EP2532072A2 - Device and method for connecting an energy-converting terminal - Google Patents

Device and method for connecting an energy-converting terminal

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Publication number
EP2532072A2
EP2532072A2 EP10796023A EP10796023A EP2532072A2 EP 2532072 A2 EP2532072 A2 EP 2532072A2 EP 10796023 A EP10796023 A EP 10796023A EP 10796023 A EP10796023 A EP 10796023A EP 2532072 A2 EP2532072 A2 EP 2532072A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
power
data
energy
supply network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP10796023A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus-Michael Mayer
Friedrich Schoepf
Markus Brandstetter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2532072A2 publication Critical patent/EP2532072A2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00007—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using the power network as support for the transmission
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/121—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using the power network as support for the transmission

Definitions

  • the invention relates to a device for connecting an energy-converting terminal to an electrical energy supply network and for exchanging data via the energy supply network, wherein a network connection for connection to the power supply network, a communication unit for receiving and transmitting data via the power supply network, a logic unit for controlling the Data exchanges and for power control or regulation of the energy converting terminal, sensors and an associated signal conditioning for monitoring the energy conversion terminal and a power unit are provided for controlling the flow of energy to the power conversion terminal.
  • the invention furthermore relates to a method for operating an energy-converting terminal on an electrical energy supply network, for exchanging data via the energy supply network and for controlling or regulating the energy-converting terminal as a function of the exchanged data and of sensor data.
  • modules such as frequency converters, sensors, phase control and power switches as well as communication modules are attached separately to the devices to be controlled or provided at separate measuring points. This construction of different components limits one
  • the first known solutions such as "digital power" cover only part of the integration and are also limited to a switching capacity of about 60 watts.
  • a disadvantage of the known devices is that the solutions are composed of several components and therefore occupy a relatively large volume and require a considerable installation effort. It is an object of the invention to provide an apparatus and a method which provides a cost-effective and space-saving connection of energy enable end devices to a data network operated via Powerline.
  • the object of the invention relating to the device is achieved in that the network connection, the communication unit, the logic unit, a sensor unit with sensors and the signal conditioning associated with the sensors and the power unit are combined in an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the integrated circuit enables the operation of power converting electrical terminals within an environment connected via a data network.
  • the data transmission of the different subscribers of the data network takes place via the lines of the power supply network, which significantly reduces the installation costs compared to the construction of a separate data network.
  • Data exchange enables the network participants to communicate with each other and, for example, with centrally controlling devices and energy managers.
  • the device according to the invention represents the integration of the functions communication, intelligence, power electronics, sensors and independent control algorithms in an integrated module embodied as an ASIC. This integrated circuit can be used for a
  • a variety of applications are used, for example, for a gentle start-up of electric motor consumers, for the operation of pumps with simultaneous recording of temperature data, household appliances and other industrial and commercial equipment, the increasingly on-site intelligence for energy conservation and communication, for example for diagnosis and maintenance.
  • the combination of functions into an application-specific integrated circuit enables the dissemination of the technology in large quantities with low component and installation costs and with the least possible space requirement in the respective energy-converting terminal.
  • own intelligence is provided, as an example, concepts for frequency converter increased switching performance feasible in which the secondary inductance of the motors are used, since then the increased computational, control and evaluation effort can be realized without a Data traffic with a central control and regulating device is required, which would burden the entire system.
  • the intelligence necessary for the data exchange and the control or regulation of various energy-converting terminals can be provided by the logic unit having a computing unit at least for the regulation, control and diagnosis of the energy-converting terminal, for processing sensor data, for processing from the energy supply network via the communication unit received default and control information and for sending credentials and status information via the communication unit in the power grid.
  • the arithmetic unit assumes the processing of the local control, diagnosis and control tasks taking into account the available sensor data. It receives the defaults and control commands from the data network and conversely communicates status information, logins, sensor data, alarms or other relevant events to the energy management or other network subscribers.
  • the sensor unit has integrated sensors for determining acceleration, position, temperature, current and / or voltage and / or that the sensor unit has an interface for receiving external sensor data and that the sensor unit has a signal conditioning for the signals supplied by the sensors.
  • the sensor unit has integrated sensors for determining acceleration, position, temperature, current and / or voltage and / or that the sensor unit has an interface for receiving external sensor data and that the sensor unit has a signal conditioning for the signals supplied by the sensors.
  • the power unit contains a load drive module, an on / off switch and / or a power supply module
  • the power unit can supply both the energy to the power converting terminal via the load drive module and the on / off Switch as well as optional over that
  • Energy supply module in energy-generating terminals take over the feedback control of energy from the energy-converting terminal in the power grid.
  • different activation variants for example a frequency conversion or a phase gating control, can be implemented in the consumer control module. This allows the connected energy changing terminal both centrally over the data network as well as locally running in the logic unit optimization rules are controlled in its performance.
  • the communication unit has a data module for coupling data into and for decoupling data from the energy supply network and / or that the communication unit has a radio interface.
  • the data exchange over the energy supply network can take place via known communication standards suitable for Powerline, for example via TCP / IP.
  • the data module separates the communication stream from the energy stream and feeds it to the subsequent logic module.
  • the data module receives information from the logic module and distributes it via the power supply network.
  • the optionally provided for example wireless interface allows communication with actuators or sensors that are not connected to the power grid.
  • the radio interface takes on an additional gateway function. Radio standards are preferably provided for the radio interface, which support the energy supply from the radio waves themselves or necessary localization services, which can then also be evaluated locally.
  • the energy flow from the energy supply network to the energy-converting terminal as well as the data flow between the various integrated modules within the application-specific integrated circuit can be made possible by connecting the network connection and the communication unit as well as the communication unit and the power unit via power supply lines and the logic unit having the communication unit, the power unit and the sensor unit and that the sensor unit are connected to the power unit via data lines.
  • the application-specific integrated circuit is designed as a transfer-molded module. This design, known as the system m package, ensures cost-effective compactness, robustness against the effects of weathering and mechanical effects, electrical insulation and dissipation of heat loss.
  • the object of the invention relating to the method is achieved by decoupling data from the energy supply network connected via an integrated network connection in an application-specific integrated circuit (ASIC) between the energy supply network and the energy-converting terminal from an integrated communication unit, and by data being coupled into the energy supply network in that the data exchanged over the power supply network are created or processed by an integrated logic unit, that the integrated logic unit receives and evaluates sensor data from an integrated sensor unit with integrated sensors and an integrated signal processing and that the integrated logic unit transmits the load control of the connected energy-converting terminal an integrated power unit depending on the data exchanged over the power grid and the received Sensor data controls or regulates.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the method enables the operation of different energy-converting terminal devices, for example pumps, household appliances, electromotive consumers or other industrial and commercial devices within the framework of a data network (powerline) that is combined via the energy supply network.
  • control and regulation tasks can be carried out both locally at the terminal or else via centrally controlling devices or energy managers.
