CN106256067B - 电消耗管理装置 - Google Patents

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Abstract

一种电消耗管理装置。该电消耗管理装置包括：‑多个连接器(28)，每个连接器能够容纳到电流线的连接，这多个连接器能够形成输入连接器和输出连接器；‑处理电路(6、8)，用于管理与其相连接的电流线上的电消耗，该处理电路连接到至少一个输入连接器(28)和至少一个输出连接器(28)，并包括容纳电子元件(38)的印刷电路；‑能够被安装在低压电设备的配电板中的箱(4)，箱具有两个相对的端部(15、17)和沿着每个端部(15、17)的至少一个开口(14、16)，并一方面容纳沿着箱(4)的所述相对的端部(15、17)的多个连接器(28)，和另一方面容纳在所述相对的端部(15、17)之间的处理电路(6、8)，当连接器(28)容纳电线时，至少一些所述开口(14、16)保持部分地畅通。处理电路(6、8)的印刷电路被设置在箱中以定义分开的第一空间和第二空间，能够传导至少5A电流的电子元件(38)被容纳在印刷电路上使得它们与多个连接器(28)一起被容纳在第一空间中，在箱(4)的所述相对的端部的其中一个附近。

Description

电消耗管理装置
技术领域
本发明涉及电消耗管理装置。
背景技术
由于电能消耗的变化和电能储存的不可能性，始终存在电生产与消耗之间的平衡问题。该限制要求电系统的执行者能够具备在任何时刻且不仅是电消耗高峰时段调节生产与消耗的手段。
为了回应该问题，申请人开发了分散缩减(diffuse curtailment) 的概念，原理在于通过在使用者毫无感觉的情况下以同步并暂时的方式中断一些电设备的运行来作用于电消耗。
为此，因此需要能够测量每个站点的使用瞬时消耗和/或能够根据命令暂停供电的装置。
实现这种装置是非常复杂的，因为它们应处于有限尺寸的电设施中(例如住宅或第三产业站点的配电板)，这意味着非常大的约束。
除了这些尺寸的约束之外，还存在规定的约束。事实上，在这些装置中不允许使用有源冷却部件，因为这些部件的故障例如有引起火灾的风险，并且因为所述装置被锁定而且为了保护使用者，所述装置是使用者不可接触的。
然而，测量或暂停电流的事实需要引导电流穿过将具有特定阻抗的零件。考虑到涉及的强度和电压(在5条通路上在230V上直到20A)，要以无源方式消散的瞬时功率为100W至200W数量级，这在考虑的有限空间中是极高的(例如在集成在配电板中的产品的典型情况下)。
现有装置不能令人满意：它们太大，或不允许对多于一条的线路测量和/或暂停电流。
发明内容
本发明将改进这种状况。
为此，本发明提出电消耗管理装置，该装置包括：
-多个连接器，每个连接器能够容纳到电流线的连接，连接器能够形成输入连接器和输出连接器，
-处理电路，用于管理与其相连接的电流线上的电消耗，该处理电路连接到至少一个输入连接器和至少一个输出连接器，并包括容纳电子元件的印刷电路，
-能够被安装在低压电气设备的配电板中的箱，该箱具有两个相对的端部和沿着每个端部的至少一个开口，并一方面容纳沿着箱的所述相对的端部的多个连接器，和另一方面容纳在所述相对的端部之间的处理电路，当连接器容纳电线时，至少一些所述开口保持部分地畅通。
处理电路的印刷电路被设置在箱中以定义分开的第一空间和第二空间，能够传导至少5A电流的电子元件被容纳在印刷电路上，使得它们与多个连接器一起被容置在第一空间中，在箱的所述相对的端部的其中一个附近。
该装置的设计和处理电路的印刷电路的特别布置允许定义空气流动通道。
根据各种实施变型，所述装置可以具有以下特征：
-至少一些开口容纳多个连接器中的至少一些连接器；
