CN103004054A - 由低压供电网络为家用电器供电的方法以及适于执行所述方法的家用电器 - Google Patents

由低压供电网络为家用电器供电的方法以及适于执行所述方法的家用电器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及家用电器（1）以及为所述家用电器（1）供电的方法，所述家用电器（1）包括电路设备（8）、程序控制装置（10）和测量传感器（12）、以及用于能量管理系统的电路装置（15）；所述电路设备（8）用于从低压供电网络（5）为内部用电设备（11）供电，所述低压供电网络（5）特别是由光伏发电站或风力发电站（6）供电；所述电路装置（15）根据能量需求和能量供应将内部用电设备（11）分类。本发明的目的是提供一种家用电器（1）和方法，以使得尤其是例如提供了保护而免于低压的低压电源（6）受保护而免遭过度的电负荷，但最重要地，保护程序控制的电器的处理程序以免在由于临时性过负荷而中断低电压电源（5）时部分中断。当所述低压供电网络（5）的能量供应太低时，则所述内部用电设备（11）的供电可以根据所述内部用电设备（11）的能量需求及其消耗曲线例如以交错的方式中断，并且也根据能量需求和能量供应交错式地重新连接。

Description

由低压供电网络为家用电器供电的方法以及适于执行所述方法的家用电器
本发明涉及一种为家用电器供电的方法，该方法采用电路设备从低压供电网络，尤其从光伏发电站或风力发电站供电的网络为内部用电设备供电；采用用于能量管理的电路装置，将所述内部用电设备根据其能量需求进行分类并通过所述电路装置供应能量；还采用用于控制物品处理程序的控制装置及测量传感器。本发明还涉及一种适用于执行所述方法的家用电器。
众所周知通过由低压供电网络（例如由诸如光伏或风力发电站的再生能源操作并由电池缓冲的超低压网络）的超低压为电器直接供电。例如，具有可充电电池的工具或诸如剃须刀的家用电器是普遍已知的。这类电器不再需要电器中的电源，由常规的凭借230V的单相AC电压的交流家用网络取得的馈电，经由变压器和整流器以及电流平滑电路，通过该电源，为电器的控制设备的电路产生馈电电压。诸如加热设备和驱动马达的大功率组件的操作，仍可能需要由家用网络提供的电压（230V）通过整流器和电流平滑电路为这类设备的控制设备供电。在用于为家用电器的内部用电设备供电的电路设备中设置常规的DC/DC转换器以转换为低压供电网络也是可行的。
在根据DE 35 02 826 A1的太阳能发电厂中，在可充电电池的操作电压下降到预定电平以下之后，一方面由控制设备关闭用电设备。这样的关闭能够保护可充电电池免遭深度放电。另一方面，在回到适当的高供电电压之后，该用电设备也能够自动重新开启，其中，重新开启的电压明显高于关闭电压。这确保了电池在保护性关闭之后，在再次连接用电设备之前，能够开始完全充电或至少充电到显著的程度。为此，控制设备还可使关闭和开启适合于来自用电设备中的明显不同负载。因此当电池还没有被完全充电时，弱的用电设备相比于较强的用电设备已经被再次开启，尽管弱的用电设备已经被重新开启，但仍继续保持充电操作。这能够避免尤其是弱的用电设备的较长时间的操作暂停。然而，这类系统并不适于具有以不同消耗特性至少部分并行操作的多个内部用电设备的电气用电设备。
根据DE 196 37 574 A1提供了一种关闭用电设备的普通方法和装置，其用于在电压下降到阈值电压以下时，使得具有多个连接用电设备的电压源不立即对所有用电设备关闭。通过调节电路确定哪些连接用电设备应该被单独交错关闭或者应该仅以降低的电平的能量来供电，从而避免所有用电设备的立即关闭。在这样的情况下，根据用电设备的类型（加热设备、功率设备）以及根据用电设备的能量需求来定义降低或关闭的顺序。这种交错关闭在一些情况下能够完全避免关闭一个或另一个用电设备。并没有提供差别化地重新开启。这也是这类已知方法不适于具有多个内部用电设备的家用电器的原因。
