DE102011082252A1

DE102011082252A1 - System mit einem Haushaltsgerät und einer Energiemanagementeinrichtung, Haushaltsgerät und Verfahren zum Einleiten eines Betriebsprozesses eines Haushaltsgeräts

Info

Publication number: DE102011082252A1
Application number: DE102011082252A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kolbe
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: DE102011082252B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System 1 mit einem Haushaltsgerät 2, welches einen von einem Benutzer aktivierbaren Sparmodus aufweist, in welchem ein Betriebsprozess des Haushaltsgeräts 2 aufgrund eines externen Aktivierungssignals einleitbar ist, und mit einer von dem Haushaltsgerät 2 verschiedenen Energiemanagementeinrichtung 3 zum Abgeben des Aktivierungssignals an das Haushaltsgerät 2, um den Betriebsprozess im Sparmodus des Haushaltsgeräts 2 einzuleiten, wobei das Haushaltsgerät 2 eine Schalteinrichtung 12, 13 zum Koppeln des Haushaltsgeräts 2 mit einem elektrischen Stromnetz umfasst, welche zwischen einem Standby-Zustand, in welchem das Haushaltsgerät 2 von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist, und einem Aktivzustand schaltbar ist, in welchem das Haushaltsgerät 2 mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt ist, wobei das Haushaltsgerät 2 einen Empfänger 15 aufweist, der im Standby-Zustand von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist und der dazu ausgelegt ist, im Sparmodus des Haushaltsgeräts 2 das Aktivierungssignal zu empfangen und nach Empfangen des Aktivierungssignals ein Schalten der Schalteinrichtung 12, 13 in den Aktivzustand zu veranlassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit einem Haushaltsgerät, welches einen von einem Benutzer aktivierbaren Sparmodus aufweist, in welchem ein Betriebsprozess des Haushaltsgeräts aufgrund eines externen Aktivierungssignals eingeleitet wird. Das System beinhaltet außerdem eine vom Haushaltsgerät separate Energiemanagementeinrichtung, welche zum Abgeben des Aktivierungssignals an das Haushaltsgerät ausgebildet ist, um den Betriebsprozess im Sparmodus des Haushaltsgeräts einzuleiten. Beispielsweise bestimmt die Energiemanagementeinrichtung einen Zeitpunkt für den Start des Betriebsprozesses in Abhängigkeit von einem Preis für elektrische Energie. Das Haushaltsgerät hat eine Schalteinrichtung zum Koppeln des Haushaltsgeräts mit einem elektrischen Stromnetz. Die Schalteinrichtung ist zwischen einem Standby-Zustand, in welchem das Haushaltsgerät von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist, und einem Aktivzustand schaltbar, in welchem das Haushaltsgerät mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Haushaltsgerät, wie auch ein Verfahren zum Einleiten eines Betriebsprozesses eines Haushaltsgeräts.
Es geht vorliegend also um ein Haushaltsgerät, welches an ein intelligentes Stromnetz (so genanntes „Smart Grid“) angeschlossen werden kann und bei welchem der Zeitpunkt für das Einleiten eines Betriebsprozesses – etwa eines Waschprozesses bei einer Waschmaschine oder aber eines Trocknungsprozesses bei einem Wäschetrockner – vorzugsweise unter Berücksichtigung von Energiepreisen bestimmt wird. Solche Haushaltsgeräte sind bereits Stand der Technik. In der Regel wird hier eine Zentrale, von dem Haushaltsgerät separate Energiemanagementeinrichtung bereitgestellt, welche Daten mit Informationen über die momentanen und zukünftigen Kosten der elektrischen Energie empfangen und verarbeiten kann. Eine solche Energiemanagementeinrichtung – etwa ein intelligenter Stromzähler – kann dann an einzelne Haushaltsgeräte Steuerbefehle abgeben, aufgrund deren der jeweilige Betriebsprozess eingeleitet wird, und zwar zu einem zuvor unter Berücksichtigung der Energiekosten bestimmten Zeitpunkt.
Also können bei derartigen Systemen die Informationen über den zeitlichen Verlauf des Preises für elektrische Energie empfangen und bei der Festlegung des Startzeitpunktes des Betriebsprozesses berücksichtigt werden. Der Startzeitpunkt wird hier automatisch und benutzerunabhängig festgelegt, nämlich mittels der vorgenannten Energiemanagementeinrichtung. Diese Energiemanagementeinrichtung kann die Informationen über den Preis für elektrische Energie beispielsweise über das Internet oder aber ein anderes Datennetz empfangen, und zwar von dem Stromanbieter. Die intelligente Festlegung des Startzeitpunktes des Betriebsprozesses erfolgt in einem Sparmodus des Haushaltsgeräts, welcher durch den Benutzer aktiviert werden muss. Der Benutzer hat somit die Möglichkeit, entweder selbst den Betriebsprozess – in herkömmlicher Weise – zu starten oder aber den Sparmodus einzuschalten, damit der Betriebsprozess automatisch zu dem günstigsten Zeitpunkt eingeleitet werden kann. Am Beispiel einer Waschmaschine kann dies so erfolgen: Der Benutzer öffnet die Tür der Waschmaschine und legt die Wäschestücke in die Wäschetrommel hinein. Der Benutzer wählt dann das gewünschte Waschprogramm aus und schaltet die Waschmaschine – etwa durch Betätigen eines Bedienelements – in den Sparmodus. Die Energiemanagementeinrichtung bestimmt nun den optimalen Zeitpunkt für den Start des Waschprozesses unter Berücksichtigung der empfangenen Informationen über den zukünftigen Verlauf des Preises für elektrische Energie. Alternativ kann die Energiemanagementeinrichtung auch den jeweils aktuellen Preis fortlaufend überwachen und den Steuerbefehl dann an das Haushaltsgerät senden, wenn der momentane Preis einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet und/oder eine weitere Bedingung bezüglich des Preises erfüllt ist.
Die Energiemanagementeinrichtung überwacht also den Preis für elektrische Energie, der sich auch verändern kann. Dies bedeutet, dass die Entscheidung über den Start des Betriebsprozesses auch unter Umständen spontan getroffen werden kann, wenn der aktuelle Preis beispielsweise den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Der optimale Startzeitpunkt kann somit nicht immer vorhergesehen werden, sondern der Betriebsprozess kann auch spontan gestartet werden, nämlich als Reaktion auf eine Preissenkung. Soll der Betriebsprozess eingeleitet werden, so übermittelt die Energiemanagementeinrichtung an das Haushaltsgerät ein Aktivierungssignal, aufgrund dessen der Betriebsprozess gestartet wird. Dies bedeutet insbesondere, dass auf Seiten des Haushaltsgeräts stets überwacht werden muss, ob die Energiemanagementeinrichtung das Aktivierungssignal sendet oder nicht. Es wäre jedoch mit dem Ziel des Sparmodus, Kosten für elektrische Energie zu sparen, nicht vereinbar, wenn während des Wartens auf das Aktivierungssignal das Haushaltsgerät kontinuierlich aktiviert wäre. In diesem Falle würde das Haushaltsgerät zusätzliche Energie verbrauchen, was grundsätzlich zu erhöhten Kosten führen würde.
Eine Schaltungsanordnung für den Standby-Betrieb eines Haushaltsgeräts ist beispielsweise aus dem Dokument US 7 765 416 B2 bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem System der eingangs genannten Gattung während des Wartens auf das Aktivierungssignal der Energiemanagementeinrichtung im Sparmodus des Haushaltsgeräts einerseits elektrische Energie gespart werden kann und andererseits sichergestellt werden kann, dass das Aktivierungssignal zuverlässig empfangen und der Betriebsprozess eingeleitet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System, durch ein Haushaltsgerät sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
Ein erfindungsgemäßes System beinhaltet ein Haushaltsgerät einerseits sowie eine Energiemanagementeinrichtung andererseits. Das Haushaltsgerät weist einen von einem Benutzer aktivierbaren Sparmodus auf, in welchem ein Betriebsprozess des Haushaltsgeräts aufgrund eines Aktivierungssignals der Energiemanagementeinrichtung eingeleitet werden kann. Die Energiemanagementeinrichtung ist zum Abgeben des Aktivierungssignals an das Haushaltsgerät ausgebildet, und zwar vorzugsweise unter Berücksichtigung eines Preises für elektrische Energie. Das Haushaltsgerät umfasst eine Schalteinrichtung, welche zum Koppeln des Haushaltsgeräts mit einem elektrischen Stromnetz ausgebildet ist. Die Schalteinrichtung kann zwischen einem Standby-Zustand, in welchem das Haushaltsgerät von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist, und einem Aktivzustand hin- und hergeschaltet werden, in welchem das Haushaltsgerät mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt ist. Das Haushaltsgerät umfasst einen Empfänger, der im Standby-Zustand von dem Stromnetz vollständig elektrisch getrennt ist und der dazu ausgelegt ist, im Sparmodus des Haushaltsgeräts das Aktivierungssignal zu empfangen und nach Empfangen des Aktivierungssignals ein Schalten der Schalteinrichtung in den Aktivzustand zu veranlassen.
