CN102714428A

CN102714428A - 用于连接能量转换终端设备的设备和方法

Info

Publication number: CN102714428A
Application number: CN2010800628171A
Authority: CN
Inventors: K-M.马耶; F.舍夫; M.布兰德斯特
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: US20130026821A1; WO2011091910A3; JP2013518538A; US9391475B2; KR20120113246A; JP5797667B2; WO2011091910A2; DE102010001445A1; EP2532072A2; CN102714428B

Abstract

本发明涉及一种用于将能量转换终端设备连接到电能量供应网络和用于经由能量供应网络交换数据的设备，其中设置用于连接到能量供应网络的网络连接、用于经由能量供应网络接收和发送数据的通信单元、用于控制数据交换和用于对能量转换终端设备进行功率控制或调节的逻辑单元、用于监控能量转换终端设备的所分配的信号处理装置和传感器以及用于控制至能量转换终端设备的能量流的功率部件。在此规定，网络连接、通信单元、逻辑单元、具有传感器和分配给传感器的信号处理器装置的传感器单元和功率部件组合在应用特定的集成电路（ASIC）中。本发明此外涉及一种相应的方法。设备和方法能够实现能量转换终端设备到经由电力线引导的数据网络的成本低的、节省空间的连接。

Description

用于连接能量转换终端设备的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于将能量转换终端设备连接到电能量供应网络和用于经由能量供应网络交换数据的设备，其中设置用于连接到能量供应网络的网络连接、用于经由能量供应网络接收和发送数据的通信单元、用于控制数据交换和用于对能量转换终端设备进行功率控制或调节的逻辑单元、用于监控能量转换终端设备的所分配的传感器以及用于控制至能量转换终端设备的能量流动的功率部件。

本发明此外涉及一种用于在电能量供应网络处运行能量转换终端设备、用于经由能量供应网络交换数据和用于根据所交换的数据和传感器数据来控制或调节能量转换终端设备的方法。

背景技术

为了在使用电能时改善效率，越来越多地在产生能量时以及在设备消耗能量时使用有效调节。为此在建筑管理技术中已知解决方案，其中中央控制装置和调节装置经由专有通信标准与终端设备通信。传感器和执行器经由现场总线结构相互接线，其中其互相的从属性中央地被编程。在能量供应网络中设备的独立登记既不被设置也是不可能的。调节算法中央地进行并且因此使数据通信业务承受负荷；为了快速调节必须使用可靠的、有实时能力的通信解决方案，例如“可靠的Profibus”或“Interbus”。

一般，将诸如变频器、传感器、相位控制装置和功率开关之类的组件以及通信组件单独地设置在要调节的设备处或设置在单独的测量点处。由不同的部件组成的该构造强烈地限制系统的诊断能力，因为没有可简单描述的额定状态是已知的，与所述额定状态的偏差可简单地被确定。

目前的集成解决方案（例如用于家用电器中的无刷电动机的电动机驱动）使用Fairchild公司的FSB50250类型的多芯片模块。但是这里既不设置传感器装置也不设置逻辑装置。另一方面，麻省理工学院的概念“物联网（Internet of Things）”给每个终端设备装备本地智能并且能够实现例如家用电器、安全监控装置和能量源的自组织。但是该概念根据当前状况以终端设备处的耗费的电子装置为前提，所述电子装置一般而言不能以设备的现有结构形式安置。

