CN113424387A - 能量分配系统 - Google Patents

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Ke LisidianMolun
Craftstrom Ltd
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Abstract

一种能量分配系统(100)，包括太阳能电池板系统(10)和本地能量存储系统(20)，每个都能够插入到家庭电网的电源插口中，并且每个都具有通信单元(11、21)。该系统(100)还包括控制单元(30)和处理单元(32)，控制单元(30)包括第三通信单元(31)，第三通信单元(31)配置成经由所述通信单元(11、21)接收与太阳能电池板系统(10)相关的信息以及与能量存储系统(20)相关的信息。处理单元(32)配置成基于所接收的信息来确定家庭电网中的能量向能量存储系统(20)的分配，并相应地生成用于能量存储系统(20)的控制信号。第三通信单元(31)还配置成将所生成的控制信号传送到能量存储系统(20)。

Description

能量分配系统
技术领域
本发明涉及用于改进能量供应和消耗的分配的系统的体系结构。特别地，该系统被预见在家庭环境中使用，诸如在公寓或住宅中，其中至少一个本地能量源、至少一个能量存储设备、以及多个能量消耗设备都插入到相同的家庭能量网中。
背景技术
传统的家庭能量供应的分配很简单：能量从外部(即从公共能量网)供应到家庭能量网，并且由插入到该家庭能量网中的各种电气设备所消耗。例如以屋顶太阳能电池板的形式的本地的、独立的能量生产越来越多。这是被供应给家庭能量网的第二电源。在家庭中没有被消耗的所有所产生的能量都被添加到公共电网中，并且消费者可以为这种能量生产收取费用。此外，这种系统包括单独的仪表，以跟踪供应到公共电网的电力。
太阳能电池板或其它本地能量源可以由专门的技术人员安装，但是也提出了所谓的“即插即用”解决方案，在该方案中，用户可以简单地将电池板插入到现有的电源插口/插座中。注意，在下文的描述中，太阳能电池板用作示例性系统，但这并不旨在排除其它类型的本地的独立能量源，例如基于风能的系统。
本地的、独立的能量源(诸如太阳能电池板)通常具有不规则的和/或不可预测的能量产量。因此，能够将能量临时存储在在家庭内的能量存储系统(例如电池)来防止在从公共电网获得能量和向公共电网输送能量之间无休止的切换可能是有利的。
在现有的解决方案中，这样的能量存储系统通常集成和/或紧密连接到太阳能电池板系统。特别地，太阳能电池板和能量存储系统通常串联连接，以确保它们一起充当具有更可靠和稳定生产的能量源：如果由太阳能电池板产生并存储在电池中的能量小于能量消耗设备所需的能量，则将从公共电网补充能量；如果太阳能电池板产生的能量多于能量消耗设备所需的能量，则这种过量的能量将首先被用于对电池进行充电，而如果电池充满，则只能被放回公共电网；并且如果太阳能电池板不产生任何能量(例如在夜间)，但是在电池中仍然存在能量，则这些能量将可用于能量消耗设备。
原则上，该系统运行良好。然而，对于非即插即用版，它需要专门的技术人员来安装，并且非常不灵活：它不能被控制，并且很难修改太阳能电池板或存储容量。此外，该系统经常限制存储系统的放置，并且甚至可能需要在对于电池生命周期而言不太理想的条件下放置在室外。
还提出了“即插即用”类型的电池，其可以插入到家庭电网的电源插口/插座中。然而，缺点在于，由于这些电池并联连接到太阳能电池板，并且由于在家庭电网中不可能区分由太阳能电池板产生的能量和来自公共电网的能量，因此可能存在不希望从公共电网来给电池充电。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题中的至少一些问题。具体而言，本发明的目的在于改善系统中的能量分配，在该系统中，至少一个本地能量源、至少一个能量存储设备、以及多个能量消耗设备都被插入到相同的家庭能量网中。这种改进的分配目前是期望的，以便降低成本并让人们亲自参与可持续发展，并且在未来，由于电力生产的限制，以及考虑到公共电网已经发生的维护和稳定性问题，预期能量供应将会降低。
根据系统中的第一方面，可以实现可期望的改进的能量分配，该系统包括：
-本地能量源，优选太阳能电池板系统，其能够插入到家庭电网的电源插口中，并且包括第一通信单元或通信地联接到第一通信单元，第一通信单元配置成传送与本地能量源相关的信息；
-本地能量存储系统，其能够插入到家庭电网的另一电源插口中，并且包括第二通信单元或通信地联接到第二通信单元，第二通信单元配置成发送与能量存储系统相关的信息并接收控制信号；以及
-控制单元，其包括第三通信单元和处理单元，第三通信单元配置成从第一通信单元接收与本地能量源有关的信息，以及从第二通信单元接收与能量存储系统有关的信息；