  • the data exchange, the control or regulation of the power supply to the terminal and the acquisition of operating data via sensors is carried out in the application-specific integrated circuit and is thus cost and implemented in large quantities.
  • FIG. 1 shows an integrated circuit (ASIC) in a schematic representation.
  • the integrated circuit 10 shown in FIG. 1 serves to connect a not-shown, energy-converting terminal to an electrical energy supply network 61 and to exchange data via the energy supply network 61.
  • the integrated circuit 10 includes a power connector 11, a communication unit 20, a logic unit 30, a sensor unit 40, and a power unit 50.
  • the communication unit is constructed from a data module 21 and a radio interface 22 with a connected integrated antenna 23.
  • the radio interface 22 and the connected integrated antenna 23 are optional components to be provided.
  • the logic unit 30 includes a computing unit 31 in the form of a ⁇ -controller.
  • the power section 50 includes a load drive module 51, an on / off switch 52 and a power feed module 53.
  • the power feed module 53 is optionally provided.
  • the grid connection 1 1 is connected to the power supply network 61.
  • the connection can be single-phase or three-phase.
  • the network connection 1 1 is connected via an energy / data connection 62 to the data module 21 of the communication unit 20.
  • Both the power grid 61 and the power / data link 62 are provided as a powerline connection for power and data transport.
  • the logic unit 30 is connected via a first data line 70 to the communication unit 20, to a second data line 71 to the sensor unit 40 and to a third, fourth and fifth data line 72, 73, 74 connected to the power unit 50.
  • the third data line 72 connects the power supply module 53
  • the fourth data line 73 connects the load control module 51
  • the power supply module 53 and the load drive module 51 are connected via a sixth data line 75 to the sensor unit 40.
  • the sensor unit 40 is connected via a signal line 76 with not shown, optional external sensors.
  • An energy conversion terminal, not shown, is connected via a terminal connection 67 to the on / off switch 52 of the power unit 50.
  • the energy flow to the energy-converting terminal takes place within the power unit 50 via a second power line 65 from the consumer control module 51 to the on / off switch 52. If an energy-generating terminal is connected to the terminal connection 67, the energy flow takes place via a second return feed line 66 from the on / off switch 52 to the power feed module 53.
  • Electrical energy is taken up from the energy supply network 61 via the network connection 1 1 or, in the case of an energy-generating terminal (generator), fed into the energy supply network 61.
  • the network connection 1 1 is a bidirectional communication via the power grid 61 via Powerline communication standards. This allows data exchange with controlling central equipment or energy managers as well as with other energy-converting terminals, which are also equipped with such an integrated circuit 10 for the exchange of data.
  • the communication module 20 takes over the communication processing via Powerline communication standards, for example, for the intended for Internet applications TCP-IP protocol.
  • the data module 21 contained in the communication module 20 separates the communication stream from the data stream and feeds it to the subsequent logic unit 30 or receives information from the logic unit 30 and distributes it via the power supply network 61.
  • the radio interface 22 is an optional supplement, for example with others distributed actuators and sensors to be able to communicate, which are not connected to the power grid 61. It assumes so the function of an additional gateway was.
  • a preferred type of radio interface 22 are radio standards that support the power supply from the radio waves themselves as well as necessary localization services that can then be evaluated locally.
  • the logic unit 30 with the integrated arithmetic unit 31 handles the processing of the local control, diagnosis and control tasks. It receives the defaults and controls from the energy supply network 61 and conversely communicates status information, registrations, sensor data, alarms and other events via the communication unit 20, the network connection 1 1 and the power supply. supply network 61 to the energy management or other value-added services or other network subscribers.
  • the sensor unit 40 operates the logic unit 30 with measurement data of the embedded integrated sensors 41, and optionally provides an interface 43 for external sensors provided, for example, in the power conversion terminal.
  • the signals of the integrated sensors 41 and the external sensors are processed in the signal conditioning 42.
  • the power unit 50 allows in the illustrated embodiment, the connection of an energy-consuming terminal and the connection of a power-generating terminal.
  • the power control module 51 controls the connected power conversion terminal in its power.
  • further control functions for example a phase control or phase control, can be provided. If an energy-generating terminal is connected as an energy-converting terminal, then the energy supply module 53 takes over the recovery of the energy into the energy supply network 61. In this case, the conversion of small amounts of energy can take place in the energy supply module 53 as a function of the power limits.
  • the power unit 50 thus enables, for example, the connection of photovoltaic modules as energy-converting terminals to the energy supply network 61.
  • the on / off switch 52 ensures the switching on and off of the energy flow both in the power case and in the energy generation mode.
  • the functional blocks mains connection 1 1, communication unit 20, logic unit 30, sensor unit 40 and power unit 50 are combined with the associated circuitry in an application-specific integrated circuit 10 (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the integrated circuit 10 can be packaged in a compact, transfer-molded module (system-m-package), which ensures cost-effective compactness, robustness to weathering and mechanical effects, electrical insulation and dissipation of heat loss.
  • system-m-package system-m-package
  • the combination of the functions mentioned in an integrated component enables cost-effective implementation of the functions in large numbers.
  • the integrated circuit 10 can thus be used to connect various energy sources. Gevandelnder terminals are provided to a power grid 61 and a realized over the power grid 61 data network.

Abstract

The invention relates to a device for connecting an energy-converting terminal to an electric power supply network and for exchanging data via the power supply network, wherein a network connection for connection to the power supply network, a communication unit for receiving and for sending data via the power supply network, a logic unit for controlling the data exchange and for controlling the power of the energy-converting terminal, sensors and an associated signal processing unit for monitoring the energy-converting terminal as well as a power unit for controlling the flow of energy to the energy-converting terminal are provided. For this purpose, the network connection, the communication unit, the logic unit, a sensor unit having sensors and the signal processing assigned to the sensors, and the power unit are combined in an application-specific integrated circuit (ASIC). The invention also relates to a corresponding method. The device and the method enable a cost-effective, space-saving connection of energy-converting terminals to a data network operated via a powerline.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Vorrichtung und Verfahren zum Anschluss eines energiewandelnden Endgerätes Device and method for connecting an energy-converting terminal
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschluss eines energiewandelnden Endgerätes an ein elektrisches Energieversorgungsnetz und zum Austausch von Daten über das Energieversorgungsnetz, wobei ein Netzanschluss zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz, eine Kommunikationseinheit zum Empfang und zum Senden von Daten über das Energieversorgungsnetz, eine Logikeinheit zur Steuerung des Datenaustausche und zur Leistungssteuerung oder -regelung des energiewandelnden Endgerätes, Sensoren und eine zugeordnete Signalaufbereitung zur Überwachung des energiewandelnden Endgeräts sowie ein Leistungsteil zur Steuerung des Energieflusses zu dem energiewandelnden Endgerät vorgesehen sind. The invention relates to a device for connecting an energy-converting terminal to an electrical energy supply network and for exchanging data via the energy supply network, wherein a network connection for connection to the power supply network, a communication unit for receiving and transmitting data via the power supply network, a logic unit for controlling the Data exchanges and for power control or regulation of the energy converting terminal, sensors and an associated signal conditioning for monitoring the energy conversion terminal and a power unit are provided for controlling the flow of energy to the power conversion terminal.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines energiewandelnden Endgerätes an einem elektrischen Energieversorgungsnetz, zum Austausch von Daten über das Energieversorgungsnetz und zur Steuerung oder Regelung des energiewandelnden Endgerätes in Abhängigkeit von den ausgetauschten Daten und von Sensordaten. The invention furthermore relates to a method for operating an energy-converting terminal on an electrical energy supply network, for exchanging data via the energy supply network and for controlling or regulating the energy-converting terminal as a function of the exchanged data and of sensor data.