根据DE 203 02 943 U1已知的充电和放电管理能够以最大的保护方式由多个不同能源对电池充电，从而能够避免过度充电和充电不足，并且最优化地利用各个能源。在这种情况下，为了电气用电设备的操作，还监控从用电设备中取得的能量，例如观测放电电流，其中，未提供关于来自不同的测量放电电流的影响的进一步细节。另外，该管理主要考虑到对于一个或多个可充电电池的充电过程的所有可能已知类型的能源。根据该专利文献将无法获得管理家用电器中的多个内部用电设备的解决方案。
本发明的根本目的是提出一种上述方法和一种适用于执行该方法的家用电器，通过该方法来保护尤其诸如采用可充电电池操作或缓冲的低压电源（例如太阳能或风力发电厂）免遭过大的电负荷。然而，如果在处理程序的过程之前或期间，由于暂时的过负荷而导致低压电源故障，以上所有程序控制的家用电器的处理程序将被保护以免不完全终止。这类保护以免不完全终止尤其提供给以下情况：家用电器或家用电器的各个用电设备由提供受保护的超低压的外部低压供电网络供电。该受保护的超低压应理解为小于或等于50V的AC电压或者小于或等于120V的DC电压。
该目的可以以各种方式来实现。一方面，根据权利要求1的识别特征，本发明的解决方案可以包括一种方法，其中，每个内部用电设备的能量需求是已知的并将其存储在电路设备中；如果由低压供电网络提供的能量变得太低而不能馈电给所有内部用电设备，则可根据内部用电设备的能量需求和其消耗曲线以交错方式关闭内部用电设备的供电，并且根据内部用电设备的依赖度交错地重新开启内部用电设备。这使得在多数情况下能够继续处理程序，因为电器中的特定用电设备能够易于被暂时性关闭，而不会立即对处理程序的成功产生问题。例如，洗衣机或洗碗机的加热可以易于被暂时性关闭，而通常不会危及成功清洗。一旦低压供电网络再次具有足够的功率，失去的加热能量可以被再次恢复。在一些情况下，这会使得处理程序时间较长，但这大部分是可忍受的。
在这一方面，具有权利要求6的识别方法特征的第二解决方案是更加安全的，其中，在启动所选择的处理程序之前，确定取决于所分配的物品处理的所有内部用电设备在整个处理程序中的总的能量需求，并将该总的能量需求与由低压供电网络当前提供的能量进行比较，并且仅如果比较结果表示提供的能量高于所分配的总能量需求时启动该处理程序。在该情况下，该方法首先等待，直到低压供电网络的性能再次足够大才完全自动启动所选择的操作程序。一方面，这个方案的优点在于操作程序大部分能够完全结束，并且没有限制—例如使用的加热能量。然而比起立即启动，对于开始和执行操作程序必须等待更长的时间的容忍度，该容忍度由操作者的需求来决定。然而由于所述类型的低压网络的操作者知道供电安全并不总是百分百的，这个给定的容忍度是能够取得的。该方案自然也可以相对于第一解决方案的应用中的限制而应用。然而对于例如处理程序不允许所应用的加热能量的任何种类的中断或延长或降低的上述家用电器，诸如炊具或烤箱或炉具的热食品制备设备，优选使用第二解决方案。
对于第二解决方案，如果根据本发明方法中的持续在确定总的能量需求中，将最不利的条件用作基础，是特别有利的。例如对于洗衣机或者洗碗机，基于水被加热到的最低可能起始温度来计算加热设备的能量需求。驱动马达的能量需求应被设定为洗衣机中可能最难的操作条件，例如填满的洗衣桶所预期的最大扭矩。
如果低压网络提供了受保护的超低压，两种发明解决方案都是特别有利的。在该情况下，家用电器的所有内部用电设备（11）由受保护的超低压级别的低压供电网络（5）供电。当家用电器包含需要高于受保护的超低压的操作电压的用电设备时，为了对这类用电设备供电，家用电器还优选包含将受保护的超低压变换为这些用电设备的操作电压的变压器。
然而，这两种解决方案的混合形式也是可行的，这是因为对于所选择处理程序的中断处理，即使存在一般性的等待直到网络的能量供应足够大，在该处理期间低压供电网络的能量供应也可能劣化。但是随后，当前运行程序也应能够持续到结束。切换到根据所述第一解决方案的模式相比于完全中止当前运行程序是更加有利的。
在从低压供电网络没有足够的可用功率而导致操作程序已被暂停的情况下，第二解决方案的方法产生了更加有利的发展，持续监控该性能，并且一旦功率超过了总的能量需求就自动启动该操作程序。随后，程序控制的家用电器的操作者已经对所选择的程序给出了启动命令，而不需要担心由于低压供电网络的功率可用而是否已经启动该程序，或者由于性能能力当前不可用的程序需在稍后启动。