-当连接器容纳电流线时，箱的端部之一的开口的自由截面大于或等于箱的另一个端部的开口的自由截面；
-处理电路是被布置用于确定在连接到输出连接器的一条或更多条电线上的瞬时电消耗的测量电路；
-测量电路包括设置在第一空间中的多个分流器，每个分流器连接到包括输入连接器和输出连接器的相应连接器对，并连接到测量穿过每个分流器的强度测量装置；
-处理电路是被布置用于选择性地中断在连接到输出连接器的电线的一条或更多条电线上的电流供应的控制电路；
-控制电路包括从包括继电器、TRIAC-DIAC和闸流晶体管的组中选择的多个零件，并且所述零件被设置在第一空间中，每个零件连接到包括输入连接器和输出连接器的相应连接器对；
-确定第一和第二空间的印刷电路是控制电路的印刷电路，并且测量电路的印刷电路相对于控制电路的印刷电路基本正交延伸，使得测量电路和控制电路的能够散发最多热的功率导体被容置在第一空间中；
-所述装置另外包括被设置在第二空间中的供电电路；
-所述装置另外包括被设置在第二空间中的操纵电路；
-所述装置能够管理等于23kW的电功率；
-所述装置能够管理箱的每毫米宽度为426W的电功率；以及
-所述装置能够管理箱的以cm3计量的每单位体积为72W的电功率。
附图说明
阅读下面作为非限定示例给出并参照附图进行的描述，本发明的其它特征和优点将变得更清楚，在附图上：
-图1表示根据本发明的装置当其如在配电板中的安装状态中定向时的前视图，
-图2表示根据图1箭头II的示意图，
-图3表示根据图1箭头III的示意图，
-图4表示根据图1箭头IV的示意图，和
-图5表示根据图4箭头V的图1的装置内部示意图。
具体实施方式
附图和下面的描述主要包含特定特征的部件。因此，其不仅能够用于更好地理解本发明，而且必要时还有助于其定义。
图1-5表示本发明的相同实施方式的多个视图。因此将对它们进行并行描述，必要时参照每个图进行描述。
图1表示根据本发明的电消耗管理装置2。图1是前视图，如装置2在其在配电板中就位时所呈现的。下面相关的术语，如“上”或“下”、“左”或“右”都相对于该参考视图确定。同样，可以相对于图1说宽度和高度，以及相对于图1的平面正交的方向说深度。
在这里描述的例子中，装置2包括箱4，箱4容置测量电路6、控制电路8、供电电路10和操纵电路12(见图4和5)。测量电路6和控制电路8各自形成处理电路。
在这里描述的例子中，箱4包括沿端部15形成的标记为14的五个贯通开口14，用于容纳连接到电设施的电流源的电线，和沿相对的端部17形成的标记为16的四个贯通开口，用于容纳寻求电消耗管理的电线。因此存比开口16的数量多的开口14。补充开口14(在图1上的最左边)用于给装置2供电。开口14和16设在箱4的相对的端部15和17处，当箱4容纳在低压电设施的配电板中时，它们分别定义箱4的上端和下端。
在这里描述的例子中，除了补充开口14之外，其它开口都应被成对考虑，每对涉及要管理的一条电线。因此，在图1上，最右的开口 14与最右的开口16形成一对，第二靠右的开口14与第二靠右的开口 16相关联，中间的开口14与第二靠左的开口16相关联，并且第二靠左的开口14与最左的开口16相关联。每个电线通过下面将描述的端子板在开口14或16中保持就位，并且呈现了端子板的夹紧螺钉20。箱4还具有用于容纳中性电线的四个开口22。作为变型，开口22可以被省略。作为变型，可以用卡箍或任何其它适当的固定机构替代螺钉20。
从电的观点并忽略补充开口14，这里描述的例子的开口14是输入开口，而开口16是输出开口。作为变型，一些或所有开口14可以是输出开口，并且一些或所有开口16可以是输入开口。另外，开口 14和16还可以与上面描述的方式不同的方式被关联起来。
图2表示根据箭头II的图1装置的视图，并因此可以视为俯视图。其允许更好地看到输入开口14以及用于容纳中性电线的开口22。