Der erfindungsgemäße Effekt wird somit dadurch erzielt, dass beim Warten auf das Aktivierungssignal der Energiemanagementeinrichtung im Sparmodus des Haushaltsgeräts das Haushaltsgerät – mit dem Empfänger – von dem Stromnetz elektrisch vollständig getrennt ist und der Empfänger unabhängig von dem elektrischen Stromnetz betreibbar und versorgbar ist. Beim Warten auf das Aktivierungssignal wird somit keine Energie aus dem elektrischen Stromnetz verbraucht, und der Empfänger kann dennoch das Aktivierungssignal empfangen und die Aktivierung des Haushaltsgeräts veranlassen. Beispielsweise wird hier ein vollständig energieautarker Empfänger eingesetzt, der mit elektrischer Energie ausschließlich aus dem Aktivierungssignal versorgt wird. Wie bei einem passiven RFID (Radio Frequency Identification) kann hier über eine Antenne die Energie von Radiowellen aufgefangen und energetisch verwendet werden. Alternativ kann das Haushaltsgerät eine Energiespeichereinheit beinhalten, welche im Standby-Zustand ebenfalls vollständig vom elektrischen Stromnetz getrennt ist und zum Versorgen des Empfängers mit elektrischer Energie dient. Das erfindungsgemäße System hat den Vorteil, dass beim Warten auf das Aktivierungssignal im Sparmodus des Haushaltsgeräts einerseits elektrische Energie gespart wird und andererseits der Empfänger das Aktivierungssignal zuverlässig empfangen kann.
Insbesondere ist der Empfänger eine energiesparende Überwachungseinheit (Ultra-Low-Power Wake-Up), welche im Sparmodus einen vorbestimmten Frequenzbereich daraufhin überwacht, ob das Aktivierungssignal vorliegt oder nicht. Vorzugsweise ist der Empfänger ein ISM-Empfänger (Industrial, Scientific and Medical Band).
Der Empfänger kann in dem Sparmodus des Haushaltsgeräts fortlaufend überprüfen, ob die Energiemanagementeinrichtung das Aktivierungssignal sendet. Dies bedeutet, dass der Empfänger kontinuierlich in Betrieb ist, so dass das Aktivierungssignal der Energiemanagementeinrichtung stets empfangen werden kann. Es wird somit verhindert, dass ein von der Energiemanagementeinrichtung gesendetes Aktivierungssignal nicht zu einem Start des Betriebsprozesses führt und die Energiemanagementeinrichtung das Aktivierungssignal noch einmal senden muss. Der Empfänger kann fortlaufend einen vorbestimmten Frequenzbereich daraufhin überprüfen, ob das Aktivierungssignal gesendet wird oder nicht.
Wie bereits ausgeführt, kann der Empfänger – ähnlich wie passive RFIDs – vollständig energieautark ausgebildet sein, so dass grundsätzlich keine separate Energiequelle eingesetzt werden muss. Er kann alleine mit elektrischer Energie aus dem Aktivierungssignal – elektromagnetische Welle – versorgt werden. Im Hinblick auf eine relativ geringe Leistung des Aktivierungssignals erweist sich jedoch als besonders vorteilhaft, wenn das Haushaltsgerät eine Energiespeichereinheit aufweist, die zumindest im Standby-Zustand von dem Stromnetz vollständig elektrisch getrennt ist. Der Empfänger wird dann mit elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit versorgt. Eine derartige Energiespeichereinheit, welche im Standby-Zustand unabhängig von dem elektrischen Stromnetz elektrische Energie bereitstellt, hat den Vorteil, dass neben dem Empfänger gegebenenfalls auch eine separate Kommunikationseinrichtung versorgt werden kann, die mit der Energiemanagementeinrichtung bidirektional kommunizieren kann.
Bevorzugt umfasst die Energiespeichereinheit eine Batterie und/oder einen Kondensator, insbesondere einen Doppelschichtkondensator (SuperCap und/oder PowerCap). Der Kondensator kann im Aktivzustand, wenn das Haushaltsgerät mit dem Stromnetz gekoppelt ist, mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Stromnetz aufgeladen werden. Die Batterie kann eine Lithium-Thionylchlorid „Li-SOCl₂“-Batterie sein. Die Lebensdauer einer solchen Batterie beträgt ca. 10 bis 15 Jahre bzw. die Batterie kann so lange elektrische Energie bereitstellen, wie die verbrauchte Spannung während der Lebenszeit der Batterie kleiner als die Batteriekapazität ist. Wird sowohl die Batterie als auch der Kondensator eingesetzt, so fungiert die Batterie lediglich als Langzeit-Reserve für den Fall, dass sich der Kondensator entlädt, wenn sich das Haushaltsgerät über längere Zeit im Standby-Zustand befindet. Der Kondensator übernimmt in dieser Kombination die Hauptfunktion der Spannungsversorgung des Empfängers – und gegebenenfalls einer separaten Kommunikationseinrichtung – im Standby-Zustand beim Warten auf das Aktivierungssignal der Energiemanagementeinrichtung. Dieser Kondensator kann im Aktivzustand geladen werden.
Wie bereits ausgeführt, kann der Sparmodus des Haushaltsgeräts mittels eines Bedienelements aktiviert werden, welches durch den Benutzer betätigt werden kann. Also kann das Haushaltsgerät ein Bedienelement aufweisen, mittels welchem der Sparmodus aktivierbar ist. Durch Betätigen des Bedienelements kann der Empfänger mit der Energiespeichereinheit elektrisch gekoppelt werden, so dass ausschließlich im Sparmodus der Empfänger aktiviert ist. Dies bedeutet, dass bei deaktiviertem Sparmodus auch der Empfänger deaktiviert ist. Somit wird ein ungewollter und zufälliger Start des Betriebsprozesses mittels des Empfängers verhindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Aktivierungssignal ein Funksignal: Die Energiemanagementeinrichtung kann zum drahtlosen Erzeugen des Aktivierungssignals ausgebildet sein, während der Empfänger zum drahtlosen Empfangen des Aktivierungssignals ausgebildet ist. Die Energiemanagementeinrichtung kann zum Aussenden des Aktivierungssignals in einem ISM-Frequenzband (Industrial, Scientific and Medical Band) ausgebildet sein. Entsprechend kann auch der Empfänger zum Empfangen des Aktivierungssignals in demselben ISM-Band ausgebildet sein. Der Empfänger kann also ein ISM-Empfänger sein. Insbesondere wird hier der UHF-Frequenzbereich verwendet, etwa 433 MHz bis 440 MHz oder 868 MHz bis 870 MHz oder 888 MHz bis 889 MHz oder 902 MHz bis 928 MHz. Das Aktivierungssignal kann also ein Funkdatagramm sein, aufgrund dessen der Empfänger die Aktivierung des Haushaltsgeräts und den Start des Betriebsprozesses veranlasst. Bei einer drahtlosen Übermittlung des Aktivierungssignals erübrigt sich der Einsatz eines kabelgebundenen Datenübertragungskanals mit den damit verbundenen Nachteilen hinsichtlich der Kosten und des wertvollen Bauraums.
Bevorzugt ist der Empfänger ausschließlich zum Empfangen, nicht jedoch zum Senden von Signalen ausgebildet.