其中，处理单元配置成，基于所接收的信息确定家庭电网中的能量向能量存储系统的分配，并相应地生成用于该能量存储的控制信号；
其中，第三通信单元还配置成将所生成的控制信号传送到能量存储系统。
第一通信单元可以是与太阳能电池板系统的逆变器集成或联接到太阳能电池板系统的逆变器的单元，这种逆变器总是需要至少将由电池板产生的DC电流转换为用于家庭电网的AC电流，并且可以额外地具有安保和安全功能。主要地，该第一通信单元配置成传送关于当前能量产生的信息；然而，它也可以传送其它信息，例如来自太阳能电池板系统的传感器的信息，并且在某些情况下，它也可以接收例如改变太阳能电池板的方向的指令的信息。
能量存储系统优选地由基座和电池组成，其中第二通信单元优选地与基座集成或联接到基座。例如，第二通信单元可以与能量存储系统的控制器集成，这将在后文进一步描述。第二通信单元配置成传送与能量存储系统有关的信息：这在许多情况下将主要是与能量存储系统中存储的能量的量和/或充电/放电的速率有关的信息，但是它可以包括更多的信息，例如来自传感器的信息。能量存储系统还可以包括逆变器；在这样的实施例中，第二通信单元可以结合到该逆变器中或与该逆变器集成在一起，该逆变器然后还可以包括能量存储系统的控制器，作为能量存储系统的控制器的一部分，或联接到能量存储系统的控制器。
控制单元可以是硬件单元，甚至可以是本地能量源或能量存储系统的一部分；然而，它有利地体现为云服务。控制单元从本地能量源和能量存储系统接收信息，并且处理单元根据所生成的控制信号有利地分配家庭电网中存在的能量，该控制信号然后由第三通信单元发送到能量存储单元。例如，如果控制单元收到指示本地能量源没有产生能量的信息，则它可以指示能量存储系统关闭和/或不从家庭电网获取任何能量，使得对于该系统将不会从公共电网提取能量。
在一个有利的实施例中，第一通信单元和第二通信单元被配置成根据一个或多个无线网络进行操作。更具体地，认为第一通信单元和第二通信单元被配置成经由无线局域网进行通信是有利的，而第三通信单元经由外部连接(通常是有线连接，例如电缆连接)联接到所述局域网。
优选地，第一通信单元和第二通信单元配置成彼此之间独立于任何局域网的无线通信。在有利的实施例中，该配置布置有用于根据另一无线通信协议的无线通信的硬件和/或软件装置。即使在局域网不能工作的情况下，这也允许在所述通信单元之间进行交换。此外，它允许更直接的通信。在一种实现方式中，所述经由另一无线通信协议的交换可以配置成用于基于能量存储系统的请求或者基于太阳能电池板的请求，或者以两种选择都是可行的方式，从太阳能电池板向能量存储系统传输数据。
在另一实施方式中，能量存储系统(并且特别是其逆变器)还包括控制器，该控制器配置成根据来自太阳能电池板的能量流入和实际的本地能量需求来控制电池的充电和放电。通过控制进出能量存储系统的能量的流动，可以确保有效地将电力从电网引入到家庭中。优选地，控制器配置成按照从控制单元传送的指引进行操作。然而，不排除控制单元将提供单独的控制命令。本文中将指引限定为在一段时间(例如24小时)期间执行的一组命令。这种指引还可以包括几个选项，这取决于实际的本地操作，诸如天气条件，某些设备的偶然的、非计划使用等。在后一种情况下，能量存储系统的控制器配置成根据本地输入在所述选项之间改变操作。
更优选地，控制器还配置成基于直接从太阳能电池板传送的信息进行操作。这种配置例如是这样实施的，即能量存储系统内的控制器配置成在其中指定的某些条件下修改从控制单元接收的指引。例如，在从太阳能电池板接收到电力生产减少50％(由于天气条件的变化)的信息的情况下，能量系统中的控制器可以修改充电协议，以便停止充电，从而确保覆盖住宅中基本电力消耗。
优选地，能量存储系统还配置成监视充电状态和/或监视电池的存在，并且能量存储系统内的所述控制器配置成使用任何所得到的监视信息来控制充电和/或放电。该配置可以布置为特定的传感器和/或通过用于对充电状态和/或电池的存在执行电测试的装置。
能量存储系统中的控制器还优选地设有内部时钟，该内部时钟使得能够在预定时刻改变能量存储系统的操作(即，更少或更多的充电或放电)，例如在指引中所规定的。
在另一个实施例中，控制器设有存储器，以用于存储从太阳能电池板接收的监视数据和/或信息和/或与能量存储系统的实际充电或放电活动有关的数据。在又一实施例中，控制单元的第三通信单元可以向控制器发送信息概述的任何请求，所述信息概述包括存储在与控制器相关联的存储器中的这样的数据。以这种方式，与外部第三通信单元的信息交换可以被限制到控制单元自由(能够)接收这样的数据时的时间段。此外，这种信息交换方式便于以安全方式(例如通过任何加密)传输数据。在这种情况下，控制器可以设有用于对要传送到第三通信单元的信息进行加密的装置。
