5) ausreichend aufgeladen ist (S7).
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im Anschluss an den Verfahrensschritt (d) bzw. im Anschluss an den Verfahrensschritt (b3) zum Verfahrensschritt (b) zurückspringt. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung in den Verfahrensschritten (b) und/oder (b1) iterativ derart stattfindet, dass nach negativer Überprüfung nach einem vorgegebenen Zeitintervall eine nochmalige Überprüfung stattfindet. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden, verfahrensbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wiederaufladbare Batterie (5) gleichzeitig sowohl über ein photovoltaisches Element (9) wie auch über die Einmalbatterie (6) aufgeladen wird. Verwendung einer Einmalbatterie (6) zum Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie (5) in einem Verkaufsautomaten (1).






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