Wie bereits ausgeführt, kann das Haushaltsgerät eine von dem Empfänger verschiedene bzw. separate Kommunikationseinrichtung aufweisen, welche zur bidirektionalen Kommunikation mit der Energiemanagementeinrichtung ausgebildet ist. Die Kommunikationseinrichtung kann nach Aktivierung des Sparmodus durch den Benutzer ein Informationssignal mit einer Information an die Energiemanagementeinrichtung senden, dass der Sparmodus aktiviert wurde und die Energiemanagementeinrichtung den Strompreis überwachen und gegebenenfalls das Aktivierungssignal senden soll, wenn die Aktivierungsbedingungen erfüllt sind. Der Einsatz der separaten Kommunikationseinrichtung hat den Vorteil, dass der Kommunikationsaufwand zwischen dem Haushaltsgerät und der Energiemanagementeinrichtung auf diese Kommunikationseinrichtung verlagert werden kann und diese im Sparmodus gegebenenfalls in einen Bereitschaftsmodus (Standby-Modus) geschaltet werden kann, während der Empfänger besonders klein ausgeführt werden kann und die Funktion des Empfangens des Aktivierungssignals übernehmen kann. Auch somit kann elektrische Energie gespart werden, denn die separate Kommunikationseinrichtung kann nur dann aktiviert werden, wenn eine bidirektionale Kommunikation mit der Energiemanagementeinrichtung erforderlich ist.
Vorzugsweise erfolgt die bidirektionale Kommunikation zwischen der Kommunikationseinrichtung und der Energiemanagementeinrichtung gemäß einem Kommunikationsstandard der IEEE-802.11-Familie. Es kann hier beispielsweise der WLAN-Standard (IEEE-802.11) und/oder der ZigBee-Standard (IEEE-802.11.4) eingesetzt werden. Die Kommunikationseinrichtung kann als energiesparender integrierter Schaltkreis zur drahtlosen Kommunikation ausgeführt sein (Ultra-Low-Power Wireless Single Chip Controller). Ein derartiger Kontroller besteht intern üblicherweise aus zwei Prozessor-Kernen, nämlich einem Netzwerk- und Applikationsprozessor sowie einem Radioprozessor für die Abarbeitung der Luftschnittstellen-Protokolle und Algorithmen, wie auch aus einer weiteren, separaten Logikeinheit, welche mindestens mit einer Echtzeituhr, einem Oszillator und einem nicht-flüchtigen Speicher ausgestattet ist.
Wie der Empfänger, kann auch die Kommunikationseinrichtung ausschließlich im Sparmodus des Haushaltsgeräts aktiviert werden. Dies bedeutet, dass die Kommunikationseinrichtung nur dann aktiviert werden kann, wenn der Benutzer den Sparmodus aktiviert. Die Kommunikationseinrichtung kann auch mit der vorgenannten Energiespeichereinheit elektrisch koppelbar sein und mit elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit versorgt werden.
Also übermittelt die Kommunikationseinrichtung nach Aktivieren des Sparmodus eine Information an die Energiemanagementeinrichtung, dass der Sparmodus aktiviert wurde. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn nach Übermittlung dieses Informationssignals an die Energiemanagementeinrichtung die Kommunikationseinrichtung von einem Aktivmodus in einen Bereitschaftsmodus – insbesondere selbsttätig – geschaltet wird. Auf diesem Wege gelingt es, elektrische Energie zu sparen, denn die Kommunikationseinrichtung kann nur dann aktiviert werden, wenn eine Kommunikation mit der Energiemanagementeinrichtung erfolgen soll.
Der Empfänger kann nach Empfangen des Aktivierungssignals von der Energiemanagementeinrichtung die Kommunikationseinrichtung von dem Bereitschaftsmodus in den Aktivmodus schalten und an die Kommunikationseinrichtung ein Startsignal abgeben, aufgrund dessen die Kommunikationseinrichtung ein Schalten der Schalteinrichtung in den Aktivzustand bewirkt und einen Steuerbefehl an eine Steuereinrichtung des Haushaltsgeräts abgibt, um den Betriebsprozess einzuleiten. Der Empfänger schaltet somit die Schalteinrichtung nicht selbst in den Aktivzustand, sondern aktiviert die Kommunikationseinrichtung und sendet an die Kommunikationseinrichtung das Startsignal, mit welchem die Kommunikationseinrichtung über das Vorhandensein des Aktivierungssignals von der Energiemanagementeinrichtung informiert wird. Die Kommunikationseinrichtung bewirkt dann die Aktivierung des Haushaltsgeräts und den Start des Betriebsprozesses. Eine solche Verlagerung dieser Funktionen an die Kommunikationseinrichtung hat den Vorteil, dass der Empfänger besonders klein und energiesparend ausgeführt werden kann; der Empfänger besitzt im Prinzip lediglich die Funktion, das Aktivierungssignal zu empfangen und daraufhin die Kommunikationseinrichtung zu aktivieren. Weil die „größere“ Kommunikationseinrichtung beim Warten auf das Aktivierungssignal in den Bereitschaftsmodus geschaltet werden kann, wird somit elektrische Energie gespart.
Nach Empfangen des Startsignals von dem Empfänger kann die Kommunikationseinrichtung zunächst ein Signal mit einer Bestätigungsanfrage an die Energiemanagementeinrichtung senden. Die Kommunikationseinrichtung kann das Schalten der Schalteinrichtung in den Aktivzustand nur dann bewirken und den Steuerbefehl an die Steuereinrichtung des Haushaltsgeräts nur dann abgeben, wenn die Energiemanagementeinrichtung bestätigt, dass der Betriebsprozess eingeleitet werden soll. Diese Ausführungsform sorgt für die Betriebssicherheit des Systems: Es wird somit ein unerwünschtes Aktivieren des Haushaltsgerätes sowie ein ungewollter Start des Betriebsprozesses aufgrund von Störsignalen verhindert, die gegebenenfalls von dem Empfänger als Aktivierungssignale interpretiert werden. Die Energiemanagementeinrichtung kann dabei auch weitere Informationen bezüglich des durchzuführenden Betriebsprozesses an die Kommunikationseinrichtung übermitteln, etwa einen Betriebsparameter für den Betriebsprozess – beispielsweise ein Betriebsprogramm (etwa Waschprogramm bei einer Waschmaschine), gemäß welchem der Betriebsprozess durchgeführt werden soll.
Erfolgt nach der Übermittlung der Bestätigungsanfrage keine Bestätigung von Seiten der Energiemanagementeinrichtung, so kann die Kommunikationseinrichtung des Haushaltsgeräts wieder in den Bereitschaftsmodus geschaltet werden, und zwar selbsttätig.
Beim Warten auf das Aktivierungssignal im Sparmodus kann die Energiemanagementeinrichtung auch Bereitschaftssignale an das Haushaltsgerät senden, mit denen die Bereitschaft der Energiemanagementeinrichtung bzw. ihr Betrieb signalisiert wird. Und zwar kann die Energiemanagementeinrichtung in vorbestimmten Zeitabständen – insbesondere periodisch bzw. zyklisch – jeweils ein Bereitschaftssignal an das Haushaltsgerät senden, und der Empfänger des Haushaltsgeräts kann nach Empfangen des Bereitschaftssignals die Kommunikationseinrichtung von dem Bereitschaftsmodus in den Aktivmodus schalten und an die Kommunikationseinrichtung ein Signal abgeben, aufgrund dessen ein Zähler in einem Datenspeicher der Kommunikationseinrichtung implementiert wird. Somit kann die Kommunikationseinrichtung überprüfen, ob die Energiemanagementeinrichtung im Betrieb ist oder aber ausgefallen ist.
Das Bereitschaftssignal der Energiemanagementeinrichtung ist vorzugsweise ebenfalls ein ISM-Funkdatagramm bzw. ein Funksignal, welches in dem verwendeten ISM-Frequenzband an den Empfänger übermittelt wird. Der Empfänger kann somit insgesamt – insbesondere ausschließlich – zwischen zwei unterschiedlichen ISM-Funkdatagrammen unterscheiden, nämlich zwischen dem Aktivierungssignal einerseits und dem Bereitschaftssignal andererseits.
Die zyklische Übermittlung des Bereitschaftssignals kann insbesondere mit einer Periodendauer aus einem Wertebereich von 1 Minute bis 5 Minuten erfolgen. Ein derartiges Bereitschaftssignal wird auch als „Heart Beat“ bezeichnet und hat für das Haushaltsgerät die Bedeutung, dass bisher noch keine Bedingungen für das Aktivieren des Haushaltsgeräts eingetreten sind, aber trotzdem die Energiemanagementeinrichtung aktiv und betriebsbereit ist. Somit braucht von der Kommunikationseinrichtung selbst kein eigenes aktives, periodisches Erfragen (Polling) von eventuell in der Energiemanagementeinrichtung vorliegenden Aktivierungsbedingungen durchgeführt werden.