在实施例中，能量存储系统还包括至少一个连接端口，以用于连接(优选串联)附加能量存储单元，从而形成具有多个能量存储单元的模块化能量存储系统。这使得用户能够容易地将能量存储能力扩展到其需求。
在实施例中，能量存储系统还包括无线电力传输单元，其布置成使得，如果包括无线电力接收单元的可移除的、便携式能量存储单元定位于充电位置，则可以对其进行充电。这允许用户从本地能量源对便携式能量存储单元充电，并根据需要将其作为岛式电池(island battery)带到另一个位置。
在实施例中，该系统包括多个能量存储系统，每个能量存储系统都插入到家庭电网的单独的电源插口中，并因此并联连接。这具有这样的优点，即两个能量存储系统可以由控制单元单独地控制。
在有利的实施例中，控制单元还配置成能够经由第三通信单元与用户的移动通信设备(诸如智能电话或平板电脑)或与另一用户设备(诸如笔记本电脑或PC)通信，并且向该用户设备提供关于能量分配、本地能量源和/或能量存储系统的信息。在实施例中，用户设备还可以允许用户输入被发送到控制单元的第三通信单元的指令，以影响系统中的能量分配。例如，用户能够在其设备上安装特定的应用程序，以实现与控制单元的通信。
如果能量消耗设备也被插入到家庭电网中，则这将在家庭电网上引起提取。关于这一点的信息也可以由控制单元考虑，该信息可以从第二通信单元接收，也可以从其它源接收。如果控制单元接收到指示本地能量源产生比插入到家庭电网中的能量消耗设备所需的能量更多的能量的信息，则控制单元可以将所产生的能量的特定百分比分配给能量存储系统，使得来自本地能量源的能量既用于对能量存储系统/电池充电又用于为能量消耗设备供电。这种分配可以按照百分比(例如，“将本地能量源产生的20％的能量分配给能量存储系统”或绝对值“将x瓦分配给能量存储系统”)来完成。
在实施例中，控制单元配置成通过直接监视或用户概况和能量生产来对即将到来的能量消耗时间段提供预测。基于此以及对本地电力存储已经加载的设备的程度，控制单元的处理单元将生成用于能量存储系统的控制信号，例如指示能量存储系统加载(取电)或卸载(供电)，并且特别地也指示加载或卸载多少。
在实施例中，控制单元还包括存储器或通信地连接到存储器，并且配置成记录在特定时间段内随时间变化的能量消耗和产生。消耗和生产都倾向于遵循模式，这将通过自动算法(人工智能)为每个用户进行分析。控制单元还可以配置成针对预定时间段(例如24小时)指定随时间变化的能量产生模式和能量消耗模式。这种模式此后被控制单元用于在即将到来的例如30分钟、1小时、2小时、3小时、6小时、12小时、24小时的时间段内或者在预定时刻(例如午夜)之前的剩余时间内生成能量产生和能量消耗的预测。
在实施例中，控制单元还配置成接收关于实际状态的信息，将这样接收的关于实际状态的信息与预测进行比较，并且确定实际电力产生和/或消耗是否低于预测、等于预测或高于预测。
在实施例中，第三通信单元还从其它设备接收信息，并且控制单元可以在分配能量时考虑这一点。例如，对于家庭，拥有所谓的“智能”仪表越来越普遍，其更精确地记录从能量网提取多少能量，以及将多少能量输出到能量网(如果相关)，并且其通常配备有专用通信单元。这样的通信单元可以向第三通信单元发送信息，该信息可以由控制单元考虑。例如，如果接收到能量正被输出到能量网的信息，则控制单元可以确定分配更多的能量来对能量存储系统充电(如果这是可能的话)。此外，在一些实施例中，控制单元可以生成控制命令，以便在预定时间段内有效地将从公共电网向家庭电网的电力供应限制到预定水平。该供应可以按照预定的协议被指定为零、具有预定的最大值、具有固定的值或者其他方式。这通过控制能量存储系统的充电和放电来实现。
在某些实施例中，测量从公共电网到家庭电网的电力供应的仪表设有通信单元。这种仪表也被称为“智能仪表”。优选地，该通信单元联接到系统中，使得控制单元可以读取仪表，或者控制单元可以获得仪表上传输的数据。在进一步的实施方式中，控制单元还配置成用于将来自仪表的所述数据与来自本地能量存储系统和可选地本地能量源的信息进行比较。控制单元还可以配置成在从智能仪表传送的数据与来自本地能量存储系统和本地能量源的信息之间失配的情况下生成测试和/或提供报告。该测试例如包括定期监视所述数据和所述信息，例如在测试周期期间的每小时和/或每天，并存储这种数据。当系统处于预定的测试状态时，测试还可以包括读出数据和/或信息。
在可以但不必与前述实施例组合的实施例中，如果至少一个能量消耗设备是具有专用通信单元的所谓“智能”或“物联网(IoT)”设备，则也可以考虑来自该设备的信息，例如关于预期的能量需求的信息。在有利的实施例中，控制单元甚至能够生成用于“智能”能量消耗设备的控制信号。例如，如果智能洗碗机被插入到家庭电网中，则用户可以经由智能洗碗机本身的界面或者经由用户设备上的应用程序来指示他/她希望在某个时间之前完成洗碗。然后，控制单元可以基于所收集的信息以及潜在地还基于预测来确定在所分配的时间段内打开洗碗机的最佳时间，并相应地分配能量。