目前才知的解决方案，例如“数字电流（Digitalstrom）”仅覆盖集成的一部分并且此外限制于大约60瓦特的切换功率。

通过具有小结构尺寸的成本低的标准化解决方案将会有助于具有在能量负载或能量产生器的地点处存在的“本地智能”的概念的实施。

在已知设备中不利的是，解决方案由多个构件组成并且因此占用比较大的结构体积并且要求不微小的安装耗费。

发明内容

本发明的任务是，提供一种设备和方法，其能够实现能量转换终端设备到经由电力线引导的数据网络的成本低的和节省空间的连接。

本发明的涉及设备的任务通过以下方式来解决，即网络连接、通信单元、逻辑单元、具有传感器和分配给传感器的信号处理器装置的传感器单元和功率部件组合在应用特定的集成电路（ASIC）中。集成电路能够在经由数据网络连接的环境内运行电能量转换终端设备。在此，经由能量供应网络的线路进行数据网络的不同用户的数据传输，这相对于单独的数据网络的结构明显减少安装耗费。数据交换能够实现网络用户彼此间和例如与中央控制设备和能量管理器通信。根据本发明的设备在此是通信、智能、功率电子技术、传感器技术和独立调节算法功能在实施为ASIC的集成模块中的集成。该集成电路可以用于多个应用领域，例如用于经济地开动电动机负载、用于在家用电器处以及在其他工业和商业设备处在同时记录温度数据的情况下运行泵，所述其他工业和商业设备越来越多地在现场需要智能用于节省能量和用于通信，例如用于诊断和维修。将功能组合到应用特定的集成电路中能够实现在小的构件成本和安装成本情况下以及在相应能量转换终端设备中最小可能空间需求情况下技术在大的件数中的扩展。通过在能量转换终端设备中设置自己的智能，例如提高切换功率的变频器概念也可以是可行的，其中使用电动机的旁路电感（Nebeninduktivität），因为于是可以实现提高的计算、调节和分析耗费，而不需要与中央控制和调节装置的数据通信业务，所述数据通信业务将会使整个系统承受负荷。

对于数据交换和不同的能量转换终端设备的控制或调节需要的智能可以通过以下方式来提供，即逻辑单元具有至少用于调节、控制和诊断能量转换终端设备、用于处理传感器数据、用于处理从能量供应网络经由通信单元接收的设定和控制信息和用于经由通信单元将登记数据和状态信息发送到能量供应网络中的计算单元。计算单元在此在考虑当前的传感器数据的情况下承担本地调节、诊断和控制任务的处理。所述计算单元从数据网络接受设定和控制指令并且反过来将状态信息、通知、传感器数据、警报或其他有关的事件传送给能量管理机构或其他网络用户。

根据本发明的一种特别优选的扩展变型方案可以规定，传感器单元具有用于确定加速度、位置、温度、电流和/或电压的集成传感器和/或传感器单元具有用于接收外部传感器数据的接口并且传感器单元具有用于由传感器所提供的信号的信号处理装置。通过将传感器集成到应用特定的集成电路中可以成本低地提供对于许多应用需要的传感器功能。接口能够实现其他可选的外部传感器的连接。集成传感器和外部传感器的信号处理在此可以通过集成信号处理实现。

如果规定，功率部件包括负载驱动模块、接通/关断开关和/或能量馈入模块，则功率部件不仅可以承担经由负载驱动模块和接通/关断开关至能量转换终端设备的能量输送而且可以可选地经由能量馈入模块在能量产生终端设备情况下承担能量从能量转换终端设备到能量供应网络中的反馈控制。在此，在负载驱动模块中可以实施不同的驱动变型方案，例如变频或相位控制。由此所连接的能量转换终端设备可以不仅中央地经由数据网络而且按照本地地在逻辑单元中运行的优化规则在其功率方面被控制。

经由电能量供应网络进行与其他网络用户的外部数据交换。因此可以规定，通信单元具有用于将数据耦合输入到能量供应网络中和用于从能量供应网络中耦合输出数据的数据模块和/或通信单元具有无线电接口。经由能量供应网络的数据交换可以经由已知的、对于电力线适用的通信标准、例如经由TCP/IP进行。数据模块为此将通信流与能量流分开并且将通信流输送给跟随的逻辑模块。此外，数据模块接收来自逻辑模块的信息并且经由能量供应网络分布所述信息。例如可选地设置的无线电接口能够实现与不与能量供应网络连接的执行器或传感器的通信。在此，无线电接口承担附加的网关功能。优选地，为无线电接口设置无线电标准，所述无线电标准支持来自无线电波本身的能量供应或者也支持必要的本地化业务，所述本地化业务于是同样可以本地地被分析。

从能量供应网络至能量转换终端设备的能量流动以及在应用特定的集成电路内的不同的集成模块之间的数据流动可以通过以下方式来实现，即网络连接和通信单元以及通信单元和功率部件经由能量供应线路连接并且逻辑单元与通信单元、功率部件和传感器单元连接并且传感器单元与功率部件经由数据线路连接。

根据本发明的一种优选的实施形式可以规定，应用特定的集成电路（ASIC）被实施为传递模制（transfergemoldetes）模块。作为系统m封装已知的该实施成本低地保证紧凑性、相对于天气影响和机械作用的鲁棒性、电绝缘和损耗热的排出。