Beim Warten auf das Aktivierungssignal in dem Sparmodus kann die Kommunikationseinrichtung ebenfalls in vorbestimmten Zeitabständen – insbesondere periodisch – jeweils selbsttätig von dem Bereitschaftsmodus in den Aktivmodus geschaltet werden, um einen Zustand des Zählers zu überprüfen. Dies kann so erfolgen, dass unabhängig von den Bereitschaftssignalen der Energiemanagementeinrichtung durch die Echtzeituhr (oder aber auch durch einen so genannten „Watchdog“-Timer) in der Logikeinheit der Kommunikationseinrichtung ein periodisches, zeitgesteuertes Aktivieren des Netzwerk- und Applikations-Prozessors durchgeführt wird, etwa mit einer Periodendauer aus einem Wertebereich von 1 Minute bis 5 Minuten. Nach Aktivierung des Netzwerks- und Applikations-Prozessors kann dieser den Zustand des Zählers auf erfolgte asynchrone Inkrementierung seit dem letzten Aufwachzyklus überprüfen. Wird festgestellt, dass die Energiemanagementeinrichtung nicht korrekt arbeitet bzw. gestört ist, kann eine gesicherte Kommunikationsverbindung zur Energiemanagementeinrichtung aufgebaut werden. Die Kommunikationseinrichtung kann hier eine Abfrage eventuell in der Energiemanagementeinrichtung vorliegender Aktivierungsbedingungen durchführen und dann die Kommunikationsverbindung wieder abbauen. Wird hingegen der Zähler als „funktionierend“ bzw. als „inkrementiert“ detektiert, so braucht keine Abfrage (Polling) mehr durchgeführt werden. Eine solche Vorgehensweise sichert die Funktion des gesamten Aktivierungsmechanismus auch bei gestörter oder fehlender ISM-Kommunikation.
Nach Beendigung des Betriebsprozesses des Haushaltsgeräts kann die Kommunikationseinrichtung eine Information über die Beendigung des Betriebsprozesses an die Energiemanagementeinrichtung senden. Auf diesem Wege wird die Energiemanagementeinrichtung über die Beendigung des Betriebsprozesses informiert.
Die Kommunikationseinrichtung kann nach Beendigung des Betriebsprozesses auch die Schalteinrichtung wieder in den Standby-Zustand schalten, so dass das vollständige Haushaltsgerät von dem elektrischen Stromnetz getrennt wird. Dadurch wird die elektrische Energie gespart.
Gegebenenfalls kann nach Beendigung des Betriebsprozesses von der Kommunikationseinrichtung auch ein Abschlussbericht über den beendeten Betriebsprozess an die Energiemanagementeinrichtung übermittelt werden. Ein derartiger Abschlussbericht kann beispielsweise Informationen über die im Betriebsprozess verbrauchte elektrische Energie und/oder über die Zeitdauer des Betriebsprozesses und/oder Statusinformationen und/oder Fehlermeldungen beinhalten.
Das Haushaltsgerät kann ein Gerät zur Pflege von Wäschestücken sein, nämlich eine Waschmaschine oder ein Wäschetrockner oder ein Waschtrockner. Alternativ kann das Haushaltsgerät eine Geschirrspülmaschine oder aber ein Gerät zur Zubereitung von Lebensmitteln sein, etwa ein Backofen.
Ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät weist einen von einem Benutzer aktivierbaren Sparmodus auf, in welchem ein Betriebsprozess des Haushaltsgeräts aufgrund eines Aktivierungssignals einer externen Energiemanagementeinrichtung einleitbar ist, wobei das Haushaltsgerät eine Schalteinrichtung zum Koppeln des Haushaltsgeräts mit einem elektrischen Stromnetz umfasst, welche zwischen einem Standby-Zustand, in welchem das Haushaltsgerät von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist, und einem Aktiv-Zustand schaltbar ist, in welchem das Haushaltsgerät mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt ist. Das Haushaltsgerät beinhaltet einen Empfänger, der im Standby-Zustand von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist und der dazu ausgelegt ist, im Sparmodus das Aktivierungssignal zu empfangen und nach Empfangen des Aktivierungssignals ein Schalten der Schalteinrichtung in den Aktivzustand zu veranlassen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Einleiten eines Betriebsprozesses eines Haushaltsgeräts mit Hilfe einer Energiemanagementeinrichtung ausgelegt. Ein Benutzer aktiviert einen Sparmodus des Haushaltsgeräts. Die Energiemanagementeinrichtung erzeugt ein Aktivierungssignal und gibt das Aktivierungssignal an das Haushaltsgerät ab, um den Betriebsprozess im Sparmodus des Haushaltsgeräts einzuleiten. Ein Empfänger des Haushaltsgerätes empfängt das Aktivierungssignal, wobei der Empfänger von einem elektrischen Stromnetz elektrisch getrennt ist. Eine Schalteinrichtung wird von einem Standby-Zustand in einen Aktivzustand aufgrund des Aktivierungssignals geschaltet, wobei über die Schalteinrichtung das Haushaltsgerät mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt wird.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße System vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Haushaltsgerät sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein System mit einem Haushaltsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ein in der Figur dargestelltes System 1 beinhaltet ein Haushaltsgerät 2, wie auch eine Energiemanagementeinrichtung 3. Das Haushaltsgerät 2 kann beispielsweise eine Waschmaschine oder ein Waschtrockner oder ein Wäschetrockner sein. Es kann alternativ ein Gerät zur Zubereitung von Lebensmitteln sein. Das System 1 befindet sich in einem Haushalt, wobei die Energiemanagementeinrichtung 3 über ein Datennetz 4 – etwa über das Internet – mit dem Stromanbieter kommuniziert. Über das Datennetz 4 empfängt die Energiemanagementeinrichtung 3 Daten mit Informationen über den aktuellen sowie gegebenenfalls auch den zukünftigen Preis für elektrische Energie. Diese Informationen kann die Energiemanagementeinrichtung beispielsweise in Form einer Tabelle empfangen, so dass im Prinzip ein zeitlicher Verlauf des Preises der elektrischen Energie für ein nachfolgendes Zeitintervall vorliegt.
Die Energiemanagementeinrichtung 3 kann beispielsweise ein so genannter „intelligenter Stromzähler“ sein, welcher an ein intelligentes Stromnetz „Smart Grid“ angeschlossen ist. Die Energiemanagementeinrichtung 3 kann Aktivierungssignale an unterschiedliche Haushaltsgeräte des Haushalts übermitteln, so dass die jeweiligen Betriebsprozesse der Haushaltsgeräte aufgrund der Aktivierungssignale gestartet werden. Die Bestimmung des Startzeitpunkts erfolgt jeweils unter Berücksichtigung des Preises für elektrische Energie. Beispielsweise kann der Betriebsprozess des Haushaltsgeräts 2 dann mittels der Energiemanagementeinrichtung 3 gestartet werden, wenn der Preis für elektrische Energie einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.
Das Haushaltsgerät 2 beinhaltet eine Standby-Einrichtung 5, welche den Start des Betriebsprozesses aufgrund des Aktivierungssignals von der Energiemanagementeinrichtung 3 ermöglicht. Die Standby-Einrichtung 5 umfasst einen Versorgungsanschluss 6, an welchem eine Versorgungsgleichspannung V_CC bereitgestellt wird, nämlich von einer in der Figur nicht dargestellten Versorgungseinheit, etwa einem Netzteil. Die Amplitude der Versorgungsgleichspannung V_CC kann beispielsweise 3,3 V betragen. Die Standby-Einrichtung 5 hat außerdem einen Busanschluss 7, über welchen die Standby-Einrichtung 5 mit einer zentralen Steuereinrichtung des Haushaltsgeräts 2 kommuniziert. Der Busanschluss 7 ist mit einem Kommunikationsbus 8 des Haushaltsgeräts 2 elektrisch gekoppelt, mit welchem auch die genannte Steuereinrichtung verbunden ist.
Wird am Versorgungsanschluss 6 eine für den Betrieb der Standby-Einrichtung 5 zu hohe Gleichspannung bereitgestellt, so kann die Amplitude dieser Spannung mit Hilfe eines Gleichspannungswandlers 9 herabgesetzt werden. Gegebenenfalls kann jedoch auf den Gleichspannungswandler 9 verzichtet werden, wenn am Versorgungsanschluss 6 die gewünschte Versorgungsgleichspannung V_CC bereitgestellt wird.
