EP4193446A1 - Übertragung elektrischer energie - Google Patents

Übertragung elektrischer energie

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Publication number
EP4193446A1
EP4193446A1 EP21746724.0A EP21746724A EP4193446A1 EP 4193446 A1 EP4193446 A1 EP 4193446A1 EP 21746724 A EP21746724 A EP 21746724A EP 4193446 A1 EP4193446 A1 EP 4193446A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection
energy
household appliance
electrical
predetermined
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.)
Pending
Application number
EP21746724.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Artur Bilanski
Michael Hohmann
Markus Kühnel
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.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete 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 BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4193446A1 publication Critical patent/EP4193446A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to the transmission of electrical energy.
  • the invention relates to the safe transmission of electrical energy between a utility and a household appliance.
  • a household appliance is set up to accept electrical energy from a supply facility.
  • the household appliance can have its own electrical energy store, which can be charged using electrical energy from the supply device.
  • the household appliance is not permanently connected to the supply facility. After the connection has been made, it should therefore first be checked whether the supply device and the household appliance are compatible with one another before greater electrical energy is exchanged between the two. This can prevent the supply device from applying too much electrical energy to another consumer or from erroneously supplying electrical energy to a parasitic resistance instead of to the household appliance, which can be caused, for example, by moisture, an object or a person touching the electrical connection. can be formed.
  • a method for transmitting electrical energy from a supply device to a household appliance via an electrical connection comprises the steps of limiting electrical energy provided via the connection to a first predetermined amount; the operation of at least one electrical consumer of the household appliance according to a predetermined sequence with energy from the connection; determining a time history of energy transmitted over the link during the sequence; and ending the limitation to the first amount if the determined time profile corresponds to a predetermined time profile.
  • the household appliance can be identified by the supply device based on the electrical characteristics of the consumer.
  • the sequence can include switching the consumer on or off, so that a swing-in or decay behavior of the consumer can be evaluated electrically.
  • an electrical signature can be checked, which can be characteristic of the consumer and thus also characteristic of the household appliance.
  • no additional information has to be transmitted via the electrical connection, nor does a separate channel have to be provided for communication. A selectivity of the determination can nevertheless be high.
  • the sequence can be flexibly adapted to one or more consumers included in the household appliance. If there is only one load, it can be operated according to a predetermined time pattern, for example with longer switch-on periods.
  • the electrical energy provided via the connection can be limited in particular to a predetermined electrical current and/or to a predetermined electrical voltage.
  • the electrical voltage provided by the supply device can be controlled.
  • the electrical energy provided, which is limited to the first amount preferably has a voltage that does not exceed a predetermined first threshold value, which is preferably selected in such a way that a person or a pet is not endangered, for example approx. 5-18 V
  • the current flowing through the connection preferably does not exceed a second threshold value, which is more preferably selected in such a way that the person or the pet is not endangered, for example approx. 10-50 mA.
  • an electrical power transmitted via the connection as a product of current and voltage can be limited, for example to approximately 1-5 W. This power can prevent a fire from occurring in the event of a short circuit at the connection.
  • a mixed form, in which the voltage, the current and/or the power are limited, can also be implemented.
  • the energy provided is preferably direct voltage, even if it can include a variable proportion.
  • the energy limited to the first amount is provided periodically only for a specific duration. A duration of action on a consumer connected to the supply device other than the household appliance can be reduced as a result, so that a risk of damage can be further reduced. For example, the energy may be provided for only a few seconds at a time, followed by a pause of several seconds or minutes.
  • several electrical consumers of the household appliance are operated according to a predetermined sequence.
  • the consumers can, for example, be operated one after the other or partially overlapping in order to determine an electrical signature with increased information content.
  • One of the electrical consumers can include a motor, for example, which drives a pump, a fan or a gear.
  • Another example load may include heating, lighting, or an acoustic output.
  • the limiting includes that a current strength of the electrical energy provided via the connection is limited to a predetermined value.
  • an electrical voltage at the connection can preferably be kept at a predetermined nominal voltage.
  • An electrical resistance decreases of an element connected to the supply device, an electric current of the electrical energy transmitted via the connection increases up to the predetermined value. In order to prevent this value from being exceeded, the voltage of the electrical energy provided can be lowered accordingly.
  • the electrical energy transmitted over the connection can be determined from the current intensity while the voltage corresponds to the nominal voltage, or from the voltage dip below the nominal voltage while the current intensity corresponds to the predetermined value. In a further embodiment, the electrical energy transmitted can be determined on the basis of electrical current and electrical voltage at the connection.
  • An energy consumption of the electrical consumer can rise with a time delay after switching on or fall again from a higher value.
  • the electrical consumer is set up to move a mechanical mass, the movement can follow a flow of electrical energy.
  • the time delay may reflect aspects of the mechanical and electrical design of the electrical load so that the load can be identified with improved selectivity.
  • the consumer can be set up to heat a thermal mass, with the heating also being able to follow a flow of energy with a time delay.
  • the sequence may include turning on the load only for a predetermined duration.
  • the duration can be selected to be so short that the full electrical power that can be converted by the consumer is not achieved.
  • the effect brought about by the electrical load for example movement or heating, can be so small due to the short duration that it cannot have a disruptive effect on a person in the area of the household appliance. In particular, a movement performed or a heating effect caused can be so small that the person hardly notices it or not at all.