如可以在该图上看到的，每个开口14容纳端子板24，端子板24 具有在其中容纳有连接器28的凹口26。因此，在端子板24与连接器 28之间可以容纳电线，螺钉20允许其耦接。在这里描述的例子中，连接器28具有薄片形状。每个端子板的形状以如下方式被设置：当电线被容纳在端子板24与连接器28之间时，开口14和凹口26保持至少部分未被遮挡，使得在每个端子板24处，箱4的内部与外部之间始终存在贯通开口29。
图3表示根据箭头III的图1装置的视图，并因此可以看作是底视图。其允许更好地看到输出开口16。
如可以在图3上看到的，每个开口16容纳端子板24，端子板24 具有在其中容纳有连接器28的凹口26。因此，在端子板24与连接器 28之间可以容纳电线，螺钉20允许其耦合。在这里描述的例子中，连接器28具有薄片形状。每个端子板的形状以如下方式被设置：当电线被容纳在端子板24与连接器28之间时，开口16和凹口26保持至少部分未被遮挡，使得在每个端子板24处，箱4的内部与外部之间始终存在贯通开口29。
在这里描述的例子中，开口14(被设计为当装置2被安装到配电板中时被设置在上端)的全部贯通开口29的截面基本等于开口16(被设计为当装置2被安装到配电板中时被设置在下端)的全部贯通开口 29的截面。
作为变型，当连接器容纳电线时，被设计为当装置2被安装到配电板中时，被设置在上端的箱4的端部开口的自由截面大于箱4的相对的端开口的自由截面。
因此，容纳电线后的自由面积至关重要。开口14或16的数量不是决定性的。另外，只要设置沿端部15和17的允许空气流动的开口 14和16，就可以封闭箱4的方式容纳连接器28。
图4表示根据箭头IV的图1装置的视图，并因此可以视为侧视图。其允许更好地看到箱4的形状，以及测量电路6、控制电路8、供电电路10和操纵电路12，所述电路用虚线表示(通过透视方式)。
如可以在图4上看到的，箱4在深度方向中具有三个不同部分，它们也在图1至3中出现。标记为A的第一部分的深度最小，并容纳开口14和16。标记为B的第二部分深度最大，并容纳操纵电路12。最后，标记为C的第三部分被设置在标记为A的第一部分与标记为B 的第二部分之间，并容纳供电电路10以及开口22。
测量电路6被部分容纳在具有最小深度的标记为A的第一部分中，并被部分容纳在标记为C的第三部分中。控制电路8基本垂直于测量电路6被设置，并且被容纳在标记为A的第一部分中。
标记为A的第一部分的高度略大于标记为C的第三部分。这提供了到将连接器28与端子板24夹紧的螺钉20的接入口。标记为B的第二部分是高度最小的部分，因为它通过安装被束缚在配电板中。
事实上，一旦装置2被安装在配电板中，使用者就只看到对应于在图4上最左边的标记为B的第二部分的壁的部分。但是，从热的观点看，部分B和C可以看作是延伸到控制电路8的单一空间。如下面将看到的，控制电路8在箱4中划界出分别在控制电路8两侧的两个空间。
如在图4上可以看到的，箱4具有盖子30。盖子30具有根据箭头V方向突起的两个部分32，所述两个部分32具有附接到配电板的附接部件。
图5表示根据图4箭头V的图1装置的内部视图。连接器28通过容纳在控制电路8上的焊缝36和分流器38连接到测量电路6。对应于希望管理的电线(即除用于给装置2供电的电线外的所有电线) 的四个焊缝36中的每一个被连接到分流器38之一。分流器38允许测量穿过每条电线的电流强度。因此，例如在用于给装置2供电的电线上并行测量供电电压允许回收在被管理的每条电线上消耗的电功率。分流器38构成能够使5A的电流通过的电子零件，并消散每分流器8W 数量级的大量热。