所期望的目的还通过提供具有权利要求2或10的特征的家用电器来进一步实现。
这些方法之一可基于从属权利要求中的识别特征以任意给定的、合理组合的方式执行，而并不背离本发明的总体思想。该方法的优选改进也类似地表示为家用电器的优选改进，并且该家用电器的优选改进也类似地表示为该方法的优选改进。
基于附图中所示的程序控制的家用电器的示意性实施例来更详细地说明本发明的方法。该单幅视图示出了具有用于程序控制且选择多个预定程序之一的设备的家用电器的示意图。该家用电器可以是任意类型的程序控制家用电器，例如洗衣机、洗涤/烘干机、转筒式烘干机、洗碗机、炊具、烤箱、炉具等。
基于同一附图来描述上述两种解决方案以及它们的特定变形。因为程序控制的家用电器的各个模块具有不同的内部设计，而由于本领域技术人员能够易于在电子技术方面提供相应的功能，因此本文仅考虑其功能性内容。
所示的家用电器1能够经由具有插头3的连接导线2连接到低压供电网络5－下文称为网络5-的电源插座4，所述低压供电网络5实质上表示为电压源6和变压器7，这里将该电压源6示意性地示为光伏太阳能发电机，但也可替换使用风力发电机系统。根据需要，变压器7可包含时间控制程序、电压监控及平滑设备、远程控制设备等。尤其为具有受保护的超低压的供电网络5提供了该变压器7。然而，该变压器7还可以被配置为将发电机6提供的DC电压变换为正常的230V AC电压。然而，如果需要的话，变压器7还可以包含用于收集所获电能的蓄电池，或者可以将变压器7连接在蓄电池的下游。如果电压源6提供了可以操作家用电器1的电压，则可以省略变压器7。
在以受保护的超低压来操作家用电器1并且该家用电器1包含需要较高操作电压的用电设备的情况下，该家用电器还可以包含用于为这类用电设备供电的变压器，该变压器将受保护的超低压变换为成这些用电设备的操作电压。
家用电器1的电路设备8包含输入设备9，所述输入设备9用于选择程序、以及这类程序用于物品处理的各个参数，例如食物、饮料及处理水、盘子或洗衣。电路设备8还包含程序控制装置10，该程序控制装置10用于为内部用电设备11供应能量，并用于测量和评价传感器12的信号，该传感器12将由内部用电设备11产生的状态发信号给程序控制器10。用电设备11通常包括热用电设备11.1（加热设备）、机动化用电设备11.2（用于各种运动目的的驱动马达）以及螺线管11.3（阀门控制）。用于热测量的对应传感器12.1、用于转速测量的12.2以及用于水平面测量（例如洗涤液）的12.3表示了家用电器1内的参数测量。程序控制装置10包含程序控制设备13以及用于存储每一单独用电设备11.1至11.3的各个能量需求值的存储器14。
另一方面，电路设备8包含具有家用电器1的网络连接设备16的能量管理器15，具有插头3的连接导线2属于该网络连接设备16。在网络连接设备16中，监控器17观测网络5的性能。比较器18决定是否为全部还是个别部分的内部用电设备11提供能量。
在根据第一解决方案（权利要求1）的方法中，在由程序控制装置10基于存储在存储器14中的内部用电设备11的相应的能量需求值并基于这些用电设备的应用程序，在输入设备9处选择期望的处理程序之后，确定在整个处理程序中每个用电设备11.1至11.3的能量需求，并提供该能量需求以与网络5的性能做比较。
现在启动程序，假定网络5当前能够完全执行。在处理程序的执行期间，现在由监控器17持续检查网络5的性能，并将检查结果发信号给比较器18。由于程序控制设备13持续地将关于当前程序步骤中必须绝对供应能量的用电设备或多个用电设备11的能量要求的电平通知比较器18，比较器18可以一直决定目前是否存在能量，以及是否可能仍有足够的可用能量，并作为响应将该信息返回给程序控制设备13。由此，如果必需的话，程序控制设备13可以暂时性地不为一个或另一个用电设备11.1至11.3供应能量，直到比较器18的结果表示网络5的性能实际增长，使得能够允许再次为内部用电设备11供电。