  • a type of the home appliance can be recognized based on the history.
  • the power provided over the connection can be adjusted to the specific type after the initial limitation is ended.
  • the adjustment can in particular a maximum electric current or a provided electrical affect the voltage of the power at the connection. In this way, different household appliances can each be optimally operated on just one supply facility.
  • the adjusting includes limiting the power provided via the connection to a second predetermined amount. It can thereby be ensured that the household appliance or the supply device is not electrically overloaded.
  • the domestic appliance is set up to move itself with respect to the supply device.
  • the household appliance can be driven to the utility to establish the connection.
  • the household appliance can draw energy from a source other than the connection to the supply device.
  • the household appliance can include an autonomous robot that is set up to navigate independently in a household.
  • the household appliance can include a floor treatment machine, for example a vacuum cleaner or a floor mopping device.
  • the household appliance may include an autonomous lawn mower or other appliance that is self-moving around the household.
  • the supply device for such a household appliance is usually referred to as a docking station.
  • the supply device can also support other functions, for example emptying a dirt container or cleaning a filter or broom.
  • the household appliance includes an electrical energy store which is charged by means of energy transmitted via the connection after the limitation to the first amount has ended.
  • the method according to the invention can be used to prevent larger electrical energy from being transmitted from the supply device to a consumer other than the household appliance.
  • the electrical energy store can be charged with a high charging current, so that charging is possible efficiently and quickly. The safety of a person in the area of the household appliance or the utility cannot be compromised as a result.
  • a supply device for a household appliance includes a connection for producing a electrical connection to the household appliance; a controllable power source for providing electrical power over the connection; and a processing device.
  • the processing device is set up to limit the energy provided via the connection to a first predetermined amount; determine a time course of energy transmitted via the connection; and terminate the limitation to the first amount if the determined time history corresponds to a predetermined time history.
  • the supply device can be permanently assigned to a predetermined household appliance or a predetermined type of household appliance.
  • different household appliances can be supplied with electrical energy by means of the supply device.
  • the processing device can be set up to carry out a method described herein in whole or in part.
  • the processing device can comprise a programmable microcomputer or microcontroller and the method can be present in the form of a computer program product with program code means.
  • the computer program product can also be stored on a computer-readable data carrier. Additional features or advantages of the method can be transferred to the supply facility or a household appliance described herein and vice versa.
  • a household appliance for connection to a supply device comprises a connection for establishing an electrical connection to the supply device; an electrical energy store; a controllable electrical load operable with energy from the connection; and a processing device.
  • the processing device can be set up to operate the consumer according to a predetermined sequence with energy from the connection, so that energy transmitted via the connection follows a time course; and charge the energy store using energy from the connection.
  • the processing device can be set up to carry out a method described herein in whole or in part.
  • the household appliance can comprise any appliance that can be used in a household and preferably comprises an electrical energy store, for example a cordless blender or a cordless screwdriver.
  • the household appliance comprises an autonomously drivable soil tillage machine. This can in particular include a sweeper, a wiper, a vacuum cleaner or a lawnmower.
  • a system comprises a supply device described herein and a household appliance described herein.
  • FIG. 1 shows a system with a household appliance and a supply device
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method for the transmission of energy
  • Figure 3 shows exemplary energy flows.
  • FIG. 1 shows a system 100 with a household appliance 105 and a supply device 110.
  • the household appliance 105 is shown as an example of a soil tillage machine.
  • the supply device 110 is set up to provide electrical energy to the household appliance 105 when this is connected to the supply device 110 by means of a connection 115 .
  • the supply device 110 is usually stationary and can be connected to an energy supply network, in particular an electricity network. It comprises a power source 120 and a processing device 125, which is preferably set up to determine at least one aspect of electrical energy transmitted via the connection 115 and to control the power source 120 to control at least one aspect of the electrical energy transmitted. Possible aspects of the transmitted energy include, in particular, an amperage or a voltage.
  • the supply device 110 includes two first connections 130, which are in conductive contact in pairs with the second connections 135 included in the household appliance 105 can be brought to make connection 115. In other embodiments, more than two first or second connections 130, 135 can also be provided.
  • the household appliance 105 includes a control device 140 with a processing device 145, an electrical energy store 150, a drive device 155, and an electrical consumer 160, which is shown by way of example as a blower motor of a suction unit 165.
  • the suction unit 165 is set up to clean a floor surface, while the household appliance 105 is controlled over the floor surface by means of the drive device 155 .
  • the processing device 145 is preferably set up to control a movement and a function of the household appliance 105 .
  • the processing device 145 is preferably set up to electrically identify the household appliance 105 with respect to the supply device 110, as is described in more detail herein.
  • the processing device 145 can control charging of the electrical energy store 150 with electrical energy from the connection 115 .
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method 200 for the transmission of energy from the supply device 110 to the household appliance 105.
  • the method 200 can be carried out in a distributed manner.
  • steps that are preferably carried out by the supply device 110 are shown in a left-hand area
  • steps that are preferably carried out by the household appliance 105 are shown in a right-hand area.
  • connection 115 can be established.
  • the household appliance 105 can be controlled to move to the stationary supply device 110 in such a way that the connections 130, 135 are in electrical contact in pairs.
  • the supply device 110 can provide electrical energy with a first limit via the connection 115.
  • a voltage, a current and/or a power of the electrical energy provided via the connection 115 can be limited.