Stand der Technik State of the art
Zur Verbesserung der Effizienz beim Einsatz elektrischer Energie werden zunehmend bei der Energieerzeugung als auch bei den Energie verbrauchenden Geräten aktive Regelungen eingesetzt. Hierzu sind in der Gebäudeleittechnik Lösungen bekannt, bei denen zentrale Steuerungen und Regelungen über proprietäre Kommunikationsstandards mit den Endgeräten kommunizieren. Über Feldbus-Strukturen werden Sensoren und Aktuatoren miteinander verdrahtet, wobei deren gegenseitige Zugehörigkeit zentral programmiert wird. Ein eigenständiges Anmelden von Geräten im Energieversorgungsnetz ist weder vorgesehen noch möglich. Die Regelalgorithmen laufen zentral ab und belasten so den Datenverkehr; für schnelle Regelungen müssen sichere, echtzeitfähige Kommunikations- lösungen wie„secure Profibus" oder„Interbus" eingesetzt werden. To improve the efficiency in the use of electrical energy active regulations are increasingly used in energy production and in the energy-consuming devices. For this purpose, solutions are known in the building control system in which communicate central controls and regulations over proprietary communication standards with the terminals. Fieldbus structures are used to wire sensors and actuators together whose mutual affiliation is programmed centrally. The independent registration of devices in the power supply network is neither intended nor possible. The control algorithms run centrally and thus load the data traffic; For fast control, secure, real-time communication solutions such as "secure Profibus" or "Interbus" must be used.
In der Regel werden Baugruppen wie Frequenzumrichter, Sensoren, Phasenanschnittsteuerungen und Leistungs-Schalter sowie Kommunikations-Baugruppen separat an die zu regelnden Geräte angebaut oder an separaten Messstellen vorgesehen. Dieser Aufbau aus unterschiedlichen Komponenten schränkt eineAs a rule, modules such as frequency converters, sensors, phase control and power switches as well as communication modules are attached separately to the devices to be controlled or provided at separate measuring points. This construction of different components limits one
Diagnosefähigkeit der Systeme stark ein, da kein einfach beschreibbarer Soll-Zu- stand bekannt ist, von dem Abweichungen einfach feststellbar wären. Diagnostic capability of the systems a strong, since no easily writable target state is known, the deviations could be easily detected.
Derzeitige integrierte Lösungen, wie beispielhaft eine Motoransteuerung für bürs- tenlose Motore in Haushaltsgeräten, nutzen Multichip-Module des Typs Current integrated solutions, such as a motor control for brushless motors in household appliances, use multichip modules of this type
FSB50250 der Firma Fairchild. Hier sind jedoch weder Sensorik noch Logik vorgesehen. Das Konzept des„Internet of Things" des Massachusetts Institute of Technologies andererseits stattet jedes Endgerät mit lokaler Intelligenz aus und ermöglicht eine Selbstorganisation, beispielhaft von Hausgeräten, Sicherheits- Überwachungen und Energiequellen. Dieses Konzept setzt jedoch nach dem derzeitigen Stand eine aufwändige Elektronik am Endgerät voraus, die allgemein in der vorhandenen Bauform der Geräte nicht untergebracht werden kann.  FSB50250 of the company Fairchild. However, neither sensors nor logic are provided here. The Massachusetts Institute of Technologies' "Internet of Things" concept, on the other hand, equips each end device with local intelligence and allows for self-organization, such as home appliances, security monitoring and power sources, but this concept requires elaborate electronics on the endpoint , which generally can not be accommodated in the existing design of the devices.
Erste derzeit bekannte Lösungen wie "Digitalstrom" decken nur einen Teil der In- tegration ab und sind zudem auf eine Schaltleistung von etwa 60 Watt begrenzt. The first known solutions such as "digital power" cover only part of the integration and are also limited to a switching capacity of about 60 watts.
Eine Umsetzung von Konzepten mit am Ort des Energieverbrauchers oder des Energieerzeugers vorhandener„lokaler Intelligenz" würde durch kostengünstige standardisierte Lösungen mit geringer Baugröße begünstigt. Implementing concepts with "local intelligence" existing at the site of the energy consumer or the power producer would be facilitated by cost-effective, small-sized, standardized solutions.
Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen ist, dass die Lösungen aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt sind und daher ein vergleichsweise großes Bauvolumen einnehmen und einen nicht unerheblichen Installationsaufwand erfordern. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche einen kostengünstigen und Platz sparenden Anschluss von energiewan- delnden Endgeräten an ein über Powerline geführtes Datennetzwerk ermöglichen. A disadvantage of the known devices is that the solutions are composed of several components and therefore occupy a relatively large volume and require a considerable installation effort. It is an object of the invention to provide an apparatus and a method which provides a cost-effective and space-saving connection of energy enable end devices to a data network operated via Powerline.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Netzanschluss, die Kommunikationseinheit, die Logikeinheit, eine Sensoreinheit mit Sensoren und der den Sensoren zugeordneten Signalaufbereitung und das Leis- tungsteil in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) zusammen- gefasst sind. Die integrierte Schaltung ermöglicht den Betrieb von energiewandelnden elektrischen Endgeräten innerhalb eines über ein Datennetzwerk verbundenen Umfeldes. Die Datenübertragung der verschiedenen Teilnehmer des Datennetzwerks erfolgt dabei über die Leitungen des Energieversorgungsnetzes, was den Installationsauf- wand gegenüber dem Aufbau eines gesonderten Datennetzes deutlich reduziert. DerThe object of the invention relating to the device is achieved in that the network connection, the communication unit, the logic unit, a sensor unit with sensors and the signal conditioning associated with the sensors and the power unit are combined in an application-specific integrated circuit (ASIC). The integrated circuit enables the operation of power converting electrical terminals within an environment connected via a data network. The data transmission of the different subscribers of the data network takes place via the lines of the power supply network, which significantly reduces the installation costs compared to the construction of a separate data network. Of the
Datenaustausch ermöglicht die Kommunikation der Netzteilnehmer untereinander und zum Beispiel mit zentral steuernden Geräten und Energiemanagern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt dabei die Integration der Funktionen Kommunikation, Intelligenz, Leistungselektronik, Sensorik und eigenständige Regelalgorithmen in einem in- tegrierten, als ASIC ausgeführten Modul dar. Diese integrierte Schaltung kann für eineData exchange enables the network participants to communicate with each other and, for example, with centrally controlling devices and energy managers. In this case, the device according to the invention represents the integration of the functions communication, intelligence, power electronics, sensors and independent control algorithms in an integrated module embodied as an ASIC. This integrated circuit can be used for a
Vielzahl von Anwendungsfeldern eingesetzt werden, beispielsweise für ein schonendes Anfahren von elektromotorischen Verbrauchern, für den Betrieb von Pumpen bei gleichzeitiger Aufnahme von Temperaturdaten, bei Haushaltgeräten sowie bei weiteren industriellen und kommerziellen Geräten, die zunehmend vor Ort Intelligenz zur Ener- gieeinsparung und zur Kommunikation, beispielsweise zur Diagnose und Instandhaltung, benötigen. Die Zusammenfassung der Funktionen in eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung ermöglicht die Verbreitung der Technologie in großen Stückzahlen bei geringen Bauteile- und Installationskosten sowie bei geringst möglichem Platzbedarf in dem jeweiligen energiewandelnden Endgerät. Dadurch, dass in dem energiewandelnden Endgerät eine eigene Intelligenz vorgesehen ist, sind beispielhaft auch Konzepte für Frequenzumrichter erhöhter Schaltleistung machbar, bei denen die Nebeninduktivität der Motoren genutzt werden, da dann der erhöhte Rechen-, Regel- und Auswerteaufwand verwirklicht werden kann, ohne dass ein Datenverkehr mit einer zentralen Steuer- und Regeleinrichtung notwendig ist, der das ge- samte System belasten würde. Die für den Datenaustausch und die Steuerung beziehungsweise Regelung von verschiedenen energiewandelnden Endgeräten notwendige Intelligenz kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Logikeinheit eine Recheneinheit zumindest zur Regelung, Steuerung und Diagnose des energiewandelnden Endgeräts, zur Verarbeitung von Sensordaten, zur Verarbeitung von aus dem Energieversorgungsnetz über die Kommunikationseinheit empfangenen Vorgabe- und Steuerinformationen und zum Senden von Anmeldedaten und Statusinformationen über die Kommunikationseinheit in das Energieversorgungsnetz aufweist. Die Recheneinheit übernimmt dabei die Verarbeitung der lokalen Regelungs-, Diagnose und Steuerungsaufgaben unter Berücksichti- gung der vorliegenden Sensordaten. Sie nimmt die Vorgaben und Steuerbefehle aus dem Datennetz auf und kommuniziert umgekehrt Statusinformationen, Anmeldungen, Sensordaten, Alarme beziehungsweise weitere relevante Ereignisse zu dem Energiemanagement oder anderen Netzteilnehmern. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit integrierte Sensoren zur Bestimmung von Beschleunigung, Lage, Temperatur, Strom und/oder Spannung aufweist und/oder dass die Sensoreinheit eine Schnittstelle zur Aufnahme von externen Sensordaten aufweist und dass die Sensoreinheit eine Signalaufbereitung für die von den Sensoren gelieferten Signale aufweist. Durch die Integration der Sensoren in die anwendungsspezifische integrierte Schaltung können für viele Anwendungen benötigte Sensorfunktionen kostengünstig bereitgestellt werden. Die Schnittstelle ermöglicht den Anschluss von weiteren optionalen, externen Sensoren. Die Signalaufbereitung der integrierten und der externen Sensoren kann dabei durch die integrierte Signalaufbereitung erfol- gen. A variety of applications are used, for example, for a gentle start-up of electric motor consumers, for the operation of pumps with simultaneous recording of temperature data, household appliances and other industrial and commercial equipment, the increasingly on-site intelligence for energy conservation and communication, for example for diagnosis and maintenance. The combination of functions into an application-specific integrated circuit enables the dissemination of the technology in large quantities with low component and installation costs and with the least possible space requirement in the respective energy-converting terminal. Characterized in that in the energy-converting terminal own intelligence is provided, as an example, concepts for frequency converter increased switching performance feasible in which the secondary inductance of the motors are used, since then the increased computational, control and evaluation effort can be realized without a Data traffic with a central control and regulating device is required, which would burden the entire system. The intelligence necessary for the data exchange and the control or regulation of various energy-converting terminals can be provided by the logic unit having a computing unit at least for the regulation, control and diagnosis of the energy-converting terminal, for processing sensor data, for processing from the energy supply network via the communication unit received default and control information and for sending credentials and status information via the communication unit in the power grid. The arithmetic unit assumes the processing of the local control, diagnosis and control tasks taking into account the available sensor data. It receives the defaults and control commands from the data network and conversely communicates status information, logins, sensor data, alarms or other relevant events to the energy management or other network subscribers. According to a particularly preferred embodiment variant of the invention, it can be provided that the sensor unit has integrated sensors for determining acceleration, position, temperature, current and / or voltage and / or that the sensor unit has an interface for receiving external sensor data and that the sensor unit has a signal conditioning for the signals supplied by the sensors. By integrating the sensors into the application-specific integrated circuit, sensor functions required for many applications can be provided at low cost. The interface allows connection of additional optional external sensors. The signal processing of the integrated and external sensors can be carried out by the integrated signal conditioning.
Ist es vorgesehen, dass das Leistungsteil ein Verbraucheransteuerungs-Modul, einen Ein/Aus-Schalter und/oder ein Energie-Einspeise-Modul enthält, so kann das Leistungsteil sowohl die Energiezuführung zu dem energiewandelnden Endgerät über das Verbraucheransteuerungs-Modul und den Ein/Aus-Schalter als auch optional über dasIf it is provided that the power unit contains a load drive module, an on / off switch and / or a power supply module, the power unit can supply both the energy to the power converting terminal via the load drive module and the on / off Switch as well as optional over that
Energie-Einspeise-Modul bei energieerzeugenden Endgeräten die Rückspeisesteuerung von Energie von dem energiewandelnden Endgerät in das Energieversorgungsnetz übernehmen. In dem Verbraucheransteuerungs-Modul können dabei verschiedene Ansteuerungsvarianten, beispielsweise eine Frequenzumrichtung oder eine Pha- senanschnitt-Steuerung, umgesetzt sein. Dadurch kann das angeschlossene energie- wandelnde Endgerät sowohl zentral über das Datennetz als auch nach lokal in der Logikeinheit ablaufenden Optimierungsregeln in seiner Leistung gesteuert werden. Energy supply module in energy-generating terminals take over the feedback control of energy from the energy-converting terminal in the power grid. In this case, different activation variants, for example a frequency conversion or a phase gating control, can be implemented in the consumer control module. This allows the connected energy changing terminal both centrally over the data network as well as locally running in the logic unit optimization rules are controlled in its performance.