Eine lokale Steuereinheit 10 – etwa ein Mikrokontroller – ist sowohl mit dem Versorgungsanschluss 6 als auch mit dem Busanschluss 7 gekoppelt. Die lokale Steuereinheit 10 wird also mit der Versorgungsgleichspannung V_CC versorgt und kann über den Kommunikationsbus 8 mit der zentralen Steuereinrichtung kommunizieren. Das Haushaltsgerät 2 weist außerdem ein Bedienelement 11 auf, mittels welchem der Benutzer das Haushaltsgerät 2 aktivieren kann. Beim Betätigen des Bedienelements 11 wird eine Schalteranordnung 12 geschlossen, welche im Ausführungsbeispiel zwei separate Schalter umfasst: Über den ersten Schalter werden zwei Phasenleiter L, L’ kurzgeschlossen; über den zweiten Schalter wird die lokale Steuereinheit 10 aktiviert. Beim Schließen der Schalteranordnung 12 wird das Haushaltsgerät 2 also mit dem elektrischen Stromnetz elektrisch gekoppelt. Die Schalteranordnung 12 ist dabei ein Bestandteil einer Schalteinrichtung, welche außerdem einen elektrischen Schalter 13 umfasst. Auch über den Schalter 13 können die Phasenleiter L, L’ kurzgeschlossen werden, so dass das Haushaltsgerät 2 mit dem elektrischen Stromnetz verbunden wird. Die Schalteinrichtung einschließlich der Schalteranordnung 12 und des Schalters 13 ist also zwischen einem Standby-Zustand und einem Aktivzustand hin- und herschaltbar. Im Standby-Zustand ist das Haushaltsgerät 2 – alle Komponenten des Haushaltsgeräts 2 – von dem elektrischen Stromnetz elektrisch getrennt. Im Aktivzustand hingegen ist das Haushaltsgerät 2 mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt. Im Aktivzustand liegt am Versorgungsanschluss 6 auch die Versorgungsgleichspannung V_CC an, während im Standby-Zustand keine Spannung am Versorgungsanschluss 6 anliegt. Der Standby-Zustand der Schalteinrichtung 12, 13 entspricht also einem Standby-Zustand des Haushaltsgeräts 2, in welchem das Haushaltsgerät 2 von dem Stromnetz getrennt ist. Der Aktivzustand der Schalteinrichtung 12, 13 entspricht hingegen einem Aktivzustand des Haushaltsgeräts 2.
Wie bereits ausgeführt, kann das Haushaltsgerät 2 ein Aktivierungssignal von der Energiemanagementeinrichtung 3 empfangen, aufgrund dessen ein Betriebsprozess – etwa ein Waschprozess – gestartet wird. Dazu weist das Haushaltsgerät 2 einen Sparmodus auf, in welchem der Start des Betriebsprozess aufgrund des Aktivierungssignals der Energiemanagementeinrichtung 3 ermöglicht ist. Dieser Sparmodus kann durch den Benutzer mittels eines weiteren Bedienelements 14 aktiviert werden. Der Benutzer hat hier die Wahl: Er kann den Betriebsprozess selbst starten – etwa mit Hilfe des Bedienelements 11 oder aber eines anderen Bedienelements – oder er kann den Sparmodus aktivieren, nämlich mittels des weiteren Bedienelements 14. Wird der Sparmodus aktiviert, wo braucht der Benutzer nichts mehr zu tun; der Betriebsprozess wird dann automatisch eingeleitet, und zwar zu einem von der Energiemanagementeinrichtung 3 festgelegten Zeitpunkt.
Der Sparmodus ist unabhängig von den genannten Zuständen des Haushaltsgeräts 2, nämlich unabhängig von dem Standby-Zustand und dem Aktivzustand. Beim Warten auf das Aktivierungssignal der Energiemanagementeinrichtung 3 im aktivierten Sparmodus befindet sich das Haushaltsgerät 2 jedoch im Standby-Zustand, so dass das Haushaltsgerät 2 von dem elektrischen Stromnetz vollständig getrennt ist. Es fließt somit kein elektrischer Strom von dem Stromnetz zum Haushaltsgerät 2. Es ist deshalb eine besondere Herausforderung, Maßnahmen zu treffen, die gewährleisten, dass das Aktivierungssignal von der Energiemanagementeinrichtung 3 dennoch durch das Haushaltsgerät 2 empfangen und der Betriebsprozess gestartet werden kann. Zu diesem Zwecke beinhaltet die Standby-Einrichtung 5 einen Empfänger 15 einerseits sowie eine Kommunikationseinrichtung 16 andererseits, welche ein Bestandteil eines Kommunikationsmoduls 17 ist.
Während der Empfänger 15 lediglich zum Empfangen von Signalen dient, ist die Kommunikationseinrichtung 16 bzw. das Kommunikationsmodul 17 zur bidirektionalen Kommunikation mit der Energiemanagementeinrichtung 3 ausgebildet. Der Empfänger 15 dient zum drahtlosen Empfangen des Aktivierungssignals der Energiemanagementeinrichtung 3. Er ist im Ausführungsbeispiel ein so genannter „Wake-Up“-Empfänger (Ultra-Low-Power Wake-Up), also eine energiesparende Überwachungseinheit, welche einen vorbestimmten Frequenzbereich daraufhin überwacht, ob das Aktivierungssignal vorliegt oder nicht. Die Energiemanagementeinrichtung 3 erzeugt das Aktivierungssignal in einem ISM-Frequenzband (Industrial, Scientific, Medical Band), wobei bevorzugt ein UHF-Frequenzbereich verwendet wird. Das Aktivierungssignal ist also ein ISM-Funkdatagramm bzw. ein Funksignal bzw. ein Radiosignal, welches in Form einer elektromagnetischen Welle übertragen wird, und zwar drahtlos.
Im Ausführungsbeispiel ist der Empfänger 15 in der Lage, zwei unterschiedliche Signale zu empfangen: Neben dem genannten Aktivierungssignal kann der Empfänger auch ein Bereitschaftssignal der Energiemanagementeinrichtung 3 empfangen, mit welchem die Bereitschaft bzw. ein Aktiviertsein (Präsenz) der Energiemanagementeinrichtung 3 signalisiert wird. Auch das Bereitschaftssignal ist ein ISM-Funkdatagramm.
Hingegen erfolgt die bidirektionale Datenübertragung zwischen der Energiemanagementeinrichtung 3 und der Kommunikationseinrichtung 16 gemäß einem Standard der IEEE-802.11-Familie, also gemäß einem gesicherten Kommunikationsstandard. Es wird beispielsweise der WLAN-Standard (WiFi) und/oder der ZigBee-Standard verwendet. Dazu ist die Kommunikationseinrichtung 16 mit einer lokalen Antenne und/oder einer externen Antenne 18 verbunden, über welche die drahtlose Kommunikation mit der Energiemanagementeinrichtung 3 erfolgt.
Die Kommunikationseinrichtung 16 ist ein Kommunikationskontroller, welcher als integrierter Schaltkreis (Ultra-Low-Power Wireless Single Chip Kontroller) ausgebildet ist. Dieser Kommunikationskontroller dient zur Kommunikation gemäß dem genannten Kommunikationsstandard. Die Kommunikationseinrichtung 16 beinhaltet zwei Prozessor-Kerne, nämlich einen Netzwerk- und Applikations-Prozessor 19 sowie einen Radioprozessor 20, welcher zur Abarbeitung der Luftschnittstellen-Protokolle und Algorithmen, also zur tatsächlichen Kommunikation mit der Energiemanagementeinrichtung 3 ausgebildet ist. Des Weiteren beinhaltet die Kommunikationseinrichtung 16 eine (Standby-)Logikeinheit 21, welche zumindest mit einer Echtzeituhr, einem Oszillator und einem nicht flüchtigen Speicher einschließlich eines Zählers 22 ausgestattet ist. Die Kommunikationseinrichtung 16 – nämlich der Netzwerk- und Applikations-Prozessor 19 – ist auch mit dem Busanschluss 7 bzw. dem Kommunikationsbus 8 gekoppelt, und zwar über einen Anschluss 23 des Kommunikationsmoduls 17.
Die Kommunikationseinrichtung 16 kann zwischen einem Bereitschaftsmodus (so genannter „Idle“-Mode) sowie einem Aktivmodus hin- und hergeschaltet werden. Die Umschaltung kann sowohl selbsttätig durch die Kommunikationseinrichtung 16 als auch durch den Empfänger 15 erfolgen. In dem Bereitschaftsmodus sind die beiden Prozessoren 19, 20 deaktiviert, und lediglich die Logikeinheit 20 bleibt aktiv. Die Logikeinheit 21 kann die beiden Prozessoren 19, 20 aktivieren bzw. die gesamte Kommunikationseinrichtung 16 in den Aktivmodus umschalten, wie dies in der Figur mit einer Pfeildarstellung 24 schematisch dargestellt ist. Sie kann auch den Bereitschaftsmodus starten.