  • the provision of energy can be started before or only after the connection 115 is established in step 205 .
  • the first limitation is preferably selected in such a way that a transferrable energy is harmless to, for example, a person, pet, foreign object, or other object that is physically compatible with the first terminals 130.
  • an electrical voltage can be limited to approximately 5 V and/or an electrical current to approximately 10 mA.
  • the household appliance 105 can determine that electrical energy can be obtained via the connection 115, for example based on a voltage present at connections 135.
  • the household appliance 105 can then operate the load 160 with energy from the connection 115 according to a predetermined sequence.
  • the sequence can include a predetermined time sequence of switching on and off processes. If a plurality of electrical loads 160 that can be controlled independently of one another are provided, they can be operated separately from one another in the sequence or with a time overlap with energy from the connection 115 .
  • the supply device 110 can determine a course of the electrical energy consumed by the household appliance 105 or transmitted via the connection 115 .
  • a current and/or a voltage of the transmitted energy can be determined.
  • the determined course can be compared with a predetermined course. If different household appliances 105 or types of household appliances 105 are to be recognized, a corresponding number of comparisons can take place. Steps 215 to 225 can be run multiple times, with the result of one run influencing a subsequent run. If, for example, it should be determined in a first run that a first consumer 160 consumes less than a predetermined amount of energy in a first sequence, the energy consumption of a second consumer 160 can be determined in a second run; otherwise, a third consumer 160 can be checked.
  • the household appliance 105 or its type can be determined if the specific profile corresponds to one of the predetermined profiles. An identification of the household appliance 105 or its type can be assigned to the predetermined profile.
  • the supply device 110 can end the limitation of the energy provided via the connection 115 from step 210 . Instead, energy can be provided that is adapted to the needs of the specific household appliance 105 or its type. In particular, energy can be provided under a second constraint that is greater than the first constraint. A voltage, a current and/or a power of the electrical energy provided can be controlled or limited to predetermined amounts in each case.
  • household appliance 105 can charge energy store 150 using energy from connection 115 in step 240 .
  • the charging process can be ended when the energy store 150 is sufficiently full and the processing device 145 or the control device 140 interrupts a flow of energy from the connection 115 to the energy store 150 .
  • the household appliance 105 can be removed from the supply device 110, with the connection 115 being released.
  • FIG. 3 shows exemplary energy flows in a system 100.
  • a first curve 305 shows an electrical current I transmitted via the connection 115 as an example.
  • the connection 115 is interrupted and the current I is 0.
  • the limitation of the current I shown is exemplary and that a voltage U provided or an electrical power P provided can also be limited in another embodiment.
  • the voltage is usually influenced in a predetermined manner.
  • connection 115 between the supply device 110 and the household appliance 105 is closed and a current 11 flows.
  • 11 can be less than about 5 mA.
  • the consumer 160 of the household appliance 105 is operated using electricity from the connection 115 according to a predetermined sequence 310.
  • the sequence 310 is shown in the representation of FIG. 3 purely by way of example and without reference to the current strength I.
  • the current is limited to a value I2 during sequence 310, which cannot be exceeded. Depending on the sequence 310, however, the current I may temporarily fall below the value I2.
  • the sequence 310 ends at a point in time t3 and the current I can drop to a lower value, which can be, in particular, the value 11 or an even lower value, in particular 0.
  • the energy provided by the supply device 110 via the connection 115 can be increased by allowing a current I that is greater than I2.
  • the current is limited to a predetermined value I3.
  • the processing device 145 of the household appliance 105 can start a charging process of the energy store 150 using energy via the connection 115 .
  • Operate 215 loads with energy in sequence

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Abstract

Ein Verfahren zur Übertragung elektrischer Energie von einer Versorgungseinrichtung zu einem Haushaltsgerät über eine elektrische Verbindung umfasst Schritte des Begrenzens von über die Verbindung bereitgestellter elektrischer Energie auf einen ersten vorbestimmten Betrag; des Betreibens wenigstens eines elektrischen Verbrauchers des Haushaltsgeräts nach einer vorbestimmten Sequenz mit Energie aus der Verbindung; des Bestimmens eines zeitlichen Verlaufs von über die Verbindung übertragener Energie während der Sequenz; und des Beendens der Begrenzung auf den ersten Betrag, falls der bestimmte zeitliche Verlauf einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf entspricht.

Description

ÜBERTRAGUNG ELEKTRISCHER ENERGIE
Die Erfindung betrifft die Übertragung elektrischer Energie. Insbesondere betrifft die Erfindung die sichere Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Versorgungseinrichtung und einem Haushaltsgerät.
Ein Haushaltsgerät ist dazu eingerichtet, elektrische Energie von einer Versorgungseinrichtung zu übernehmen. Beispielsweise kann das Haushaltsgerät einen eigenen elektrischen Energiespeicher aufweisen, der durch elektrische Energie aus der Versorgungseinrichtung aufgeladen werden kann. Das Haushaltsgerät ist aber nicht permanent mit der Versorgungseinrichtung verbunden. Nach dem Herstellen der Verbindung sollte daher zunächst geprüft werden, ob die Versorgungseinrichtung und das Haushaltsgerät zueinander kompatibel sind, bevor eine größere elektrische Energie zwischen beiden ausgetauscht wird. So kann verhindert werden, dass die Versorgungseinrichtung einen anderen Verbraucher mit einer zu großen elektrischen Energie beaufschlagt oder irrtümlich elektrische Energie statt an das Haushaltsgerät an einen parasitären Widerstand abgegeben wird, der beispielsweise durch Feuchtigkeit, einen Gegenstand oder eine Person, die die elektrische Verbindung berühren, gebildet sein kann.