Der externe Datenaustausch mit weiteren Netzteilnehmern erfolgt über das elektrische Energieversorgungsnetz. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Kommunikationseinheit ein Datenmodul zum Einkoppeln von Daten in und zum Auskoppeln von Daten aus dem Energieversorgungsnetz aufweist und/oder dass die Kommunikationseinheit eine Funkschnittstelle aufweist. Der Datenaustausch über das Energieversorgungsnetz kann über bekannte, für Powerline geeignete Kommunikationsstandards, beispiels- weise über TCP/IP, erfolgen. Das Datenmodul trennt dazu den Kommunikationsstrom von dem Energiestrom und führt ihn dem nachfolgenden Logikmodul zu. Weiterhin nimmt das Datenmodul Informationen von dem Logikmodul auf und verteilt diese über das Energieversorgungsnetz. Die zum Beispiel optional vorgesehene Funkschnittstelle ermöglicht die Kommunikation mit Aktuatoren oder Sensoren, welche nicht mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sind. Dabei übernimmt die Funkschnittstelle eine zusätzliche Gateway-Funktion. Bevorzugt werden für die Funkschnittstelle Funkstandards vorgesehen, die die Energieversorgung aus den Funkwellen selbst oder auch notwendige Lokalisierungsdienste unterstützen, die dann ebenfalls lokal ausgewertet werden können. External data exchange with other network subscribers takes place via the electrical energy supply network. It can therefore be provided that the communication unit has a data module for coupling data into and for decoupling data from the energy supply network and / or that the communication unit has a radio interface. The data exchange over the energy supply network can take place via known communication standards suitable for Powerline, for example via TCP / IP. The data module separates the communication stream from the energy stream and feeds it to the subsequent logic module. Furthermore, the data module receives information from the logic module and distributes it via the power supply network. The optionally provided for example wireless interface allows communication with actuators or sensors that are not connected to the power grid. The radio interface takes on an additional gateway function. Radio standards are preferably provided for the radio interface, which support the energy supply from the radio waves themselves or necessary localization services, which can then also be evaluated locally.
Der Energiefluss von dem Energieversorgungsnetz zu dem energiewandelnden Endgerät sowie der Datenfluss zwischen den verschiedenen integrierten Modulen innerhalb der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung kann dadurch ermöglicht werden, dass der Netzanschluss und die Kommunikationseinheit sowie die Kommuni- kationseinheit und das Leistungsteil über Energieversorgungsleitungen verbunden sind und dass die Logikeinheit mit der Kommunikationseinheit, dem Leistungsteil und der Sensoreinheit und dass die Sensoreinheit mit dem Leistungsteil über Datenleitungen verbunden sind. Entsprechen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) als ein transfer- gemoldetes Modul ausgeführt ist. Diese als System-m-Package bekannte Ausführung gewährleistet in kostengünstiger weise Kompaktheit, Robustheit gegenüber Witterungseinflüssen und mechanischen Einwirkungen, elektrische Isolierung und Abfüh- rung von Verlustwärme. Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in einer zwischen dem Energieversorgungsnetz und dem energiewandelnden Endgerät vorgesehenen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) von einer integrierten Kommunikationseinheit Daten aus dem über einen integrierten Netzanschluss angeschlossenen Energieversorgungsnetz ausgekoppelt und dass Daten in das Energieversorgungsnetz eingekoppelt werden, dass die über das Energieversorgungsnetz ausgetauschten Daten von einer integrierten Logikeinheit erstellt oder verarbeitet werden, dass die integrierte Logikeinheit Sensordaten von einer integrierten Sensoreinheit mit integrierten Sensoren und einer integrierten Signalaufbereitung empfängt und aus- wertet und dass die integrierte Logikeinheit die Verbrauchersteuerung des angeschlossenen energiewandelnden Endgeräts über ein integriertes Leistungsteil in Abhängigkeit von den über das Energieversorgungsnetz ausgetauschten Daten und den empfangenen Sensordaten steuert oder regelt. Das Verfahren ermöglicht den Betrieb von unterschiedlichen energiewandelnden Endgeräten, beispielsweise von Pumpen, Haushalts- geräten, elektromotorischen Verbrauchern oder weiteren industriellen und kommerziellen Geräten im Rahmen eines über das Energieversorgungsnetz zusammengeführten Daten-Netzwerks (Powerline). Dabei können Steuerungs- und Regelungsaufgaben sowohl lokal an dem Endgerät vorgenommen werden oder aber über zentral steuernde Geräte oder Energiemanager durchgeführt werden. Der Datenaustausch, die Steuerung oder Regelung der Leistungszufuhr zu dem Endgerät und die Erfassung von Betriebsdaten über Sensoren erfolgt dabei in der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung und ist somit kostengünstig und in großen Stückzahlen umsetzbar. The energy flow from the energy supply network to the energy-converting terminal as well as the data flow between the various integrated modules within the application-specific integrated circuit can be made possible by connecting the network connection and the communication unit as well as the communication unit and the power unit via power supply lines and the logic unit having the communication unit, the power unit and the sensor unit and that the sensor unit are connected to the power unit via data lines. In accordance with a preferred embodiment of the invention, it may be provided that the application-specific integrated circuit (ASIC) is designed as a transfer-molded module. This design, known as the system m package, ensures cost-effective compactness, robustness against the effects of weathering and mechanical effects, electrical insulation and dissipation of heat loss. The object of the invention relating to the method is achieved by decoupling data from the energy supply network connected via an integrated network connection in an application-specific integrated circuit (ASIC) between the energy supply network and the energy-converting terminal from an integrated communication unit, and by data being coupled into the energy supply network in that the data exchanged over the power supply network are created or processed by an integrated logic unit, that the integrated logic unit receives and evaluates sensor data from an integrated sensor unit with integrated sensors and an integrated signal processing and that the integrated logic unit transmits the load control of the connected energy-converting terminal an integrated power unit depending on the data exchanged over the power grid and the received Sensor data controls or regulates. The method enables the operation of different energy-converting terminal devices, for example pumps, household appliances, electromotive consumers or other industrial and commercial devices within the framework of a data network (powerline) that is combined via the energy supply network. In this case, control and regulation tasks can be carried out both locally at the terminal or else via centrally controlling devices or energy managers. The data exchange, the control or regulation of the power supply to the terminal and the acquisition of operating data via sensors is carried out in the application-specific integrated circuit and is thus cost and implemented in large quantities.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt: The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the figure. It shows:
Figur 1 eine integrierte Schaltung (ASIC) in schematischer Darstellung. 1 shows an integrated circuit (ASIC) in a schematic representation.
Die in Figur 1 gezeigte integrierte Schaltung 10 (ASIC) dient dem Anschluss eines nicht dargestellten, energiewandelnden Endgerätes an ein elektrisches Energieversorgungsnetz 61 und zum Austausch von Daten über das Energieversorgungsnetz 61 . Die integrierte Schaltung 10 beinhaltet einen Netzanschluss 1 1 , eine Kommunikationseinheit 20, eine Logikeinheit 30, eine Sensoreinheit 40 und ein Leistungsteil 50. The integrated circuit 10 (ASIC) shown in FIG. 1 serves to connect a not-shown, energy-converting terminal to an electrical energy supply network 61 and to exchange data via the energy supply network 61. The integrated circuit 10 includes a power connector 11, a communication unit 20, a logic unit 30, a sensor unit 40, and a power unit 50.