对于热电设备，频繁地暂时性关闭可能会影响相应的用电设备，即加热设备11.1。与使用热能一起运行的处理程序在一些情况下可以暂时性地停止，并通过延长处理的补偿，仍能够实现进一步的热能输入及其相关的成功处理。例如这可以应用于洗涤或洗碗机、或者制备水的设备。
对于程序执行不应被中断的家用电器1，例如烘烤或烹饪设备必须遵循针对待烹饪物品的处理所定制的热程序顺序，如果烹饪想要成功，则不应包含任何会被暂时关闭的内部用电设备11，优选给定第二解决方案（权利要求6）的使用。
在这第二种解决方案中，在由程序控制设备13基于存储在存储器14中的用于待使用的内部用电设备11的相应功率的值并基于它们在所选择的处理程序中的使用曲线，启动在输入设备9处选择的处理程序之前，计算总的能量需求。这是在整个程序顺序中对于每个内部用电设备11.1至11.3使用的所有各个的能量的总和。将该总的能量需求通知给能量管理器15中的比较器18，该比较器18将该总的能量需求与由网络5提供的当前能量进行比较。可替换地或附加地，该比较还包含在每一情况下所有同时使用的内部用电设备11的最大峰值功率与网络5的实际性能进行比较。另外在启动程序之前，该方法等待直到这样的性能可用。为此使用监控器17，其持续或间隔地发起比较。
但是一旦已启动第二解决方案的使用和正向比较，网络5的性能在处理程序的执行期间也会消耗，因此不再会发生无故障处理。因为持续使用能量管理15，比较器18在这样的情况下可以在处理程序的执行期间向程序控制设备13发送负消息，作为响应，程序控制设备必须做出决定：立即中止正在执行的处理程序或者在第一解决方案的条件下继续进行该程序。如果仍可以忍受在第一解决方案的条件下的限制性进一步操作，从这个时候起将操作模式切换为第一种解决方案是有利的。
附图标记列表
1家用电器
2连接导线
3电源插头
4电源插座
5低压供电网络，网络
6光伏发电机，发电机
7变压器
8电路设备
9输入设备
10程序控制装置
11内部用电设备
11.1内部用电设备，加热设备
11.2内部用电设备，驱动马达
11.3内部用电设备，螺线管，阀门控制
12传感器
12.1用于热测量的传感器
12.2速度测量
12.3水平面传感器
13程序控制设备
14存储器
15能量管理器
16网络连接设备
17监控器
18比较器

Claims (14)

1.一种用于为家用电器（1）供电的方法，所述家用电器（1）具有电路设备（8）、电路装置（15）、程序控制装置（10）和测量传感器（12），其中所述电路设备（8）用于从低压供电网络（5），尤其从由光伏发电站或风力发电站供电的网络为内部用电设备（11）供电；所述电路装置（15）用于能量管理，并且通过所述电路装置（15）将所述内部用电设备（11）根据其能量需求进行分类并且为所述内部用电设备（11）供应能量；并且所述程序控制装置（10）和测量传感器（12）用于控制物品处理程序，其特征在于：每一内部用电设备（11.1至11.3）的所述能量需求是已知的并存储在所述电路设备（8）中；如果由所述低压供电网络（5）提供的能量太低以至于不能为所有内部用电设备（11）馈电，则根据所述内部用电设备（11）的能量需求及其消耗曲线分阶段地关闭所述内部用电设备（11）的供电，并且根据相同的依赖度以交错的方式执行所述内部用电设备（11.1至11.3）的重新开启。
2.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的家用电器，所述家用电器具有内部用电设备（11）；具有电路设备（8），用于从低压供电网络（5），尤其从由光伏发电站或风力发电站供电的网络为所述内部用电设备（11）供电；具有用于能量管理的电路装置（15），通过所述电路装置（15）将所述内部用电设备（11）根据其能量需求进行分类并且为所述内部用电设备（11）供应能量；以及具有用于控制物品处理程序的程序控制装置（10）和测量传感器（12），其特征在于：所述电路设备（8）包含用于存储每一单独内部用电设备（11.1至11.3）的所述能量需求的存储区域（14）。