在可以但不必与先前描述的实施例组合的实施例中，可以从外部源(诸如因特网或数据提供商)收集附加信息。例如，可以检索并考虑天气信息和预测，特别是估计和/或预测能量产生；从公共电网购买能量和向公共电网输送能量有关的定价信息也是如此。
根据第二方面，本发明的目的还可以在一种家庭网络中的能量分配方法中实现，该家庭网络包括本地能量源、本地能量存储系统和家庭电网，所述本地能量源和本地能量存储系统连接到家庭电网，并且家庭电网还设有通向公共电网的入口，本地能量源和能量存储系统分别包括第一通信单元和第二通信单元，第一通信单元和第二通信单元配置成经由无线局域网与控制单元的第三通信单元进行通信，该方法包括根据本地能量源的电力生产和家庭网络中的电力消耗来控制本地能量存储系统中的充电和/或放电的步骤。
在一个优选实施例中，充电和/或放电被设置，以便最小化从公共电网到家庭电网的电流，反之亦然。更优选地，这种使公共电网和家庭电网之间的电流最小的设置布置在预定时间段内，例如半天(12小时)、全天(24小时)、一周(7天)。本文中，对本地能量存储系统的放电和/或充电的控制不仅考虑到实际的电力生产和消耗，而且考虑到在所述预定时间段内的能量生产和消耗的预测。
该预测可以基于随时间(诸如在一天中的时间)变化的电力消耗和生产的监视、公共信息(诸如天气预测)的使用、以及用户提供的用户信息(例如通过联接到系统中的用户设备)来获得。为了执行监视，优选地，通过指定的通信单元将信息从本地能量源和本地能量存储系统传送到控制单元。该系统还配置成按照协议(即，如在计算机程序中所限定的)存储此类信息和/或处理此类信息，以便导出随时间的变化的有效的生产和消耗。为了使用公共信息，系统优选地设有用于获得这样的信息的装置，其中协议配置成使得这样的公共信息可以被用作对系统的输入，以便估计有效的生产(和消耗)预测。用于合并用户信息的装置本身是本领域技术人员已知的。
优选地，控制步骤包括：
-将操作指引从控制单元传送到能量存储系统；
-接收关于实际电力生产和电力消耗的信息，
-当需要时，基于所接收的信息修改操作指引，以及
-设定符合操作指引的充电或放电的速率。
如上文参考本发明的系统所解释的，该指引有利于允许所述控制单元与本地控制器的协作，使得所述本地控制器配置成基于本地生成的信息来修改操作指引的设定，而不完全依赖于位于外部的控制单元。
以上关于系统讨论的任何进一步的实施例和实施方式也适用于本发明的方法。还应当理解，本发明的方法优选地在本发明的系统上执行。
附图说明
本发明将在附图中进一步阐明，其中：
图1示出了所要求保护的系统的一个实施例的框图；
图2以抽象的方式示出了该系统一个实施例中所包括的一些元件；
图3示出了用于本发明的能量存储系统的第一实施例的个别元件的前视图；
图4示出了图3的能量存储系统的鸟瞰透视图，包括在几个元件之间的更多的电池和电缆连接；
图5以组装的形式示出了图3的能量存储系统；
图6示出了可以包括在系统中的本地能量源(具体地，太阳能电池板)的一个实施例；
图7根据不同视角示出图6的实施例；
图8示出了用于监视和控制包括在系统的一个实施例中的一个或多个太阳能电池板的可能的屏幕；以及
图9A-9C示出了根据不同情况用于监视和控制包括在系统的一个实施例中的能量存储系统的可能屏幕。
具体实施方式
图1所示的实施例是优选的实施例；并非所有示出的元件都需要包括在所要求保护的系统的所有实施例中。在不同的附图中，相同的附图标记表示相同或对应的元件。
图1示出了家庭电网200。插入该家庭电网的有：本地能量源10(例如太阳能电池板系统)，其包括第一通信单元11；能量存储系统20，其包括第二通信单元21；以及多个能量消耗设备50、60和70，其中能量消耗设备中的一个50是包括通信单元51的“智能”设备。家庭电网200经由智能仪表40连接到公共电网1，智能仪表40还包括通信单元41。
图1还描绘了用户设备80，其包括通信单元81、处理单元82、输入单元83和显示器84。该设备例如可以是智能电话或平板电脑，但不限于此。利用该用户设备，用户可以访问信息，诸如：关于当前、过去和/或预测的能量生产的信息；关于能量消耗设备的当前、过去和/或预测的能量使用的信息；关于能量存储系统的当前、过去和/或预测的充电状态的信息；等等。用户设备还可以允许用户输入关于能量分配的偏好。这可以采用多种形式：用户可以简单地直接输入用于能量存储系统和可选的智能设备的命令，但是其他选项也是可能的，例如输入要由控制单元考虑的因素的加权。