本发明的涉及方法的任务通过以下方式来解决，即在设置在能量供应网络与能量转换终端设备之间的应用特定的集成电路（ASIC）中由集成通信单元将数据从经由集成网络连接所连接的能量供应网络中耦合输出并且将数据耦合输入到能量供应网络中，经由能量供应网络所交换的数据由集成逻辑单元创建或处理，集成逻辑单元从具有集成传感器和集成信号处理装置的集成传感器单元接收传感器数据并且分析，并且集成逻辑单元经由集成功率部件根据经由能量供应网络所交换的数据和所接收的传感器数据控制或调节所连接的能量转换终端设备的负载控制。该方法能够在经由能量供应网络聚集的数据网络（电力线）的范围中运行不同的能量转换终端设备，例如泵、家用电器、电动机负载或其他工业和商业设备。在此，控制和调节任务不仅可以本地地在终端设备处进行而或者也可以经由中央控制设备或能量管理器执行。在此，数据交换、至终端设备的功率输送的控制或调节和运行数据经由传感器的检测在应用特定的集成电路中进行并且因此是成本低的并且可以在大的件数中被实施。

附图说明

下面根据在图中所示的实施例更详细地阐述本发明。其中：

图1以示意图示出集成电路（ASIC）。

具体实施方式

在图1中示出的集成电路10（ASIC）用于将未示出的能量转换终端设备连接到电能量供应网络61上并且用于经由能量供应网络61交换数据。

集成电路10包含网络连接11、通信单元20、逻辑单元30、传感器单元40和功率部件50。

通信单元由数据模块21和具有所连接的集成天线23的无线电接口22构建。无线电接口22和所连接的集成天线23在此可选地是要设置的器件。

逻辑单元30包含μ控制器形式的计算单元31。

集成传感器41、信号处理器装置42以及用于连接未示出的外部传感器的接口43集成在传感器单元40中。

功率部件50包含负载驱动模块51、接通/关断开关52以及能量馈入模块53。能量馈入模块53可选地被设置。

网络连接11与能量供应网络61连接。连接在此可以单相地或三相地进行。在输出侧，网络连接11经由能量/数据连接62连接到通信单元20的数据模块21上。不仅能量供应网络61而且能量/数据连接62被设置为用于能量和数据传输的电力线连接。

逻辑单元30经由第一数据线路70与通信单元20、利用第二数据线路71与传感器单元40和利用第三、第四和第五数据线路72、73、74与功率部件50连接。在此，第三数据线路72将能量馈入模块53与逻辑单元30连接，第四数据线路73将负载驱动模块51与逻辑单元30连接并且第五数据线路74将接通/关断开关52与逻辑单元30连接。能量馈入模块53和负载驱动模块51经由第六数据线路75与传感器单元40连接。传感器单元40经由信号线路76与未示出的可选的外部传感器连接。

未示出的能量转换终端设备经由终端设备连接67连接到功率部件50的接通/关断开关52上。在功率部件50内经由从负载驱动模块51至接通/关断开关52的第二能量线路65实现至能量转换终端设备的能量流动。如果能量产生终端设备连接在终端设备连接67上，则经由从接通/关断开关52至能量馈入模块53的第二反馈线路66实现能量流动。

经由网络连接11从能量供应网络61接收电能或者在能量产生终端设备（发电机）的情况下将电能馈入能量供应网络61中。同时经由网络连接11实现经由能量供应网络61在电力线通信标准上的双向通信。这能够实现与中央控制设备或能量管理器以及与其他能量转换终端设备的数据交换，所述其他能量转换终端设备同样装备有这种集成回路10用于交换数据。

通信模块20承担在电力线通信标准上的通信处理，例如用于为互联网应用设置的TCP-IP协议。在通信模块20中所包含的数据模块21将通信流与数据流分开并且将通信流输送给随后的逻辑单元30或者从逻辑单元30接收信息并且经由能量供应网络61分布所述信息。无线电接口22是可选的补充，以便例如能够与其他分布式执行器和传感器通信，所述其他分布式执行器和传感器不与能量供应网络61连接。所述无线电接口22因此执行附加网关的功能。无线电接口22的优选类型是无线电标准，其支持来自无线电波本身的能量供应以及必要的本地化业务，所述本地化业务于是可以本地地被分析。

具有集成计算单元31的逻辑单元30承担本地调节、诊断和控制任务的处理。所述逻辑单元从能量供应网络61接收设定和控制并且反过来将状态信息、通知、传感器数据、警报和其他事件经由通信单元20、网络连接11和能量供应网络61传送给能量管理机构或其他多值业务或其他网络用户。

传感器单元40利用嵌入式集成传感器41的测量数据操作逻辑单元30并且可选地为外部传感器提供接口43，所述外部传感器例如设置在能量转换终端设备中。集成传感器41以及外部传感器的信号在信号处理装置42中被处理。