3.根据权利要求2所述的家用电器，其特征在于：根据可选程序的开启频率和/或待加热介质在每种情况下的温度，存储热用电设备（11.1）的相应能量需求。
4.根据权利要求2或3所述的家用电器，其特征在于：所述电路设备（8）包含比较器（18），如果所提供的能量大于所需能量，则所述比较器（18）传送用于继续所选择的程序的正输出信号；如果所提供的能量小于所需能量，则所述比较器（18）传送负输出信号。
5.根据权利要求2至4中的一项所述的家用电器，其特征在于：所述电路设备（8）能够根据所述内部用电设备（11.1到11.3）的关闭是否不会或仅仅可容忍地影响所述处理程序的成功，还是完全出现问题，来决定有关所述处理程序的继续。
6.一种用于为家用电器供电的方法，所述家用电器具有开关设备（8）、电路装置（15）、程序控制装置（10）和测量传感器（12），其中所述开关设备（8）用于从低压供电网络（5），尤其从由光伏发电站或风力发电站（6）供电的网络为内部用电设备（11）供电；所述电路装置（15）用于能量管理，并且通过所述电路装置（15）将所述内部用电设备（11）根据其能量需求进行分类并且为所述内部用电设备（11）供应能量；并且所述程序控制装置（10）和测量传感器（12）用于控制物品处理程序，其特征在于：在启动所选择的处理程序之前，确定在整个处理程序中取决于所分配的物品处理的所有内部用电设备（11）的总的能量需求，并将所述总的能量需求与由所述低压供电网络（5）提供的当前能量进行比较；并且仅如果比较结果表示所提供的能量高于所分配的总的能量需求，则启动所述处理程序。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：将最不利的条件用作确定所述总的能量需求的基础。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：对于由于所述低压供电网络（5）的性能能力太低而导致操作程序暂停，持续监控所述性能能力，一旦所述性能能力超过所述总的能量需求，就自动启动所述操作程序。
9.根据权利要求1和/或6至8所述的方法，其特征在于：所述低压供电网络（5）提供受保护的超低压，并且所述家用电器（1）的所有内部用电设备（11）由受保护的超低压级别的所述低压供电网络（5）供电。
10.一种用于执行根据权利要求6至8中的一项所述的方法的家用电器，所述家用电器具有内部用电设备（11）；具有电路设备（8），用于从低压供电网络（5），尤其从受保护的超低压级别的网络和/或从由光伏发电站或风力发电站（6）供电的网络为所述内部用电设备（11）供电；具有用于能量管理的电路装置（15），通过所述电路装置（15）将所述内部用电设备（11）根据其能量需求进行分类并为所述内部用电设备（11）供应能量；以及具有用于控制物品处理程序的程序控制装置（10）和测量传感器（12），其特征在于：所述电路设备（8）包含存储区域（14），所述存储区域（14）用于存储所有内部用电设备（11）对于每一可选操作程序的相应的总的能量需求。
11.根据权利要求10所述的家用电器，其特征在于：为了形成所述能量需求的总和，根据可选程序的开启频率和/或待加热介质在每种情况下的温度，存储热用电设备（11.1）的相应能量需求。
12.根据权利要求10或11所述的家用电器，其特征在于：所述电路设备（8）包含监控器（17），所述监控器（17）用于观测所述低压供电网络（5）的所述性能能力。
13.根据权利要求12所述的家用电器，其特征在于：所述电路装置（15）包含用于能量管理的比较器（18），如果所提供的能量大于确定的所述总的能量需求，则所述比较器（18）传送用于启动所选择的操作程序的正输出信号，而如果所提供的能量小于所需求的能量，则所述比较器（18）传送负输出信号。
14.根据权利要求2至5和/或10至13中的一项所述的家用电器，其特征在于：所述家用电器（1）表现为在提供受保护的超低压的低压供电网络（5）上操作。
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