图1还示出了控制单元30，其包括通信单元31和处理单元32。在图中，该控制单元被象征性地描绘为“云”的一部分100。对于优选实施例，确实如此，但是也可以使用本地控制单元30。此外，在一些实施例中，用户设备的通信单元81和处理单元82也可以构成控制单元或作为控制单元的一部分。
另外，注意，“控制单元”实际上可以包括几个通信地联接的控制单元：例如，能量存储系统可以具有处理单元，并且能够基于有限的输入，自行执行一些控制。例如，能量存储系统可以包括逆变器，该逆变器包括另一个控制单元，该控制单元配置成用于控制对插入到家庭电网中的至少一个能量消耗设备的能量分配，并且包括可编程时钟，以便限定设备的操作将开始和/或设备的维护将开始的时间。在这些情况下，例如经由来自控制单元30的命令，待执行和待监视的控制程序可以被加载到该另一个控制单元上。基于从本地能量源10获得的监视数据和可选的任何其它监视数据(例如从仪表40获得的监视数据)，该另一个控制单元然后配置成用于在预限定的限制内优化控制程序。这种体系结构的优点是可以最小化在家庭网络上和在家庭外向控制单元30的传送数据的需要。这最小化了由于数据交换的性能不良而导致的故障的风险，以及任何第三非授权人员可以访问关于电力的生产和消耗的这种数据例如来追踪是否确实有人在家的风险。
注意，虽然在图1中，箭头描绘了直接从控制单元30的通信单元31到其它通信设备的彼此的信息交换，但这并不意味着通信总是需要直接的，并且信息也可以在不同的通信单元之间中继。此外，如将在图2中示出的，可以经由例如WLAN路由器将家庭内的信息传送到“云”中的控制单元，其中通信单元11、21、41、51和/或81被实现为局域网中的WiFi通信单元。
此外，将本地能量源10的第一通信单元11和能量存储系统20的第二通信单元21配置成能够通过使用诸如REST API、使用Oauth2认证和MQTT等协议的直接无线通信来彼此通信，可能是有利的。这种直接通信可以是这些通信单元的默认设置，但是如果经由家庭WLAN网络的通信不能正常工作，则这种直接通信也可以被用作备用。
这些示例不是限制性的，并且可以使用和/或组合许多可替换的通信方法，优选但不一定是无线通信方法。
图2以更形象的方式示出了系统的一些元件。本地能量源10由加有被连接到无线通信单元11的逆变器的太阳能电池板组成，其中本地能量源插入家庭电网200的第一电源插口/插座201；能量存储系统10显示为被插入到家庭电网200的第二电源插口/插座202中的基座，具有加有逆变器和无线通信单元21的电池。第一无线通信单元11和第二无线通信单元21与WiFi路由器300无线地交换信息，该路由器与执行控制单元30的功能的云100通信。用户设备80也能够与云100通信，能够从云接收关于家庭电网的信息，并且还可以向云100发送信息以控制家庭电网中的能量分配。
系统的实施例(例如如图1和/或图2所描绘的)可以允许实现以下用例中的一个或多个：
a.独立运行(Stand-alone)|在这种情况下，用户将本地能量源(诸如太阳能电池板)和能量存储系统插入到家庭电网的电源插口/插座中。二者联接到无线数据或信息网络(例如WLAN网络)，以便将信息提供至控制单元，并经由该控制单元的通信单元提供至用户设备(例如移动电话)。不需要连接其它设备，没有收集功率使用数据。因此，不能创建使用概况(usage profiles)。将能量生产数据提供给用户设备并在显示器上显示给用户。然后，用户可以选择是仅在本地能量源(例如太阳能电池板)发电时充电，还是手动编程能量存储系统以根据一天中的时间进行充电和放电。在充电/放电的两种情况下，也与按时间选择的本地能量生产有关，用户可以调节功率。例如，当本地能量源以50％的容量生产时，用户可以输入指令来对能量存储系统充电。这意味着能量存储系统将只对所报告的功率输出的50％进行充电，留下剩余的50％直接从本地能量源放电到家庭电网中，以用于插入到家庭电网中的能量消耗设备。附加地或替代地，用户可以经由用户设备的输入单元输入与何时对所存储的功率进行放电以及又以什么功率电平进行放电有关的指令。例如，用户可以输入指令来将能量存储系统以50瓦从18:00放电到24:00。当本地能量源再次开始生产能量时，能量存储系统的再充电将重新启动。附加地或替代地，例如，如果用户具有可变的电力合同，则他/她可以选择在特定的时间段(白天或夜间)，只要来自电网的电力可能最便宜，就对能量存储系统充电。然后放电同样地作用。然后，因为能量消耗设备需要能量，由本地能量源生产的任何能量由家庭电网使用。
b.使用驱动(Usage-Driven)|如果在系统中存在所谓的“智能”仪表，则这种用例是特别相关的，其中来自该仪表的数据(诸如能量供应数据)可以被控制单元利用。例如该数据由电力公司根据客户的要求发布，以创建更详细的用户概况。实时收集使用数据或一天一次收集使用数据，并随时间推移生成综合概况。于是，某些最大使用量的峰值就可能变得明显。然后，取决于能量存储系统的可用存储容量，可以将生产和存储容量用作最小化那些使用峰值的算法的输入。在某些情况下，其他“智能”/IoT设备(诸如智能恒温器)也可以配置成向控制单元提供信息，例如以：