Es wurde vorgeschlagen, über Kontakte der elektrischen Energieverbindung eine Kommunikation zwischen dem Haushaltsgerät und der Versorgungseinrichtung vorzusehen. Erst wenn diese erfolgreich verlaufen ist, kann eine größere elektrische Energie übertragen werden. Das Übermitteln und Auswerten von Informationen über Kontakte einer Energieversorgung können jedoch aufwendig sein. Ein anderer Vorschlag betrifft die Auswertung eines elektrischen Parameters des Haushaltsgeräts an der Energieverbindung der Versorgungseinrichtung. Ein solcher Parameter kann beispielsweise eine Impedanz oder einen elektrischen Widerstand betreffen. Die Identifikation des Haushaltsgeräts durch die Versorgungseinrichtung kann dabei jedoch keine höheren Anforderungen erfüllen. Noch ein weiterer Vorschlag betrifft die Übertragung von Steuerinformationen über eine separate Kommunikationsleitung, beispielsweise über WLAN oder USB. Ein zusätzlich zu treibender Aufwand in Hardware dafür kann aber beträchtlich sein. Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur sicheren Übertragung elektrischer Energie von einer Versorgungseinrichtung an ein Haushaltsgerät. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Übertragung elektrischer Energie von einer Versorgungseinrichtung zu einem Haushaltsgerät über eine elektrische Verbindung Schritte des Begrenzens von über die Verbindung bereitgestellter elektrischer Energie auf einen ersten vorbestimmten Betrag; des Betreibens wenigstens eines elektrischen Verbrauchers des Haushaltsgeräts nach einer vorbestimmten Sequenz mit Energie aus der Verbindung; des Bestimmens eines zeitlichen Verlaufs von über die Verbindung übertragener Energie während der Sequenz; und des Beendens der Begrenzung auf den ersten Betrag, falls der bestimmte zeitliche Verlauf einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf entspricht.
Erfindungsgemäß kann das Haushaltsgerät durch die Versorgungseinrichtung anhand der elektrischen Charakteristik des Verbrauchers identifiziert werden. Die Sequenz kann ein Einschalten oder Ausschalten des Verbrauchers umfassen, sodass ein Ein- oder Ausschwingverhalten des Verbrauchers elektrisch ausgewertet werden kann. Dadurch kann eine elektrische Signatur überprüft werden, die charakteristisch für den Verbraucher und somit auch charakteristisch für das Haushaltsgerät sein kann. Zur Identifikation des Haushaltsgeräts müssen weder zusätzliche Informationen über die elektrische Verbindung übermittelt werden, noch muss ein separater Kanal zur Kommunikation bereitgestellt werden. Eine Selektivität der Bestimmung kann trotzdem hoch sein.
Die Sequenz kann flexibel an einen oder mehrere vom Haushaltsgerät umfasste Verbraucher angepasst werden. Im Fall von nur einem Verbraucher kann dieser nach einem vorbestimmten zeitlichen Muster, beispielsweise mit länger werdenden Einschaltperioden, betrieben werden.
Die über die Verbindung bereitgestellte elektrische Energie kann insbesondere auf einen vorbestimmten elektrischen Strom und/oder auf eine vorbestimmte elektrische Spannung begrenzt werden. Zur Begrenzung des über die Verbindung fließenden Stroms kann die durch die Versorgungseinrichtung bereitgestellte elektrische Spannung gesteuert werden. Die auf den ersten Betrag begrenzte bereitgestellte elektrischer Energie weist bevorzugt eine Spannung auf, die einen vorbestimmten ersten Schwellenwert nicht überschreitet, der bevorzugt so gewählt ist, dass eine Person oder ein Haustier nicht gefährdet ist, beispielsweise ca. 5 - 18 V. Der über die Verbindung fließende Strom übersteigt bevorzugt nicht einen zweiten Schwellenwert, der weiter bevorzugt so gewählt ist, dass die Person oder das Haustier nicht gefährdet ist, beispielsweise ca. 10 - 50 mA. In einer weiteren Ausführungsform kann eine über die Verbindung übertragene elektrische Leistung als Produkt von Strom und Spannung begrenzt sein, beispielsweise auf ca. 1 - 5 W. Diese Leistung kann ein Entstehen eines Brandes bei einem Kurzschluss an der Verbindung verhindern.
Eine Mischform, bei der die Spannung, der Strom und/oder die Leistung begrenzt sind, kann ebenfalls realisiert werden. Bevorzugt handelt es sich bei der bereitgestellten Energie um Gleichspannung, auch wenn sie einen variablen Anteil umfassen kann. In einer weiteren Ausführungsform wird die auf den ersten Betrag beschränkte Energie periodisch nur für eine bestimmte Dauer bereitgestellt. Eine Einwirkdauer auf einen anderen mit der Versorgungseinrichtung verbundenen Verbraucher als das Haushaltsgerät kann dadurch reduziert sein, sodass ein Schadensrisiko weiter reduziert sein kann. Beispielsweise kann die Energie jeweils nur über eine Dauer von einigen Sekunden lang bereitgestellt werden, gefolgt von einer Pause von mehreren Sekunden oder Minuten.