Weiterhin befindet sich in der Standby-Einrichtung 5 als Spannungsversorgung für das Kommunikationsmodul 17 sowie den Empfänger 15 im Standby-Zustand des Haushaltsgeräts eine Energiespeichereinheit 25, welche eine Kombination aus einem Doppelschicht-Kondensator 26 sowie einer Batterie 27 ist. Die Batterie 27 kann eine 3-Volt-Batterie sein. Sie ist bevorzugt eine Lithium-Thionylchlorid-Batterie (Li-SOCl₂). Die Servicezeit einer solchen Lithium-Batterie beträgt in der Regel zwischen 10 und 15 Jahren. Die Batterie 27 fungiert dabei lediglich als Backup und Langzeit-Reserve für den Fall der Entladung des Doppelschicht-Kondensators 26, wenn der Standby-Zustand des Haushaltsgeräts 2 über längere Zeit andauert. Der Doppelschichtkondensator 26 übernimmt in dieser Kombination die Hauptfunktion der Spannungsversorgung des Kommunikationsmoduls 17 sowie des Empfängers 15 im Standby-Zustand des Haushaltsgeräts. Der Doppelschicht-Kondensator 26 kann dann im Aktivzustand des Haushaltsgeräts 2 wieder aufgeladen werden, wie dies in der Figur mit einer elektrischen Verbindung 28 dargestellt ist. Der Doppelschicht-Kondensator 26 kann also mit dem Versorgungsanschluss 6 elektrisch gekoppelt sein. Der Doppelschicht-Kondensator 26 und die Batterie 27 sind elektrisch parallel zueinander geschaltet.
Wenn der vorgenannte Sparmodus des Haushaltsgeräts 2 deaktiviert ist (Bedienelement 14 nicht betätigt), sind der Empfänger 15 und das Kommunikationsmodul 17 vollständig deaktiviert, d.h. von der Energieversorgung vollständig getrennt. Wird der Sparmodus aktiviert, so werden der Empfänger 15 und das Kommunikationsmodul 17 mit der Energiespeichereinheit 25 elektrisch gekoppelt, und zwar über eine weitere Schalteranordnung 29. Diese Schalteranordnung 29 beinhaltet im Ausführungsbeispiel drei elektrische Schalter: Über den ersten Schalter wird die Kommunikationseinrichtung 16 und der Empfänger 15 mit der Energiespeichereinheit 25 elektrisch gekoppelt; über den zweiten Schalter wird die Kommunikationseinrichtung 16 mit dem Schalter 13 gekoppelt, so dass die Kommunikationseinrichtung 16 diesen Schalter 13 ansteuern kann. Über den dritten Schalter wird die Kommunikationseinrichtung 16 und der Empfänger 15 mit dem Versorgungsanschluss 6 gekoppelt. Beim Betätigen des Bedienelements 14 wird neben der Schalteranordnung 29 auch ein weiterer Schalter 30 geschlossen, über welchen die lokale Steuereinheit 10 über das Aktiviertsein des Sparmodus informiert wird.
Beim Warten auf das Aktivierungssignal der Energiemanagementeinrichtung 3 nach Aktivieren des Sparmodus durch den Benutzer befindet sich das Haushaltsgerät 2 zunächst im Standby-Zustand, d.h. sämtliche Komponenten sind vom Stromnetz getrennt. Der Empfänger 15 und die Kommunikationseinrichtung 16 werden mit elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit 25 versorgt. Erst nach Empfangen des Aktivierungssignals wird der Schalter 13 betätigt, und das Haushaltsgerät 2 wird von dem Standby-Zustand in den Aktivzustand geschaltet, in welchem es mit dem Stromnetz gekoppelt wird und die Versorgungsgleichspannung V_CC am Versorgungsanschluss 6 bereitgestellt wird.
Für ein automatisches, funk-ferngesteuertes Einschalten des Haushaltsgeräts 2 mit anschließendem Prozessstart als gewünschte Echtzeit-Reaktion auf eine „Ad-hoc“-Änderung des Strompreises zu einem späteren Zeitpunkt sind im Wesentlichen drei Vorbereitungsschritte durch den Benutzer notwendig: Zum einen ist das Haushaltsgerät 2 (Waschmaschine oder Trockner) entsprechend zu beladen bzw. vorzubereiten und ein entsprechendes Wasch- bzw. Trocknungsprogramm muss ausgewählt oder aber als so genanntes „Memory“-Programm gespeichert sein. Zum anderen muss in der Energiemanagementeinrichtung 3 eine Konfiguration für das Haushaltsgerät 2 hinterlegt sein, das bei Unterschreiten eines bestimmten Grenzwerts des Energiepreises ein automatischer Start des Haushaltsgeräts 2 erfolgen soll. Dies kann gegebenenfalls mit zusätzlichen zeitlichen Randbedingungen kombiniert werden, nämlich beispielsweise mit einem spätest-möglichen Start- oder Ende-Zeitpunkt. Des Weiteren muss der Benutzer die beabsichtigte Fernsteuerbarkeit durch manuelle Betätigung des Bedienelements 14 bestätigen. Durch diese Betätigung wird die Stromversorgung für das Kommunikationsmodul 17 und den Empfänger 15 aktiviert.
Nach dem Einschalten des Sparmodus und der Energieversorgung (Schließen der Schalteranordnung 29) baut die Kommunikationseinrichtung 16 zuerst eine Kommunikationsverbindung zur Energiemanagementeinrichtung 3 auf und führt alle notwendigen Registrierungs- und Authentifizierungs-Prozeduren aus, meldet den aktivierten Sparmodus und handelt eine Konfiguration und Aktivierung einer separaten, unidirektionalen ISM-Funkverbindung zwischen der Energiemanagementeinrichtung 3 und dem Empfänger 15 aus. Dies bedeutet, dass die Kommunikationseinrichtung 16 eine Information an die Energiemanagementeinrichtung 3 darüber übermittelt, dass der Sparmodus aktiviert wurde und die Energiemanagementeinrichtung 3 den optimalen Zeitpunkt für den Start des Betriebsprozesses bestimmen soll.
Dann wird die Kommunikationseinrichtung 16 in den Bereitschaftsmodus geschaltet.
Nach erfolgreicher Anmeldeprozedur initialisiert und startet die Energiemanagementeinrichtung 3 zwei funktechnische Prozesse in dem verwendeten ISM-Frequenzbereich: Mit einer Periodendauer von beispielsweise 1 Minute bis maximal 5 Minuten wird zyklisch jeweils ein Bereitschaftssignal von der Energiemanagementeinrichtung 3 an den Empfänger 15 gesendet. Dieses Bereitschaftssignal ist ein Funksignal bzw. ein ISM-Funkdatagramm, welches für das Haushaltsgerät 2 die Bedeutung hat, dass bisher noch keine Bedienungen für das Aktivieren des Haushaltsgeräts eingetreten sind, jedoch trotzdem die „logische“ Kommunikationsbeziehung zwischen der Energiemanagementeinrichtung 3 und dem Haushaltsgerät 2 aktiv und betriebsbereit ist. Die Energiemanagementeinrichtung 3 signalisiert also dem Haushaltsgerät 2 das Aktiviertsein bzw. die Bereitschaft zum Erzeugen des Aktivierungssignals in der Zukunft, wenn die Aktivierungsbedingungen erfüllt werden. Somit braucht von der Kommunikationseinrichtung 16 selbst kein eigenes aktives, periodisches Erfragen (Polling) von eventuell in der Energiemanagementeinrichtung 3 vorliegenden Aktivierungsbedingungen zu erfolgen. Das Bereitschaftssignal der Energiemanagementeinrichtung 3 besitzt einerseits eine eindeutige Kennung bzw. Identifikation des Haushaltsgeräts 2 und andererseits auch eine Information über die Bereitschaft der Energiemanagementeinrichtung 3, so dass dieses Bereitschaftssignal von dem Aktivierungssignal unterschieden werden kann.
Der zweite funktechnische Prozess betrifft das Aktivierungssignals, das nach Erfülltsein der Aktivierungsbedingungen gesendet wird.