i.进一步优化消耗曲线以增加可再生的、本地生产的电力的使用；
ii.调节加热/冷却器具等以最小化成本。
c.微电网(Micro-Grid)|所要求保护的系统的几个实施例可以连接到小型直接电网(例如，一个建筑物中的几个公寓)或地理区域中的虚拟微电网。然后，控制单元可以控制微电网中的几个系统，以通过使用网络内的生产和存储容量来进一步优化它们的可再生电力消耗并最小化成本。例如，一个用户所产生的过剩功率可以在其它用户需要电时由其它用户消耗或存储。
d.价格驱动(Price-Driven)|在某些存在与电力公司和电力代理商合作的可能性的实施例中，可以基于地理住所向控制单元提供关于电力合同的信息，用户可以从该信息选择最合适的一个。然后，基于存储的可变价格合同的定价信息，算法将开发充电/放电循环以优化成本。注意，在家庭电网中存在本地能量源不是必需的，但是可以单独使用。
图3至图5示出了根据第一实施例的能量存储系统20。该实施例的能量存储系统20由若干元件23、24、25、26组成，这些元件相互电连接并且部分地机械连接成组件。图3和图4示出了系统20的个别元件，图5示出了处于组装状态的系统20。如图5所示，本文中的系统包括具有基座23、第一电池24和电源插座26的组件。与其联接的是任何可选的额外电池25。每个这样的额外电池都存在于电池保持器27中，电池保持器27通过电缆271连接到基座23的电缆连接器234，并且每个这样的额外电池可以设有夹持部279。
在该第一实施例中，基座23设有第二通信单元21。在该图中示出的是天线。本领域技术人员将会理解，第二通信单元21的其它电子部件(例如收发器)被隐藏在基座23内。基部23还包括控制器22，在图3至图5中未示出。控制器适宜为微控制器芯片；注意，第二通信单元21然后也可以被设置在该微控制器芯片上或使用该微控制器芯片。它可以设有存储器。基座还设有底侧231和顶侧232。在顶侧232处，存在电池24可与之连接的插口233。该插座233提供机械连接和电连接，以便对电池24进行充电和/或放电。基座还设有经由连接器236到电网235的电缆连接。
电池24典型地是本领域已知的常规锂离子电池。电池24针对用做岛式电池设有开/关按钮241以节省功率，设有显示器242和在其顶侧上的连接器243，在连接器243上可以设置另一单元26。在该实施例中，另一单元26是电源插座单元，其包括插口261和无线充电板262。另一单元26还设有与电池24的连接器243相匹配的连接器263。电池24还设有夹持部249。
图6和7从两个不同的视角示出了作为本地能量源的太阳能电池板的实施例，其包括光伏阵列101、支撑结构102、连接到电力网的电缆103、以及逆变器104。注意，该特定实施例不仅是即插即用的(即可使用电缆连接102插入到通用电源插口中)，而且是便携式的：它可以根据需要使用支撑结构102来定位，在实施例中，支撑结构102可以配置成允许光伏阵列有多个方向。典型地，第一通信单元11(在这些图中未示出)将被合并到逆变器104中，但是它也可以被实现为单独的单元。
图8示出了用于在本系统的情境中使用的便携式设备的应用程序(“app”)的示例屏幕。在该示例中，第一区段801示出了前一天的发电，按钮也允许用户改为查看在过去一周、过去一个月或过去一年的发电。第二区段802示出所产生的总功率和所实现的相关碳减少。第三区段803示出了生产随时间变化的曲线图。第四区段804包括滑动按钮806，其允许用户在需要时关闭所有面板。第五或菜单区段805允许用户访问不同的区段，诸如仪表板、电池监视和控制屏幕、以及设置，“面板”图标被强调，以表明当前正在显示哪个屏幕。
图9A-9C示出了应用程序的示例屏幕，其可以在选择菜单区段805中的“电池”选项时被示出，第五或菜单区段905被修改以强调电池图标而不是“面板”图标。具体地，图9A示出了当能量存储系统正在充电并且系统中存在本地能量源(特别地，一个或多个太阳能电池板)时可以显示的示例屏幕。图9B示出了当能量存储系统正在充电并且系统中当前没有本地能量源时可以显示的示例屏幕。图9C示出了当能量存储系统正在放电时可以显示的示例屏幕。注意，在屏幕的比例使得屏幕不能完全显示在便携式设备的屏幕上的情况下，可以以可滚动的方式实施。
图9A和9B示出了当能量存储系统正在充电(即从家庭电网获取能量)时的可能的屏幕。这在屏幕的第一区段901中示出，其中强调了“充电”一词，而不强调“放电”一词。屏幕的第二区段902示出被充电的能量存储系统的百分比，并且进一步指定能量存储系统能够因此能够提供多少功率(以Wh计)。第二区段902还示出了能量存储系统的电荷随时间(例如在整个一周内)的演变。在第三区段903中，给出了关于能量存储系统的一些信息，即在本示例中的存储容量、充电是否接通、以及本地能量存储系统的健康指示。