功率部件50在所示的实施形式中能够实现能量消耗终端设备的连接以及能量产生终端设备的连接。所连接的能量转换终端设备在其功率方面通过负载驱动模块51控制。在此，除了简单的接通和关断功能之外还可设置其他驱动功能、例如相位控制或反相位控制（Phasenabschnittssteuerung）。如果能量产生终端设备连接为能量转换终端设备，则能量馈入模块53承担将能量反馈到能量供应网络61中。在此，在能量馈入模块53中可以根据功率极限进行小能量量的重新调整。功率部件50因此例如能够将作为能量转换终端设备的光电模块连接到能量供应网络61上。接通/关断开关52不仅在功率下降中而且在能量产生模式中确保能量流的接通和切断。

功能块网络连接11、通信单元20、逻辑单元30、传感器单元40和功率部件50利用所属的接线技术组合在应用特定的集成电路10（ASIC）中。为此，在一种特殊的实施形式中可以将集成电路10封装在紧凑的传递模制的模块中（系统m封装），所述模块成本低地保证紧凑性、相对于天气影响和机械作用的鲁棒性、电绝缘和损耗热的排出。将所述的功能组合在集成构件中能够成本低地在大的件数中实现功能。集成电路10因此可以被设置用于将最不同的能量转换终端设备连接到能量供应网络61和经由能量供应网络61实现的数据网络上。

Claims

1. 用于将能量转换终端设备连接到电能量供应网络（61）和用于经由能量供应网络（61）交换数据的设备，其中设置有用于连接到能量供应网络（61）的网络连接（11）、用于经由能量供应网络（61）接收和发送数据的通信单元（20）、用于控制数据交换和用于对能量转换终端设备进行功率控制或调节的逻辑单元（30）、用于监控能量转换终端设备的所分配的信号处理装置（42）和传感器（41）以及用于控制至能量转换终端设备的能量流动的功率部件（50），其特征在于，网络连接（11）、通信单元（20）、逻辑单元（30）、具有传感器（41）和分配给传感器（41）的信号处理器装置（42）的传感器单元（40）和功率部件（50）组合在应用特定的集成电路（10）（ASIC）中。

2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，逻辑单元（30）具有至少用于调节、控制和诊断能量转换终端设备、用于处理传感器数据、用于处理从能量供应网络（61）经由通信单元（20）接收的设定和控制信息和用于经由通信单元（20）将登记数据和状态信息发送到能量供应网络（61）中的计算单元（31）。

3. 根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，传感器单元（40）具有用于确定加速度、位置、温度、电流和/或电压的集成传感器（41）和/或传感器单元（40）具有用于接收外部传感器数据的接口（43）并且传感器单元（40）具有用于由传感器（41）所提供的信号的信号处理装置（42）。

4. 根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，功率部件（50）包含负载驱动模块（51）、接通/关断开关（52）和/或能量馈入模块（53）。

5. 根据权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，通信单元（20）具有用于将数据耦合输入到能量供应网络（61）中和用于从能量供应网络（61）中耦合输出数据的数据模块（21）和/或通信单元（20）具有无线电接口（22）。

6. 根据权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于，网络连接（11）和通信单元（20）以及通信单元（20）和功率部件（50）经由能量供应线路（60）连接并且逻辑单元（30）与通信单元（20）、功率部件（50）和传感器单元（40）连接并且传感器单元（40）与功率部件（50）经由数据线路（70，71，72，73，74，75）连接。

7. 根据权利要求1至6之一所述的设备，应用特定的集成电路（10）（ASIC）被实施为传递模制模块。

8. 用于在电能量供应网络（61）处运行能量转换终端设备、用于经由能量供应网络（61）交换数据和用于根据所交换的数据和传感器数据来控制或调节能量转换终端设备的方法，其特征在于，在设置在能量供应网络（61）与能量转换终端设备之间的应用特定的集成电路（10）（ASIC）中由集成通信单元（20）将数据从经由集成网络连接（11）所连接的能量供应网络（61）中耦合输出并且将数据耦合输入到能量供应网络（61）中，经由能量供应网络（61）所交换的数据由集成逻辑单元（30）创建或处理，集成逻辑单元（30）从具有集成传感器（41）和集成信号处理装置（42）的集成传感器单元（40）接收传感器数据并且分析，并且集成逻辑单元（30）经由集成功率部件（50）根据经由能量供应网络（61）所交换的数据和所接收的传感器数据控制或调节所连接的能量转换终端设备的负载控制。