In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere elektrische Verbraucher des Haushaltsgeräts nach einer vorbestimmten Sequenz betrieben. Dabei können die Verbraucher beispielsweise zeitlich nacheinander oder teilweise überlappend betrieben werden, um eine elektrische Signatur mit erhöhtem Informationsgehalt zu bestimmen. Einer der elektrischen Verbraucher kann etwa einen Motor umfassen, der beispielsweise eine Pumpe, ein Gebläse oder ein Getriebe antreibt. Ein anderer beispielhafter Verbraucher kann etwa eine Heizung, eine Beleuchtungseinrichtung oder eine akustische Ausgabe umfassen.
Es ist bevorzugt, dass das Begrenzen umfasst, dass eine Stromstärke der über die Verbindung bereitgestellten elektrischen Energie auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird. Dazu kann bevorzugt eine elektrische Spannung an der Verbindung auf einer vorbestimmten Nominalspannung gehalten werden. Sinkt ein elektrischer Widerstand eines mit der Versorgungseinrichtung verbundenen Elements, so steigt ein elektrischer Strom der über die Verbindung übermittelten elektrischen Energie bis zu dem vorbestimmten Wert an. Um ein Überschreiten dieses Werts zu verhindern, kann die Spannung der bereitgestellten elektrischen Energie entsprechend abgesenkt werden. Die über die Verbindung übertragene elektrische Energie kann anhand der Stromstärke bestimmt werden, während die Spannung der Nominalspannung entspricht, oder anhand des Spannungseinbruchs unter die Nominalspannung, während die Stromstärke dem vorbestimmten Wert entspricht. In einer weiteren Ausführungsform kann die übertragene elektrische Energie anhand von elektrischem Strom und elektrischer Spannung an der Verbindung bestimmt werden.
Eine Energieaufnahme des elektrischen Verbrauchers kann nach dem Einschalten zeitverzögert ansteigen oder von einem höheren Wert wieder abfallen. Insbesondere wenn der elektrische Verbraucher dazu eingerichtet ist, eine mechanische Masse zu bewegen, kann die Bewegung einem Fluss elektrischer Energie nachlaufen. Die zeitliche Verzögerung kann Aspekte des mechanischen und elektrischen Aufbaus des elektrischen Verbrauchers reflektieren, sodass der Verbraucher mit verbesserter Trennschärfe erkannt werden kann. In einer ähnlichen Ausführungsform kann der Verbraucher dazu eingerichtet sein, eine thermische Masse zu erwärmen, wobei die Erwärmung einem Fluss von Energie ebenfalls zeitverzögert folgen kann.
Die Sequenz kann ein Einschalten des Verbrauchers nur während einer vorbestimmten Dauer umfassen. Die Dauer kann so kurz gewählt sein, dass eine volle, durch den Verbraucher umsetzbare elektrische Leistung nicht erreicht wird. Der durch den elektrischen Verbraucher bewirkte Effekt, beispielsweise eine Bewegung oder Erwärmung, kann durch die kurze Dauer so gering sein, dass er für eine Person im Bereich des Haushaltsgeräts nicht störend wirken kann. Insbesondere können eine ausgeführte Bewegung oder eine bewirkte Erwärmung so klein sein, dass die Person sie kaum oder gar nicht bemerkt.
Ein Typ des Haushaltsgeräts kann auf der Basis des zeitlichen Verlaufs erkannt werden. Die über die Verbindung bereitgestellte Energie kann nach dem Beenden der ersten Begrenzung an den bestimmten Typ angepasst werden. Die Anpassung kann insbesondere einen maximalen elektrischen Strom oder eine bereitgestellte elektrische Spannung der Energie an der Verbindung betreffen. So können unterschiedliche Haushaltsgeräte an nur einer Versorgungseinrichtung jeweils optimal betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Anpassen, dass die über die Verbindung bereitgestellte Energie auf einen zweiten vorbestimmten Betrag begrenzt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Haushaltsgerät oder die Versorgungseinrichtung nicht elektrisch überlastet wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Haushaltsgerät dazu eingerichtet, sich bezüglich der Versorgungseinrichtung selbst zu bewegen. Das Haushaltsgerät kann an die Versorgungseinrichtung gefahren werden, um die Verbindung herzustellen. Dazu kann das Haushaltsgerät Energie aus einer anderen Quelle als der Verbindung zur Versorgungseinrichtung entnehmen. Beispielsweise kann das Haushaltsgerät einen autonomen Roboter umfassen, der dazu eingerichtet ist, in einem Haushalt selbsttätig zu navigieren. Das Haushaltsgerät kann etwa eine Bodenbearbeitungsmaschine, beispielsweise einen Bodenstaubsauger oder ein Bodenwischgerät umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann das Haushaltsgerät einen autonomen Rasenmäher oder ein anderes Gerät umfassen, das selbsttätig im Haushalt beweglich ist. Die Versorgungseinrichtung für ein derartiges Haushaltsgerät wird üblicherweise als Docking-Station bezeichnet. Dabei kann die Versorgungseinrichtung noch weitere Funktionen unterstützen, beispielsweise ein Ausleeren eines Schmutzbehälters oder ein Reinigen eines Filters oder Besens.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Haushaltsgerät einen elektrischen Energiespeicher umfasst, der mittels über die Verbindung übertragener Energie aufgeladen wird, nachdem die Begrenzung auf den ersten Betrag beendet ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann verhindert werden, dass größere elektrische Energie von der Versorgungseinrichtung an einen anderen Abnehmer als das Haushaltsgerät übertragen wird. Der elektrische Energiespeicher kann mit einem hohen Ladestrom aufgeladen werden, sodass eine effiziente und rasche Ladung möglich ist. Die Sicherheit einer Person im Bereich des Haushaltsgeräts oder der Versorgungseinrichtung kann dadurch nicht kompromittiert sein.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Versorgungseinrichtung für ein Haushaltsgerät einen Anschluss zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zu dem Haushaltsgerät; eine steuerbare Stromquelle zur Bereitstellung elektrischer Energie über die Verbindung; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, die über die Verbindung bereitgestellte Energie auf einen ersten vorbestimmten Betrag zu begrenzen; einen zeitlichen Verlauf von über die Verbindung übertragener Energie zu bestimmen; und die Begrenzung auf den ersten Betrag zu beenden, falls der bestimmte zeitliche Verlauf einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf entspricht.