能量存储系统从家庭电网获取的能量可以是由诸如一个或多个太阳能电池板的本地能量源生成的能量或来自公共电网的能量，注意，能量存储系统本身不能区分以上两者。因此，在第四区段904中，它可以由用户或由控制单元基于是否接收到指示将本地能量源插入到系统中的信息、以及可选地从本地能量源(如果存在的话)接收到的信息的内容来指示能量存储系统是从“太阳能”(或另一个本地能量源)还是从“电网”充电。
屏幕的其余部分可以基于所选择的或所确定的电荷源来调整。图9A示出了可以在电池从一个或多个太阳能电池板(或另一本地能量源)充电的情况下显示的示例屏幕。在这种情况下，第六区段906示出了滑动条，该滑动条指示所生成的功率中有多少被分配到能量存储系统/电池，以及多少留在家庭电网中以用于其它能量消耗设备。注意，所示的滑动条表示百分比，但是也可以是特定量的功率的分配。用户可以使用该滑动条将一定百分比的生成功率分派给电池，或者控制单元可以基于从各种来源接收的信息将该百分比设置为有利的值。第七区段907示出了选项框，用户可以勾选以指示当没有太阳时(即，当从本地能量源接收的信息指示有很少或没有电力产生时)能量存储系统应该从电网充电，或者不勾选以指示当没有太阳时能量存储系统应该禁止充电。
注意，尽管本说明书中给出的大多数示例都假定存在插入到系统中的本地能量源，但是即使在没有这样的能量源的情况下也可以有利地使用能量存储系统。图9B示出了可以在这种情况下显示的可能的屏幕。代替第六区段906和第七区段907，显示了第八区段908和第九区段909：第八区段908包括选项框，用户可以勾选该选项框以指示充电应该被限制到某个时间段，并且第九区段909显示下拉菜单，用户可以使用该下拉菜单以指示充电的开始时间和充电的结束时间。注意，如果未勾选区段908中的选项框，则第九区段909可以为空。最后，注意，在某些实施例中，开始时间和结束时间也可以由控制单元基于从各种来源接收的信息来确定。
图9C示出了当电池放电时的示例屏幕。这在第一区段901中通过强调“放电”一词和去强调“充电”一词来指示。此外，可以修改第二区段902中的信息，以显示在当天(或在另一时间段)放电的功率量，而不是显示充电百分比和所存储的能量。可以修改第三区段903以指示正在放电而不是充电，但其他方面可以保持不变。屏幕还可以包括指示放电百分比的第十区段310。第十一区段911可以包括选项框，用户可以勾选该选项框以指示应该将放电限制在某个时间段，然后第十二区段912显示下拉菜单，用户可以使用该下拉菜单指示充电(放电)的开始时间和充电(放电)的结束时间。注意，如果未勾选第十一区段911中的选项框，则第十二区段912可以为空。最后，注意，在某些实施例中，开始时间和结束时间也可以由控制单元基于从各种来源接收的信息来确定。
应当清楚的是，所示的屏幕仅旨在示出可能性，而不是将界面限制到所示的特定布置。许多其它配置是可能的，以允许用户监视插入到家庭电网中并与控制单元交换信息的(一个或多个)本地能量源和(一个或多个)能量存储系统；并且优选地还允许用户直接地或通过向控制单元提供某些偏好和/或约束来控制插入到家庭电网中的(一个或多个)本地能量源和(一个或多个)能量存储系统。
参考标号：
1、公共电网，10、本地能量源，11、第一通信单元，101、光伏阵列，102、太阳能电池板支撑结构，103、连接到电力网的太阳能电池板电缆，104、逆变器，20、能量存储系统，21、第二通信单元，22、(能量存储系统的)控制器，23、基座，231、基座的顶侧，232、基座的底侧，233、用于电池连接的插口，234、到额外电池25的电缆连接器，235、到电力网的电缆连接，236、连接器，24、第一电池，241、开/关按钮，242、显示器，243、用于电源插座单元的连接器，249、夹持部，25、额外电池，26、电源插座单元，261、插口，262、无线充电板，263、到电池的连接器，27、用于额外电池的保持器，271、到保持器27的电缆，279、夹持部，30、控制单元，31、第三通信单元，32、处理单元，40、智能仪表，即可以(经由无线和/或有线通信)电读取的仪表，41、通信单元，50、60、70、能量消耗设备，51、设备50的通信单元，80、用户设备，81、通信单元，82、处理单元，83、输入单元，84、显示器，800、示例屏幕，801、第一区段，802、第二区段，803、第三区段，804、第四区段，805、第五或菜单区段，806、滑动按钮，901、第一区段，902、第二区段，903、第三区段，904、第四区段，905、第五或菜单区段，906、第六区段，907、第七区段，908、第八区段，909、第九区段，910、第十区段，911、第十一区段，912、第十二区段，100、云，200、家庭电网，201、第一电源插口/插座，202、第二电源插口/插座，300、WiFi路由器。