Der Empfänger 15 überwacht beim Warten auf das Aktivierungssignal im Sparmodus fortlaufend den verwendeten ISM-Frequenzbereich. Der Empfänger 15 ist dazu ausgebildet, das Bereitschaftssignal der Energiemanagementeinrichtung 3 zu empfangen. Wird dieses Bereitschaftssignal empfangen, so gibt der Empfänger 15 an einem ersten Ausgang 31 ein Signal an die Kommunikationseinrichtung 16 ab, und zwar an die Logikeinheit 21. Weil die Kommunikationseinrichtung 16 sich im Sparmodus grundsätzlich in dem Bereitschaftsmodus befindet, wird sie nun aufgrund des Signals des Empfängers 15 in den Aktivmodus geschaltet. Und zwar wird die Kommunikationseinrichtung 16 nach Empfang des Bereitschaftssignals der Energiemanagementeinrichtung 3 für eine kurze Zeitdauer aktiviert, um den Zähler 22 zu inkrementieren. Danach wird die Kommunikationseinrichtung 16 wieder in den Bereitschaftsmodus selbsttätig geschaltet, in welchem sie weniger als 5 µW verbraucht.
Unabhängig von der Übermittlung des Bereitschaftssignals der Energiemanagement 3 wird durch die Echtzeituhr oder auch durch einen so genannten Watchdog-Timer in der Logikeinheit 21 ein periodisches, zeitgesteuertes Aktivieren des Netzwerk- und Applikations-Prozessors 19 durchgeführt, etwa mit einer Periodendauer von ungefähr 1 Minute bis maximal 5 Minuten. Nach der Aktivierung des Netzwerk- und Applikations-Prozessors 19 überprüft dieser den Zustand des Zählers 22 auf erfolgte asynchrone Inkrementierung seit dem letzten Aufwachzyklus. Wird festgestellt, dass kein Bereitschaftssignal von der Energiemanagementeinrichtung 3 gesendet wurde, wird eine gesicherte Kommunikationsverbindung von der Kommunikationseinrichtung 16 zur Energiemanagementeinrichtung 3 hergestellt und eine Abfrage von eventuell in der Energiemanagementeinrichtung 3 vorliegenden Aktivierungsbedingungen durchgeführt. Es wird also nachgefragt, ob die Aktivierungsbedingungen bereits erfüllt sind oder nicht. Dann wird diese Kommunikationsverbindung wieder abgebaut. Wird dagegen festgestellt, dass der Zustand des Zählers 22 korrekt ist, wird kein aktives Erfragen (Polling) mehr durchgeführt. Dieses Vorgehen sichert das Funktionieren des gesamten Aktivierungsmechanismus auch bei gestörter oder fehlender ISM-Kommunikation. Durch die Übermittlung der Bereitschaftssignale von der Energiemanagementeinrichtung 3 wird also insgesamt die Gesamtstrombilanz verbessert und damit die Laufzeit der Kapazität der Energiespeichereinheit 25 extrem erhöht, nämlich aufgrund nicht mehr notwendiger periodischer WLAN- und/oder ZigBee-Verbindungsaufbauten. Weiterhin wird dadurch eine sehr kurze, latenzfreie Reaktionszeit zwischen dem Eintreten der Aktivierungsbedingungen in der Energiemanagementeinrichtung 3 und dem Start des Betriebsprozesses erreicht.
Sind die Bedingungen für den Start des Betriebsprozesses im Hinblick auf den Preis der elektrischen Energie in der Energiemanagementeinrichtung 3 erfüllt, so sendet die Energiemanagementeinrichtung 3 das Aktivierungssignal an den Empfänger 15. Dieses ISM-Aktivierungssignal beinhaltet ebenfalls einerseits eine Kennung bzw. Identifikation des Haushaltsgeräts 2 und andererseits auch eine Information darüber, dass das Haushaltsgerät 2 aktiviert und der Betriebsprozess eingeleitet werden sollen. Der Empfänger 15 gibt dann ein Startsignal an einen zweiten Ausgang 32 aus, wobei dieses Startsignal von der Logikeinheit 21 empfangen wird. Nach Empfangen des Startsignals schaltet die Logikeinheit 21 die Kommunikationseinrichtung 16 in den Aktivmodus, und die Kommunikationseinrichtung 16 sendet ein Signal mit einer Bestätigungsanfrage an die Energiemanagementeinrichtung 3. Die Energiemanagementeinrichtung 3 kann nun die Übermittlung des Aktivierungssignals bestätigen und gegebenenfalls auch zusätzliche Ausführungsparameter für den Betriebsprozess an die Kommunikationseinrichtung 16 übermitteln. Nach Empfang dieser Bestätigung schaltet die Kommunikationseinrichtung 16 den Schalter 13 in den geschlossenen Schaltzustand, so dass das Haushaltsgerät 2 mit elektrischer Energie aus dem Stromnetz versorgt wird. Die zentrale Stromversorgung ist nun aktiviert, und die Versorgungsgleichspannung V_CC wird bereitgestellt. Der Doppelschichtkondensator 26 wird aufgeladen. Zusätzlich übermittelt die Kommunikationseinrichtung 16 über den Kommunikationsbus 8 an die zentrale Steuereinrichtung eine Nachricht, dass der Betriebsprozess eingeleitet werden soll. Für die Dauer des Betriebsprozesses erfolgt die Stromversorgung des Kommunikationsmoduls 17 über den Versorgungsanschluss 6 und zwar mit der Versorgungsgleichspannung V_CC. Die Kommunikationsverbindung zwischen der Kommunikationseinrichtung 16 und der Energiemanagementeinrichtung 3 kann auch während des Betriebsprozesses aufrechterhalten werden, nämlich beispielsweise zum Zwecke des Empfangs von Nachrichten seitens der Energiemanagementeinrichtung 3. Die Energiemanagementeinrichtung 3 kann beispielsweise eine Information an die Kommunikationseinrichtung 16 übermitteln, dass der Betriebsprozess für eine bestimmte Zeitdauer unterbrochen werden soll, weil etwa das Stromnetz überlastet ist.
Nach Beendigung des Betriebsprozesses wird die Energiemanagementeinrichtung 3 über die erfolgreiche Beendigung des automatisch gestarteten Betriebsprozesses informiert. Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Kommunikationseinrichtung 16 einen Abschlussbericht an die Energiemanagementeinrichtung 3 sendet, in welchem beispielsweise Verbrauchsdaten, Zeiten, Statusinformationen, Fehlermeldungen und dergleichen angegeben werden. Dann wird die Kommunikationsverbindung wieder abgebaut. Der Schalter 13 wird nun wieder geöffnet und das Haushaltsgerät 2 wird somit von dem elektrischen Stromnetz wieder getrennt. Die Spannungsversorgung für die Kommunikationseinrichtung 16 und den Empfänger 15 wird wieder auf die Energiespeichereinheit 25 umgestellt, und die Kommunikationseinrichtung 16 wird in den Bereitschaftsmodus geschaltet. Der Sparmodus ist weiterhin aktiviert; er kann durch den Benutzer durch Betätigen des Bedienelements 14 wieder deaktiviert werden. Jedoch wird ein erneutes Aktivieren des Haushaltsgerätes 2 und ein neuer Start eines Betriebsprozesses verhindert. Um dies noch einmal zu ermöglichen, muss der Benutzer das Bedienelement aus- und wieder einschalten und/oder eine entsprechende Eingabe an der Energiemanagementeinrichtung 3 vornehmen.
Ein Freigeben bzw. Ausschalten des Bedienelements 14 unterbindet auch zu jeder Zeit durch die Unterbrechung der Stromversorgung für das Kommunikationsmodul 17 jegliche funkgesteuerte Fernaktivierung des Haushaltsgeräts 2 von Seiten der Energiemanagementeinrichtung 3.
Das vorgeschlagene System 1 ermöglicht eine komplett automatische, drahtlose Fernaktivierung aus dem Standby-Zustand mit nachfolgend möglichem Prozessstart beispielsweise aufgrund eintreffender „dynamischer“ Strompreis-Änderungsmitteilung eines Stromanbieters. Die Verwendung der ISM-Funktechnik zusammen mit dem WLAN und/oder ZigBee-Standard erlaubt dabei eine Kombination aus Energieeffizienz mit langen Laufzeiten und Echtzeit-Reaktionsfähigkeit einerseits (durch ISM) sowie notwendigen, hohem Sicherheitsstandard bezüglich Authentifizierung, Integrität und Verschlüsselung bei funkbasierender, automatischer Fernaktivierung andererseits (durch WLAN bzw. ZigBee).