Die Versorgungseinrichtung kann einem vorbestimmten Haushaltsgerät oder einem vorbestimmten Typ von Haushaltsgeräten fest zugeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform können unterschiedliche Haushaltsgeräte mittels der Versorgungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden.
Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Versorgungseinrichtung oder ein hierin beschriebenes Haushaltsgerät übertragen werden und umgekehrt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Haushaltsgerät zur Verbindung mit einer Versorgungseinrichtung einen Anschluss zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zur Versorgungseinrichtung; einen elektrischen Energiespeicher; einen steuerbaren elektrischen Verbraucher, der mit Energie aus der Verbindung betrieben werden kann; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei kann die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, den Verbraucher nach einer vorbestimmten Sequenz mit Energie aus der Verbindung zu betreiben, sodass eine über die Verbindung übertragene Energie einem zeitlichen Verlauf folgt; und den Energiespeicher mittels Energie aus der Verbindung aufzuladen.
Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Das Haushaltsgerät kann ein beliebiges Gerät umfassen, das in einem Haushalt verwendet werden kann und bevorzugt einen elektrischen Energiespeicher umfasst, beispielsweise einen kabellosen Mixer oder einen Akkuschrauber. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Haushaltsgerät eine autonom fahrbare Bodenbearbeitungsmaschine. Diese kann insbesondere eine Kehrmaschine, eine Wischmaschine, eine Staubsaugmaschine oder einen Rasenmäher umfassen.
Nach wieder einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System eine hierin beschriebene Versorgungseinrichtung und ein hierin beschriebenes Haushaltsgerät.
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben, in denen:
Figur 1 ein System mit einem Haushaltsgerät und einer Versorgungseinrichtung; Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Übertragung von Energie; und Figur 3 beispielhafte Energieflüsse darstellt.
Figur 1 zeigt ein System 100 mit einem Haushaltsgerät 105 und eine Versorgungseinrichtung 110. Das Haushaltsgerät 105 ist beispielhaft als Bodenbearbeitungsmaschine dargestellt. Die Versorgungseinrichtung 110 ist dazu eingerichtet, elektrische Energie an das Haushaltsgerät 105 bereitzustellen, wenn dieses mittels einer Verbindung 115 mit der Versorgungseinrichtung 110 verbunden ist. Die Versorgungseinrichtung 110 ist üblicherweise ortsfest und kann mit einem Energieversorgungsnetz, insbesondere einem Stromnetz, verbunden sein. Sie umfasst eine Stromquelle 120 und eine Verarbeitungseinrichtung 125, die bevorzugt dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Aspekt von über die Verbindung 115 übermittelter elektrischer Energie zu bestimmen und die Stromquelle 120 dazu anzusteuern, wenigstens einen Aspekt der übermittelten elektrischen Energie zu steuern. Mögliche Aspekte der übertragenen Energie umfassen insbesondere eine Stromstärke oder eine Spannung.
Die Versorgungseinrichtung 110 umfasst zwei erste Anschlüsse 130, die paarweise in leitenden Kontakt mit vom Haushaltsgerät 105 umfassten zweiten Anschlüssen 135 gebracht werden können, um die Verbindung 115 herzustellen. In anderen Ausführungsformen können auch mehr als zwei erste oder zweite Anschlüsse 130, 135 vorgesehen sein.
Das Haushaltsgerät 105 umfasst eine Steuervorrichtung 140 mit einer Verarbeitungseinrichtung 145, einen elektrischen Energiespeicher 150, eine Antriebseinrichtung 155, sowie einen elektrischen Verbraucher 160, der beispielhaft als Gebläsemotor eines Saugwerks 165 dargestellt ist. Das Saugwerk 165 ist dazu eingerichtet, eine Bodenfläche zu reinigen, während das Haushaltsgerät 105 mittels der Antriebseinrichtung 155 über die Bodenfläche gesteuert wird. Die Verarbeitungseinrichtung 145 ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Bewegung und eine Funktion des Haushaltsgeräts 105 zu steuern. Zusätzlich ist die Verarbeitungseinrichtung 145 bevorzugt dazu eingerichtet, das Haushaltsgerät 105 gegenüber der Versorgungseinrichtung 110 elektrisch zu identifizieren, wie hierin genauer beschrieben ist. Außerdem kann die Verarbeitungseinrichtung 145 ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers 150 mit elektrischer Energie aus der Verbindung 115 steuern.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zur Übertragung von Energie von der Versorgungseinrichtung 110 an das Haushaltsgerät 105. Das Verfahren 200 kann verteilt ausgeführt werden. In der vorliegenden Darstellung sind Schritte, die bevorzugt durch die Versorgungseinrichtung 110 ausgeführt werden, in einem linken Bereich dargestellt, und Schritte, die bevorzugt durch das Haushaltsgerät 105 durchgeführt werden, in einem rechten Bereich.