Die Kommunikationseinheit ist aus einem Datenmodul 21 und einer Funkschnittstelle 22 mit einer angeschlossenen integrierten Antenne 23 aufgebaut. Die Funkschnittstelle 22 und die angeschlossene integrierte Antenne 23 sind dabei optional vorzusehende Bauelemente. The communication unit is constructed from a data module 21 and a radio interface 22 with a connected integrated antenna 23. The radio interface 22 and the connected integrated antenna 23 are optional components to be provided.
Die Logikeinheit 30 beinhaltet eine Recheneinheit 31 in Form eines μ-Controllers. The logic unit 30 includes a computing unit 31 in the form of a μ-controller.
In der Sensoreinheit 40 sind integrierte Sensoren 41 , eine Signalaufbereitung 42 sowie eine Schnittstelle 43 zum Anschluss von nicht dargestellten externen Sensoren integriert. In the sensor unit 40 integrated sensors 41, a signal conditioning 42 and an interface 43 for connecting external sensors, not shown, are integrated.
Das Leistungsteil 50 beinhaltet ein Verbraucheransteuerungs-Modul 51 , einen Ein- /Ausschalter 52 sowie ein Energie-Einspeise-Modul 53. Das Energie-Einspeise-Modul 53 ist optional vorgesehen. The power section 50 includes a load drive module 51, an on / off switch 52 and a power feed module 53. The power feed module 53 is optionally provided.
Der Netzanschluss 1 1 ist mit dem Energieversorgungsnetz 61 verbunden. Der An- schluss kann dabei einphasig oder dreiphasig erfolgen. Ausgangsseitig ist der Netzanschluss 1 1 über eine Energie-/Datenverbindung 62 an das Datenmodul 21 der Kommunikationseinheit 20 angeschlossen. Sowohl das Energieversorgungsnetz 61 wie die Energie-/Datenverbindung 62 sind als Powerline-Verbindung für den Energie- und Datentransport vorgesehen. The grid connection 1 1 is connected to the power supply network 61. The connection can be single-phase or three-phase. On the output side, the network connection 1 1 is connected via an energy / data connection 62 to the data module 21 of the communication unit 20. Both the power grid 61 and the power / data link 62 are provided as a powerline connection for power and data transport.
Die Logikeinheit 30 ist über eine erste Datenleitung 70 mit der Kommunikationseinheit 20, mit einer zweiten Datenleitung 71 mit der Sensoreinheit 40 und mit einer dritten, vierten und fünften Datenleitung 72, 73, 74 mit dem Leistungsteil 50 verbunden. Dabei verbindet die dritte Datenleitung 72 das Energie-Einspeise-Modul 53, die vierte Daten- leitung 73 das Verbraucheransteuerungs-Modul 51 und die fünfte Datenleitung 74 denThe logic unit 30 is connected via a first data line 70 to the communication unit 20, to a second data line 71 to the sensor unit 40 and to a third, fourth and fifth data line 72, 73, 74 connected to the power unit 50. In this case, the third data line 72 connects the power supply module 53, the fourth data line 73 connects the load control module 51 and the fifth data line 74
Ein-/Ausschalter 52 mit der Logikeinheit 30. Das Energie-Einspeise-Modul 53 und das Verbraucheransteuerungs-Modul 51 sind über eine sechste Datenleitung 75 mit der Sensoreinheit 40 verbunden. Die Sensoreinheit 40 ist über eine Signalleitung 76 mit nicht dargestellten, optionalen externen Sensoren verbunden. Ein nicht dargestelltes energiewandelndes Endgerät ist über einen Endgerätean- schluss 67 an den Ein-/Ausschalter 52 des Leistungsteils 50 angeschlossen. Der E- nergiefluss zum energiewandelnden Endgerät erfolgt innerhalb des Leistungsteils 50 über eine zweite Energieleitung 65 von dem Verbraucheransteuerungs-Modul 51 zu dem Ein-/Ausschalter 52. Ist ein energieerzeugendes Endgerät an dem Endgerätean- schluss 67 angeschlossen, erfolgt der Energiefluss über eine zweite Rückspeiseleitung 66 von dem Ein-/Ausschalter 52 zu dem Energie-Einspeisemodul 53. On / off switch 52 with the logic unit 30. The power supply module 53 and the load drive module 51 are connected via a sixth data line 75 to the sensor unit 40. The sensor unit 40 is connected via a signal line 76 with not shown, optional external sensors. An energy conversion terminal, not shown, is connected via a terminal connection 67 to the on / off switch 52 of the power unit 50. The energy flow to the energy-converting terminal takes place within the power unit 50 via a second power line 65 from the consumer control module 51 to the on / off switch 52. If an energy-generating terminal is connected to the terminal connection 67, the energy flow takes place via a second return feed line 66 from the on / off switch 52 to the power feed module 53.
Über den Netzanschluss 1 1 wird elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz 61 aufgenommen oder im Fall eines energieerzeugenden Endgerätes (Generator) in das Energieversorgungsnetz 61 eingespeist. Gleichzeitig erfolgt über den Netzanschluss 1 1 eine bidirektionale Kommunikation über das Energieversorgungsnetz 61 über Powerline Kommunikationsstandards. Dies ermöglicht einen Datenaustausch mit steuernden zentralen Geräten oder Energiemanagern sowie mit weiteren energiewandelnden Endgeräten, die ebenfalls mit einem solchen integrierten Schaltkreis 10 zum Austausch von Daten ausgerüstet sind. Electrical energy is taken up from the energy supply network 61 via the network connection 1 1 or, in the case of an energy-generating terminal (generator), fed into the energy supply network 61. At the same time via the network connection 1 1 is a bidirectional communication via the power grid 61 via Powerline communication standards. This allows data exchange with controlling central equipment or energy managers as well as with other energy-converting terminals, which are also equipped with such an integrated circuit 10 for the exchange of data.