Bezugszeichenliste

1: System
2: Haushaltgerät
3: Energiemanagementeinrichtung
4: Datennetz
5: Standby-Einrichtung
6: Versorgungsanschluss
7: Busanschluss
8: Kommunikationsbus
9: Gleichspannungswandler
10: lokale Steuereinheit
11: Bedienelement
12: Schalteranordnung
13: Schalter
14: Bedienelement
15: Empfänger
16: Kommunikationseinrichtung
17: Kommunikationsmodul
18: Antenne
19: Netzwerk- und Applikations-Prozessor
20: Radio-Prozessor
21: Logikeinheit
22: Zähler
23: Anschluss
24: Pfeildarstellung
25: Energiespeichereinheit
26: Doppelschicht-Kondensator
27: Batterie
28: elektrische Verbindung
29: Schalteranordnung
30: Schalter
31: Ausgang
32: Ausgang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7765416 B2 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kommunikationsstandard der IEEE-802.11-Familie [0018]
IEEE-802.11 [0018]
IEEE-802.11.4 [0018]
Standard der IEEE-802.11-Familie [0046]

Claims

System (1) mit einem Haushaltsgerät (2), welches einen von einem Benutzer aktivierbaren Sparmodus aufweist, in welchem ein Betriebsprozess des Haushaltsgeräts (2) aufgrund eines externen Aktivierungssignals einleitbar ist, und mit einer von dem Haushaltsgerät (2) verschiedenen Energiemanagementeinrichtung (3) zum Abgeben des Aktivierungssignals an das Haushaltsgerät (2), um den Betriebsprozess im Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) einzuleiten, wobei das Haushaltsgerät (2) eine Schalteinrichtung (12, 13) zum Koppeln des Haushaltsgeräts (2) mit einem elektrischen Stromnetz umfasst, welche zwischen einem Standby-Zustand, in welchem das Haushaltsgerät (2) von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist, und einem Aktivzustand schaltbar ist, in welchem das Haushaltsgerät (2) mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) einen Empfänger (15) aufweist, der im Standby-Zustand von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist und der dazu ausgelegt ist, im Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) das Aktivierungssignal zu empfangen und nach Empfangen des Aktivierungssignals ein Schalten der Schalteinrichtung (12, 13) in den Aktivzustand zu veranlassen.
System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (15) dazu ausgelegt ist, in dem Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) fortlaufend zu überwachen, ob die Energiemanagementeinrichtung (3) das Aktivierungssignal sendet.
System (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) eine Energiespeichereinheit (25) aufweist, die zumindest im Standby-Zustand von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist, wobei der Empfänger (15) mit elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit (25) versorgbar ist.
System (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (25) eine Batterie (27) und/oder einen Kondensator (26), insbesondere einen Doppelschicht-Kondensator, aufweist, der im Aktivzustand mit elektrischer Energie aufladbar ist.
System (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) ein Bedienelement (14) aufweist, mittels welchem der Sparmodus durch den Benutzer aktivierbar ist, wobei beim Betätigen des Bedienelements (14) der Empfänger (15) mit der Energiespeichereinheit (25) elektrisch koppelbar ist, so dass ausschließlich im Sparmodus der Empfänger (15) aktiviert ist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinrichtung (3) zum drahtlosen Erzeugen des Aktivierungssignals, insbesondere in einem ISM-Frequenzband, und der Empfänger (15) zum drahtlosen Empfangen des Aktivierungssignals, insbesondere in demselben ISM-Frequenzband, ausgebildet sind.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) eine von dem Empfänger (15) verschiedene Kommunikationseinrichtung (16) aufweist, welche zur bidirektionalen Kommunikation mit der Energiemanagementeinrichtung (3), insbesondere gemäß einem Kommunikationsstandard der IEEE-802.11-Familie, ausgebildet ist und dazu ausgelegt ist, nach Aktivierung des Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) ein Informationssignal mit einer Information über diese Aktivierung an die Energiemanagementeinrichtung (3) zu senden.
System (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Übermittlung des Informationssignals an die Energiemanagementeinrichtung (3) die Kommunikationseinrichtung (16) von einem Aktivmodus in einen Bereitschaftsmodus schaltbar ist.
System (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (15) dazu ausgelegt ist, nach Empfangen des Aktivierungssignals von der Energiemanagementeinrichtung (3) die Kommunikationseinrichtung (16) von dem Bereitschaftsmodus in den Aktivmodus zu schalten und an die Kommunikationseinrichtung (16) ein Startsignal abzugeben, aufgrund dessen die Kommunikationseinrichtung (16) ein Schalten der Schalteinrichtung (12, 13) in den Aktivzustand bewirkt und einen Steuerbefehl an eine Steuereinrichtung des Haushaltsgeräts (2) abgibt, um den Betriebsprozess einzuleiten.
System (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (16) dazu ausgelegt ist, nach Empfangen des Startsignals von dem Empfänger (15) zunächst ein Signal mit einer Bestätigungsanfrage an die Energiemanagementeinrichtung (3) zu senden sowie das Schalten der Schalteinrichtung (12, 13) in den Aktivzustand nur dann zu bewirken und den Steuerbefehl an die Steuereinrichtung nur dann abzugeben, wenn die Energiemanagementeinrichtung (3) das Einleiten des Betriebsprozesses bestätigt.
System (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, in dem Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) in vorbestimmten Zeitabständen, insbesondere periodisch, ein Bereitschaftssignal, insbesondre in dem ISM-Frequenzband, an das Haushaltsgerät (2) zu senden, wobei der Empfänger (15) dazu ausgelegt ist, nach Empfangen des Bereitschaftssignals die Kommunikationseinrichtung (16) in den Aktivmodus zu schalten und an die Kommunikationseinrichtung (16) ein Signal abzugeben, aufgrund dessen ein Zähler (22) in einem Datenspeicher der Kommunikationseinrichtung (16) inkrementiert wird.
System (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) die Kommunikationseinrichtung (16) in vorbestimmten Zeitabständen, insbesondere periodisch, selbsttätig von dem Bereitschaftsmodus in den Aktivmodus schaltbar ist, um einen Zustand des Zählers (22) zu überprüfen.
System (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (16) dazu ausgelegt ist, nach Beendigung des Betriebsprozesses des Haushaltsgeräts (2): – eine Information über die Beendigung des Betriebsprozesses an die Energiemanagementeinrichtung (3) zu senden und/oder – die Schalteinrichtung (12, 13) in den Standby-Zustand zu schalten.
Haushaltsgerät (2), welches einen von einem Benutzer aktivierbaren Sparmodus aufweist, in welchem ein Betriebsprozess des Haushaltsgeräts (2) aufgrund eines Aktivierungssignals einer externen Energiemanagementeinrichtung (3) einleitbar ist, wobei das Haushaltsgerät (2) eine Schalteinrichtung (12, 13) zum Koppeln des Haushaltsgeräts (2) mit einem elektrischen Stromnetz umfasst, welche zwischen einem Standby-Zustand, in welchem das Haushaltsgerät (2) von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist, und einem Aktivzustand schaltbar ist, in welchem das Haushaltsgerät (2) mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) einen Empfänger (15) aufweist, der im Standby-Zustand von dem Stromnetz elektrisch getrennt ist und der dazu ausgelegt ist, im Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) das Aktivierungssignal zu empfangen und nach Empfangen des Aktivierungssignals ein Schalten der Schalteinrichtung (12, 13) in den Aktivzustand zu veranlassen.
Verfahren zum Einleiten eines Betriebsprozesses eines Haushaltsgeräts (2) mithilfe einer von dem Haushaltsgerät (2) verschiedenen Energiemanagementeinrichtung (3) durch: – Aktivieren eines Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) durch einen Benutzer, – Erzeugen eines Aktivierungssignals mittels der Energiemanagementeinrichtung (3) und Abgeben des Aktivierungssignals an das Haushaltsgerät (2), um den Betriebsprozess im Sparmodus des Haushaltsgeräts (2) einzuleiten, – Empfangen des Aktivierungssignals durch einen Empfänger (15) des Haushaltsgeräts (2), welcher von einem elektrischen Stromnetz elektrisch getrennt ist, und – Schalten einer Schalteinrichtung (12, 13) des Haushaltsgeräts (2) von einem Standby-Zustand in einen Aktivzustand aufgrund des Aktivierungssignals, wobei über die Schalteinrichtung (12, 13) das Haushaltsgerät (2) mit dem Stromnetz elektrisch gekoppelt wird.