图5还表示连接到控制电路8的块40。块40包括多个继电器，每个继电器连接到输出开口16的连接器28之一，并允许选择性地且单独地暂停电线的供电。在转换期间，块40的继电器还可能消散大量的热。作为变型，可以用TRIAC-DIAC、闸流晶体管或用于控制电流的其他电子零件替代块40的继电器。作为变型，块40可以被布置用于以同时的方式暂停或控制所有电线的供电，并可以包括单一继电器、 TRIAC-DIAC或闸流晶体管。
因此清楚的是，控制电路8包括将箱4划分为两个空间的印刷电路。如上面已经解释的，第一空间包括开口14和16，容纳连接器28、分流器38、以及块40。因此，在装置2在电力设施中就位时，散发最多热的所有零件被布置在第一空间中，并且其中散发最多热的零件，即分流器38被设置在第一空间的上部中。
换句话说，散发最多热的零件被设置在容纳在开口14中的连接器 28附近，即当箱4被容纳在低压电设施的配电板中时，散发最多热的零件被设置在定义箱4的上端的端部附近。当箱4被容纳在低压电设施的配电板中时，测量电路6和/或控制电路8被容纳在箱4的容纳连接器28并分别定义箱4的上端和下端的端部之间。
在这里描述的例子中，散发最少热的装置2的零件容纳在第二空间中。作为变型，散发最少热的至少一些零件还可容纳在第一空间中。因为，开口14和16甚至在它们容纳输入和输出电线时保持开放，并且因为第一空间容纳装置2的散发最多热的所有零件，所以装置2的布置允许在第一空间中产生空气流。
该布置允许被动地冷却装置2而不管其包含的功率导体零件的大量散热。
由于穿过零件的电流而可能散发最多热的功率导体的电气或电子零件可以由词语“热零件”表示。例如，分流器的每个分流器可以承受平均功率为4.6kW的电流，这需要很大的散热能力。因此这意味着要管理直到23kW的功率。
相反，冷零件是指可能散发最少热的功率导体零件，例如操纵电路12的微控制器。尽管性质是相对的，但是“热零件”和“冷零件”在本发明的范围内得到准确的技术含义。
测量电路6和控制电路8的热零件处于第一空间中，而冷零件处于第二空间中。在其印刷电路充当第一空间与第二空间之间的分隔壁的控制电路8的情况下，通过焊接印刷电路两侧的热零件和冷零件来实现这一点。在被布置相对于控制电路8的印刷电路平面正交的测量电路6的情况下，只需焊接印刷电路两侧的热零件和冷零件。该“90°”布置允许最大程度地限制装置2的体积，并因此有助于管理在3U体积中(即约54mm、体积为320cm3)的四条或五条电线。
在这里描述的例子中，装置2包括两个处理电路，即测量电路6 和控制电路8。作为变型，装置2可以包括唯一的处理电路，即只有测量电路6或控制电路8，或另一个处理电路。同样地，作为变型，供电电路10和操纵电路12可以被省略，并且直接在处理电路上实施它们的一些或全部功能。用于给装置2供电的第五条线可以被省略，或者可以是如其他四条电线那样被管理的电线，因此装置2管理五条电线。
在这里描述的例子中，操纵电路12包括具有远程分散缩减控制箱的无线电或CPL通信单元。因此，操纵电路12从测量电路6接收原数据，以便从中提取连接到装置2的每条电线上的瞬时消耗。另外，其可以从分散缩减控制箱接收数据用于控制控制电路8，以便暂停或调制连接到装置2的电线中的一条或更多条电线上的电流。最后，操纵电路12还可具有智能，以便在本地功能的基础上暂停或调制连接到装置2的一条或更多条电线上的电流，而不求助于分散缩减控制箱。作为变型，操纵电路12可以被布置用于实现其它功能，例如与住宅自动化系统或在其中管理电设备的供电是有用的这样的任何其他系统交互通信。
需要指出的是，本发明特别在低压设施的电消耗管理中尤其得到其应用，低压即每条线的电压为230V(或110V)直到1000V数量级，并且每条线的电流强度在5A以上，在所描述的例子中每条线的电流强度为20A数量级。高压(>1000V)或极低压(<100V)的功率设施在结合用于容纳装置而具备的体积和要散发的功率方面不具有相同的挑战。