Das Kommunikationsmodul 20 übernimmt die Kommunikationsaufbereitung über Powerline Kommunikationsstandards, beispielsweise für das für Internet-Anwendungen vorgesehene TCP-IP-Protokoll. Das in dem Kommunikationsmodul 20 enthaltene Datenmodul 21 trennt den Kommunikationsstrom von dem Datenstrom und führt ihn der nachfolgenden Logikeinheit 30 zu beziehungsweise nimmt Informationen von der Logikeinheit 30 auf und verteilt diese über das Energieversorgungsnetz 61. Die Funkschnittstelle 22 ist eine optionale Ergänzung, um beispielsweise mit weiteren verteilten Aktuatoren und Sensoren kommunizieren zu können, die nicht mit dem Energieversorgungsnetz 61 verbunden sind. Sie nimmt so die Funktion eines zusätzlichen Gateways war. Eine bevorzugte Art der Funkschnittstelle 22 sind Funkstandards, die die Energieversorgung aus den Funkwellen selbst sowie notwendige Lokalisierungsdienste unterstützen, die dann lokal ausgewertet werden können. The communication module 20 takes over the communication processing via Powerline communication standards, for example, for the intended for Internet applications TCP-IP protocol. The data module 21 contained in the communication module 20 separates the communication stream from the data stream and feeds it to the subsequent logic unit 30 or receives information from the logic unit 30 and distributes it via the power supply network 61. The radio interface 22 is an optional supplement, for example with others distributed actuators and sensors to be able to communicate, which are not connected to the power grid 61. It assumes so the function of an additional gateway was. A preferred type of radio interface 22 are radio standards that support the power supply from the radio waves themselves as well as necessary localization services that can then be evaluated locally.
Die Logikeinheit 30 mit der integrierten Recheneinheit 31 übernimmt die Verarbeitung der lokalen Regelungs-, Diagnose und Steuerungsaufgaben. Sie nimmt die Vorgaben und Steuerungen aus dem Energieversorgungsnetz 61 auf und kommuniziert umgekehrt Statusinformationen, Anmeldungen, Sensordaten, Alarme und sonstige Ereignisse über die Kommunikationseinheit 20, den Netzanschluss 1 1 und das Energiever- sorgungsnetz 61 zu dem Energiemanagement oder anderen Mehrwertdiensten beziehungsweise anderen Netzteilnehmern. The logic unit 30 with the integrated arithmetic unit 31 handles the processing of the local control, diagnosis and control tasks. It receives the defaults and controls from the energy supply network 61 and conversely communicates status information, registrations, sensor data, alarms and other events via the communication unit 20, the network connection 1 1 and the power supply. supply network 61 to the energy management or other value-added services or other network subscribers.
Die Sensoreinheit 40 bedient die Logikeinheit 30 mit Messdaten der eingebetteten, integrierten Sensoren 41 und bietet optional eine Schnittstelle 43 für externe Sensoren, die zum Beispiel in dem energiewandelnden Endgerät vorgesehen sind. Die Signale der integrierten Sensoren 41 sowie der externen Sensoren werden in der Signalaufbereitung 42 aufbereitet. The sensor unit 40 operates the logic unit 30 with measurement data of the embedded integrated sensors 41, and optionally provides an interface 43 for external sensors provided, for example, in the power conversion terminal. The signals of the integrated sensors 41 and the external sensors are processed in the signal conditioning 42.
Das Leistungsteil 50 ermöglicht in der dargestellten Ausführungsform den Anschluss eines energieverbrauchenden Endgerätes sowie den Anschluss eines energieerzeugenden Endgerätes. Durch das Verbraucheransteuerungs-Modul 51 wird das angeschlossene energiewandelnde Endgerät in seiner Leistung gesteuert. Dabei können neben einer einfachen Ein- und Ausschaltefunktion weitere Ansteuerungsfunktionen, beispielsweise eine Phasenanschnitts- oder Phasenabschnittssteuerung vorgesehen sein. Ist als energiewandelndes Endgerät ein energieerzeugendes Endgerät angeschlossen, so übernimmt das Energie-Einspeise-Modul 53 die Rückspeisung der Energie in das Energieversorgungsnetz 61. Dabei kann in dem Energie-Einspeise-Modul 53 in Abhängigkeit von den Leistungsgrenzen die Umrichtung von kleinen Energiemengen erfolgen. Das Leistungsteil 50 ermöglicht so beispielsweise den Anschluss von Photo- voltaik-Modulen als energiewandelnde Endgeräte an das Energieversorgungsnetz 61. Der Ein-/Ausschalter 52 sichert das An- und Abschalten des Energiestroms sowohl im Leistungsfall wie auch im Energie-Erzeugungsmodus. The power unit 50 allows in the illustrated embodiment, the connection of an energy-consuming terminal and the connection of a power-generating terminal. The power control module 51 controls the connected power conversion terminal in its power. In addition to a simple switch-on and switch-off function, further control functions, for example a phase control or phase control, can be provided. If an energy-generating terminal is connected as an energy-converting terminal, then the energy supply module 53 takes over the recovery of the energy into the energy supply network 61. In this case, the conversion of small amounts of energy can take place in the energy supply module 53 as a function of the power limits. The power unit 50 thus enables, for example, the connection of photovoltaic modules as energy-converting terminals to the energy supply network 61. The on / off switch 52 ensures the switching on and off of the energy flow both in the power case and in the energy generation mode.
Die Funktionsblöcke Netzanschluss 1 1 , Kommunikationseinheit 20, Logikeinheit 30, Sensoreinheit 40 und Leistungsteil 50 sind mit der zugehörigen Verschaltungstechnik in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 10 (ASIC) zusammengefasst. Dazu kann in einer besonderen Ausführungsform die integrierte Schaltung 10 in ein kompaktes, transfer-gemoldetes Modul (System-m-Package) verpackt sein, welches in kostengünstiger weise Kompaktheit, Robustheit gegenüber Witterungseinflüssen und mechanischen Einwirkungen, elektrische Isolierung und Abführung von Verlustwärme gewährleistet. Die Zusammenfassung der genannten Funktionen in einem integrierten Bauteil ermöglicht die kostengünstige Realisierung der Funktionen in großen Stückzahlen. Die integrierte Schaltung 10 kann so für den Anschluss verschiedenster ener- giewandelnder Endgeräte an ein Energieversorgungsnetz 61 und ein über das Energieversorgungsnetz 61 realisiertes Datennetzwerk vorgesehen werden. The functional blocks mains connection 1 1, communication unit 20, logic unit 30, sensor unit 40 and power unit 50 are combined with the associated circuitry in an application-specific integrated circuit 10 (ASIC). For this purpose, in a particular embodiment, the integrated circuit 10 can be packaged in a compact, transfer-molded module (system-m-package), which ensures cost-effective compactness, robustness to weathering and mechanical effects, electrical insulation and dissipation of heat loss. The combination of the functions mentioned in an integrated component enables cost-effective implementation of the functions in large numbers. The integrated circuit 10 can thus be used to connect various energy sources. Gevandelnder terminals are provided to a power grid 61 and a realized over the power grid 61 data network.