Claims (15)

1.一种能量分配系统，包括：
本地能量源，优选太阳能电池板系统，其能够插入到家庭电网的电源插口中，并且包括第一通信单元或通信地联接到第一通信单元，所述第一通信单元配置成传送与所述本地能量源相关的信息；
本地能量存储系统，优选地包括电池和用于所述电池的基座，所述本地能量存储系统能够插入到所述家庭电网的另一电源插口中，并且包括第二通信单元或通信地联接到第二通信单元，所述第二通信单元配置成传送与所述能量存储系统相关的信息并接收控制信号；
控制单元，其包括第三通信单元和处理单元，所述第三通信单元配置成从所述第一通信单元接收与所述本地能量源有关的信息，以及从所述第二通信单元接收与所述能量存储系统有关的信息；
其中，所述处理单元配置成，基于所接收的信息确定所述家庭电网中的能量向所述能量存储系统的分配，并相应地生成用于所述能量存储系统的控制信号；
其中，所述第三通信单元还配置成将所生成的控制信号传送到所述能量存储系统。
2.根据权利要求1所述的能量分配系统，其特征在于，所述第一通信单元和所述第二通信单元配置成经由无线局域网进行通信，并且优选地其中所述第三通信单元经由外部连接联接到所述局域网。
3.根据权利要求1或2所述的能量分配系统，其特征在于，所述第一通信单元和所述第二通信单元还配置成经由不同于所述无线局域网的无线通信信道在彼此之间进行无线通信。
4.根据权利要求3所述的能量分配系统，其特征在于，经由所述无线通信信道在所述第一通信单元和所述第二通信单元之间的所述无线通信包括：根据所述能量存储系统和/或所述太阳能电池板的请求，从所述太阳能电池板向所述能量存储系统传输数据。
5.根据前述权利要求中任一项所述的能量分配系统，其特征在于，所述控制单元远离所述能量存储系统，所述能量存储系统还包括控制器，所述控制器配置成控制所述能量存储系统的充电和放电，优选地控制所述能量存储系统的电池的充电和放电。
6.根据权利要求5所述的能量分配系统，其特征在于，所述控制器配置成按照从所述控制单元传送的指引进行操作。
7.根据权利要求6所述的能量分配系统，其特征在于，所述控制器还配置成基于直接从所述太阳能电池板传送的信息进行操作。
8.根据权利要求7所述的能量分配系统，其特征在于，所述控制器配置成基于从所述太阳能电池板传送的所述信息来修改指引。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的能量分配系统，其特征在于，所述能量存储系统还配置成用于监视充电状态以生成监视信息，其中，所述能量存储系统的所述控制器配置成使用所述监视信息来控制所述充电和/或放电。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的能量分配系统，其特征在于，所述能量存储系统的所述控制器还设有内部时钟，并且所述控制器配置成在预定时刻改变所述能量存储系统的操作。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的能量分配系统，其特征在于，所述控制单元的所述第三通信单元配置成向所述能量存储系统的所述控制器发送对信息概述的请求，其中，这样的信息概述至少临时存储在与所述能量存储系统的所述控制器相关联的存储器上。
12.根据权利要求11所述的能量分配系统，其特征在于，所述能量存储系统的所述控制器配置成在传输到所述控制单元之前对信息概述进行加密。
13.根据前述权利要求中任一项所述的能量分配系统，其特征在于，所述控制单元配置成与用户设备通信。
14.一种在家庭网络中的能量分配的方法，所述家庭网络包括本地能量源、本地能量存储系统和家庭电网，所述本地能量源和所述本地能量存储系统连接到所述家庭电网，并且所述家庭电网还设有通向公共电网的入口，所述本地能量源和所述能量存储系统分别包括第一通信单元和第二通信单元，所述第一通信单元和所述第二通信单元配置成经由无线局域网与控制单元的第三通信单元进行通信，所述方法包括根据本地能量源的电力生产和所述家庭网络中的电力消耗来控制所述本地能量存储系统中的充电和/或放电的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述控制步骤包括：
-将操作指引从所述控制单元传送到所述能量存储系统；
-接收关于实际电力生产和电力消耗的信息；以及
-当需要时，基于所接收的信息修改所述操作指引；以及
-设定符合所述操作指引的充电或放电的速率。
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