Claims (13)

1.一种电消耗管理装置，其特征在于包括：
-多个连接器(28)，每个连接器能够容纳到电流线的连接，连接器(28)能够形成输入连接器和输出连接器，
-处理电路(6、8)，用于管理与该处理电路相连接的电流线上的电消耗，该处理电路(6、8)连接到至少一个输入连接器(28)和至少一个输出连接器(28)，并包括容纳电子元件(38)的印刷电路，
-箱(4)，能够被安装在低压电设备的配电板中，箱(4)具有两个相对的端部(15、17)和沿着每个端部(15、17)的至少一个开口(14、16)，并且箱(4)一方面容纳沿着箱(4)的所述相对的端部(15、17)的多个连接器(28)，和另一方面容纳在所述相对的端部(15、17)之间的处理电路(6、8)，当连接器(28)容纳电线时，所述开口(14、16)中的至少一些保持部分地畅通，
并且处理电路(6、8)的印刷电路被设置在箱中以便定义分开的第一空间和第二空间，能够传导至少5A电流的电子元件(38)被容纳在印刷电路上使得所述电子元件(38)与多个连接器(28)一起被容置在第一空间中，在箱(4)的所述相对的端部的其中一个附近。
2.如权利要求1所述的装置，其中开口(14、16)中的至少一些开口容纳多个连接器(28)中的至少一些连接器。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，当连接器(28)容纳电流线时，箱(4)的端部(15)之一的开口(14)的自由截面大于或等于箱(4)的另一个端部(17)的开口(16)的自由截面。
4.如权利要求1或2所述的装置，其中处理电路(6)是被布置用于确定在连接到输出连接器(28)的一条或更多条电线上的瞬时电消耗的测量电路(6)。
5.如权利要求4所述的装置，其中测量电路(6)包括设置在第一空间中的多个分流器(38)，每个分流器连接到包括输入连接器(28)和输出连接器(28)的相应连接器对，并连接到测量穿过每个分流器(38)的电流强度的测量装置。
6.如权利要求1或2所述的装置，其中处理电路(8)是被布置用于选择性地中断在连接到输出连接器(28)的电线的一条或更多条电线上的电流供应的控制电路(8)。
7.如权利要求6所述的装置，其中控制电路(8)包括从包括继电器(40)、TRIAC-DIAC和闸流晶体管的组中选择的多个零件，并且其中所述零件被设置在第一空间中，每个零件连接到包括输入连接器和输出连接器(28)的相应连接器对。
8.如权利要求4所述的装置，其中确定第一空间和第二空间的印刷电路是控制电路(8)的印刷电路，并且其中测量电路(6)的印刷电路相对于控制电路(8)的印刷电路基本正交延伸，使得测量电路(6)和控制电路(8)的能够散发最多热的功率导体被容置在第一空间中。
9.如权利要求1或2所述的装置，另外包括设置在第二空间中的供电电路(10)。
10.如权利要求1或2所述的装置，另外包括设置在第二空间中的操纵电路(12)。
11.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该装置能够管理等于23kW的电功率。
12.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该装置能够管理箱(4)的每毫米宽度为426W的电功率。
13.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该装置能够管理箱(4)的按cm3计量的每单位体积上72W的电功率。
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