Claims

Ansprüche claims
1 . Vorrichtung zum Anschluss eines energiewandelnden Endgerätes an ein elektrisches Energieversorgungsnetz (61 ) und zum Austausch von Daten über das Energieversorgungsnetz (61 ), wobei ein Netzanschluss (1 1 ) zum Anschluss an das Energie- Versorgungsnetz (61 ), eine Kommunikationseinheit (20) zum Empfang und zum Senden von Daten über das Energieversorgungsnetz (61 ), eine Logikeinheit (30) zur Steuerung des Datenaustausche und zur Leistungssteuerung oder -regelung des energiewandelnden Endgerätes, Sensoren (41 ) und eine zugeordnete Signalaufbereitung (42) zur Überwachung des energiewandelnden Endgeräts sowie ein Leistungsteil (50) zur Steuerung des Energieflusses zu dem energiewandelnden Endgerät vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzanschluss (1 1 ), die Kommunikationseinheit (20), die Logikeinheit (30), eine Sensoreinheit (40) mit Sensoren (41 ) und der den Sensoren (41 ) zugeordneten Signalaufbereitung (42) und das Leistungsteil (50) in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (10) (ASIC) zusammengefasst sind. 1 . Device for connecting an energy-converting terminal to an electrical energy supply network (61) and for exchanging data via the energy supply network (61), wherein a network connection (1 1) for connection to the power supply network (61), a communication unit (20) for receiving and for transmitting data over the power grid (61), a logic unit (30) for controlling the data exchanges and for power control of the power converting terminal, sensors (41) and associated signal conditioning (42) for monitoring the power converting terminal and a power unit (50) are provided for controlling the flow of energy to the power conversion terminal, characterized in that the power supply (1 1), the communication unit (20), the logic unit (30), a sensor unit (40) with sensors (41) and the Sensors (41) associated with signal processing (42) and the power unit (50) in a Anwendungsspezifi integrated circuit (10) (ASIC).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinheit (30) eine Recheneinheit (31 ) zumindest zur Regelung, Steuerung und Diagnose des energiewandelnden Endgeräts, zur Verarbeitung von Sensordaten, zur Verarbeitung von aus dem Energieversorgungsnetz (61 ) über die Kommunikationseinheit (20) empfangenen Vorgabe- und Steuerinformationen und zum Senden von Anmeldedaten und Statusinformationen über die Kommunikationseinheit (20) in das Energieversorgungsnetz (61 ) aufweist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the logic unit (30) has a computing unit (31) at least for controlling, controlling and diagnosing the energy-converting terminal, for processing sensor data, for processing from the energy supply network (61) via the communication unit ( 20) received default and control information and for sending credentials and status information via the communication unit (20) in the power grid (61).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (40) integrierte Sensoren (41 ) zur Bestimmung von Beschleunigung, Lage, Temperatur, Strom und/oder Spannung aufweist und/oder dass die Sensoreinheit (40) eine Schnittstelle (43) zur Aufnahme von externen Sensordaten aufweist und dass die Sensoreinheit (40) eine Signalaufbereitung (42) für die von den Sensoren (41 ) gelieferten Signale aufweist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor unit (40) has integrated sensors (41) for determining acceleration, position, temperature, current and / or voltage and / or that the sensor unit (40) has an interface ( 43) for receiving external sensor data, and that the sensor unit (40) has a signal conditioning (42) for the signals supplied by the sensors (41).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsteil (50) ein Verbraucheransteuerungs-Modul (51 ), einen Ein/Aus-Schalter (52) und/oder ein Energie-Einspeise-Modul (53) enthält. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the power unit (50) includes a Verbraucheransteuerungs module (51), an on / off switch (52) and / or a power supply module (53) ,
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (20) ein Datenmodul (21 ) zum Einkoppeln von Daten in und zum Auskoppeln von Daten aus dem Energieversorgungsnetz (61 ) aufweist und/oder dass die Kommunikationseinheit (20) eine Funkschnittstelle (22) aufweist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the communication unit (20) has a data module (21) for coupling data into and for decoupling data from the power grid (61) and / or that the communication unit (20 ) has a radio interface (22).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzanschluss (1 1 ) und die Kommunikationseinheit (20) sowie die Kommunikationseinheit (20) und das Leistungsteil (50) über Energieversorgungsleitungen (60) verbunden sind und dass die Logikeinheit (30) mit der Kommunikationseinheit (20), dem Leistungsteil (50) und der Sensoreinheit (40) und dass die Sensoreinheit (40) mit dem Leistungsteil (50) über Datenleitungen (70, 71 , 72, 73, 74, 75) verbunden sind. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the network connection (1 1) and the communication unit (20) and the communication unit (20) and the power unit (50) via power supply lines (60) are connected and that the logic unit (30) with the communication unit (20), the power unit (50) and the sensor unit (40) and that the sensor unit (40) to the power section (50) via data lines (70, 71, 72, 73, 74, 75) are.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dass die anwendungsspezifische integrierte Schaltung (10) (ASIC) als ein transfer-gemoldetes Modul ausgeführt ist. 7. Device according to one of claims 1 to 6 that the application-specific integrated circuit (10) (ASIC) is designed as a transfer-molded module.
8. Verfahren zum Betrieb eines energiewandelnden Endgerätes an einem elektrischen Energieversorgungsnetz (61 ), zum Austausch von Daten über das Energieversorgungsnetz (61 ) und zur Steuerung oder Regelung des energiewandelnden Endgerätes in Abhängigkeit von den ausgetauschten Daten und von Sensordaten, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zwischen dem Energieversorgungsnetz (61 ) und dem energiewandelnden Endgerät vorgesehenen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (10) (ASIC) von einer integrierten Kommunikationseinheit (20) Daten aus dem über einen integrierten Netzanschluss (1 1 ) angeschlossenen Energieversorgungsnetz (61 ) ausgekoppelt und dass Daten in das Energieversorgungsnetz (61 ) eingekoppelt werden, dass die über das Energieversorgungsnetz (61 ) ausgetauschten Daten von einer integrierten Logikeinheit (30) erstellt oder verarbeitet werden, dass die integrierte Logikeinheit (30) Sensordaten von einer integrierten Sensoreinheit (40) mit integrierten Sensoren (41 ) und einer integrierten Signalaufbereitung (42) empfängt und auswertet und dass die integrierte Logikeinheit (30) die Verbrauchersteuerung des angeschlossenen energiewandelnden Endgeräts über ein integriertes Leistungsteil (50) in Abhängigkeit von den über das Energieversorgungsnetz (61 ) ausgetauschten Daten und den empfangenen Sensordaten steuert oder regelt. 8. A method for operating an energy converting terminal to an electrical energy supply network (61), for exchanging data via the power grid (61) and for controlling or regulating the power converting terminal in response to the exchanged data and sensor data, characterized in that in one between the power supply network (61) and the application-specific integrated circuit (10) (ASIC) provided by the energy-converting terminal from an integrated communication unit (20), data from the energy supply network (61) connected via an integrated network connection (1 1) is decoupled and data into the energy supply network (61) that the data exchanged via the power supply network (61) are created or processed by an integrated logic unit (30) that the integrated logic unit (30) sensor data from an integrated sensor unit (40) with integrated sensors (40). 41) and an integrated signal processing (42) receives and evaluates and that the integrated logic unit (30) the load control of the connected energy converting terminal via an integrated power unit (50) in Depends on the data exchanged via the power grid (61) and the sensor data received controls or regulates.
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