In einem Schritt 205 kann die Verbindung 115 hergestellt werden. Dazu kann das Haushaltsgerät 105 dazu angesteuert werden, sich derart zur ortsfesten Versorgungseinrichtung 110 zu bewegen, bis die Anschlüsse 130, 135 paarweise in elektrischem Kontakt stehen.
In einem Schritt 210 kann die Versorgungseinrichtung 110 über die Verbindung 115 elektrische Energie mit einer ersten Begrenzung bereitstellen. Dabei können eine Spannung, ein Strom und/oder eine Leistung der über die Verbindung 115 bereitgestellten elektrischen Energie begrenzt werden. Das Bereitstellen von Energie kann bereits vor oder erst nach dem Herstellen der Verbindung 115 in Schritt 205 begonnen werden. Die erste Begrenzung ist bevorzugt derart gewählt, dass eine übertragbare Energie ungefährlich beispielsweise für eine Person, ein Haustier, einen Fremdkörper oder ein anderes, physisch zu den ersten Anschlüssen 130 passendes Objekt ist. Beispielsweise können eine elektrische Spannung auf ca. 5 V und/oder ein elektrischer Strom auf ca. 10 mA begrenzt sein.
In einem Schritt 215 kann das Haushaltsgerät 105 bestimmen, dass elektrische Energie über die Verbindung 115 bezogen werden kann, beispielsweise anhand einer an Anschlüssen 135 anliegenden Spannung. Das Haushaltsgerät 105 kann den Verbraucher 160 dann nach einer vorbestimmten Sequenz mit Energie aus der Verbindung 115 betreiben. Die Sequenz kann insbesondere eine vorbestimmte zeitliche Abfolge von Ein- und Ausschaltvorgängen umfassen. Sind mehrere, voneinander unabhängig steuerbare elektrische Verbraucher 160 vorgesehen, so können diese in der Sequenz voneinander separat oder zeitlich überlappend mit Energie aus der Verbindung 115 betrieben werden.
Zeitgleich zum Schritt 215 kann in einem Schritt 220 seitens der Versorgungseinrichtung 110 ein Verlauf der durch das Haushaltsgerät 105 aufgenommenen bzw. über die Verbindung 115 übertragenen elektrischen Energie bestimmt werden. Insbesondere können ein Strom und/oder eine Spannung der übertragenen Energie bestimmt werden.
In einem Schritt 225 kann der bestimmte Verlauf mit einem vorbestimmten Verlauf verglichen werden. Sollen unterschiedliche Haushaltsgeräte 105 oder Typen von Haushaltsgeräten 105 erkannt werden können, so können entsprechend viele Vergleiche stattfinden. Die Schritte 215 bis 225 können mehrfach durchlaufen werden, wobei das Ergebnis eines Durchlaufs einen folgenden Durchlauf beeinflussen kann. Sollte beispielsweise in einem ersten Durchlauf bestimmt werden, dass bei einer ersten Sequenz ein erster Verbraucher 160 weniger als eine vorbestimmte Energiemenge aufnimmt, so kann in einem zweiten Durchlauf die Energieaufnahme eines zweiten Verbrauchers 160 bestimmt werden; andernfalls kann ein dritter Verbraucher 160 überprüft werden.
In einem Schritt 230 kann das Haushaltsgerät 105 oder dessen Typ bestimmt werden, wenn der bestimmte Verlauf einem der vorbestimmten Verläufe entspricht. Eine Identifikation des Haushaltsgeräts 105 oder seines Typs kann dem vorbestimmten Verlauf zugeordnet sein. In einem Schritt 235 kann die Versorgungseinrichtung 110 die Begrenzung der über die Verbindung 115 bereitgestellten Energie vom Schritt 210 beenden. Stattdessen kann Energie bereitgestellt werden, die auf Bedürfnisse des bestimmten Haushaltsgeräts 105 bzw. dessen Typs angepasst ist. Insbesondere kann Energie unter einer zweiten Begrenzung bereitgestellt werden, die größer als die erste Begrenzung ist. Dabei können eine Spannung, ein Strom und/oder eine Leistung der bereitgestellten elektrischen Energie auf jeweils vorbestimmte Beträge gesteuert beziehungsweise begrenzt werden.
Zeitgleich zum Schritt 235 kann das Haushaltsgerät 105 in einem Schritt 240 den Energiespeicher 150 mittels Energie aus der Verbindung 115 aufladen. Der Aufladevorgang kann beendet werden, wenn der Energiespeicher 150 ausreichend gefüllt ist und die Verarbeitungseinrichtung 145 bzw. die Steuervorrichtung 140 einen Fluss von Energie von der Verbindung 115 an den Energiespeicher 150 unterbricht. Alternativ kann das Haushaltsgerät 105 von der Versorgungseinrichtung 110 entfernt werden, wobei die Verbindung 115 gelöst wird.
Figur 3 zeigt beispielhafte Energieflüsse an einem System 100. Ein erster Verlauf 305 zeigt beispielhaft einen über die Verbindung 115 übertragenen elektrischen Strom I an. Zu einem Zeitpunkt tO ist die Verbindung 115 unterbrochen und der Strom I beträgt 0. Es ist zu beachten, dass die gezeigte Begrenzung des Stroms I exemplarisch ist und in einer anderen Ausführungsform auch eine bereitgestellte Spannung U oder eine bereitgestellte elektrische Leistung P begrenzt werden können. Zur Steuerung der verschiedenen Charakteristika der bereitgestellten Energie wird üblicherweise jeweils die Spannung in einer vorbestimmten Weise beeinflusst.
Zu einem Zeitpunkt t1 ist die Verbindung 115 zwischen der Versorgungseinrichtung 110 und dem Haushaltsgerät 105 geschlossen und es fließt ein Strom 11. Dieser kann sehr gering sein und insbesondere der gegenseitigen Signalisierung der geschlossenen Verbindung 115 dienen. Beispielsweise kann 11 weniger als ca. 5 mA betragen.
Zu einem Zeitpunkt t2 wird der Verbraucher 160 des Haushaltsgeräts 105 mittels Strom aus der Verbindung 115 nach einer vorbestimmten Sequenz 310 betrieben. Die Sequenz 310 ist rein beispielhaft und ohne Bezug zur Stromstärke I in die Darstellung von Figur 3 eingezeichnet. Die Stromstärke ist während der Sequenz 310 auf einen Wert I2 begrenzt, der nicht überschritten werden kann. In Abhängigkeit der Sequenz 310 kann der Strom I jedoch temporär unter den Wert I2 absinken.
Zu einem Zeitpunkt t3 ist die Sequenz 310 beendet und der Strom I kann auf einen geringeren Wert abfallen, der insbesondere den Wert 11 oder einen noch kleineren Wert, insbesondere 0, betragen kann.
Zu einem Zeitpunkt t4 kann die durch die Versorgungseinrichtung 110 über die Verbindung 115 bereitgestellte Energie vergrößert sein, indem ein Strom I zugelassen wird, der größer als I2 ist. Optional ist der Strom auf einen vorbestimmten Wert I3 beschränkt. Zeitgleich kann die Verarbeitungseinrichtung 145 des Haushaltsgeräts 105 einen Aufladevorgang des Energiespeichers 150 mittels Energie über die Verbindung 115 starten.
Bezugszeichen
100 System
105 Haushaltsgerät
110 Versorgungseinrichtung
115 Verbindung
120 Stromquelle
125 Verarbeitungseinrichtung
130 erster Anschluss
135 zweiter Anschluss
140 Steuervorrichtung
145 Verarbeitungseinrichtung
150 Energiespeicher
155 Antriebseinrichtung
160 elektrischer Verbraucher (Gebläsemotor)
165 Saugwerk
200 Verfahren
205 Verbindung herstellen
210 Energie mit erster Begrenzung bereitstellen
215 Verbraucher nach Sequenz mit Energie betreiben
220 Verlauf Energieaufnahme bestimmen
225 Mit vorbestimmtem Verlauf vergleichen
230 Haushaltsgerät Typ bestimmen
235 Energie mit zweiter Begrenzung bereitstellen
240 Energiespeicher aufladen
305 erster Verlauf
310 zweiter Verlauf (Sequenz)

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren (200) zur Übertragung elektrischer Energie von einer Versorgungseinrichtung (110) zu einem Haushaltsgerät (105) über eine elektrische Verbindung (115), wobei das Verfahren (200) folgende Schritte umfasst:
- Begrenzen (210) von über die Verbindung (115) bereitgestellter elektrischer Energie auf einen ersten vorbestimmten Betrag;
- Betreiben (215) wenigstens eines elektrischen Verbrauchers (160) des Haushaltsgeräts (105) nach einer vorbestimmten Sequenz (310) mit Energie aus der Verbindung (115);
- Bestimmen (220) eines zeitlichen Verlaufs (305) von über die Verbindung (115) übertragener Energie während der Sequenz (310); und
- Beenden (235) der Begrenzung auf den ersten Betrag, falls der bestimmte zeitliche Verlauf (305) einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf entspricht (225).
2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei die über die Verbindung (115) bereitgestellte elektrische Energie auf einen vorbestimmten elektrischen Strom und/oder auf eine vorbestimmte elektrische Spannung begrenzt wird.
3. Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere elektrische Verbraucher (160) des Haushaltsgeräts (105) nach einer vorbestimmten Sequenz (310) betrieben werden.
4. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei das Begrenzen umfasst, dass eine Stromstärke der über die Verbindung (115) bereitgestellten elektrischen Energie auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird.
5. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Energieaufnahme des Verbrauchers (160) nach dem Einschalten zeitverzögert ansteigt.
6. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sequenz (310) ein Einschalten des Verbrauchers (160) nur während einer vorbestimmten Dauer umfasst. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf der Basis des zeitlichen Verlaufs (305) ein Typ des Haushaltsgeräts (105) erkannt (230) wird; und wobei die über die Verbindung (115) bereitgestellte Energie nach dem Beenden der ersten Begrenzung an den bestimmten Typ angepasst (235) wird. Verfahren (200) nach Anspruch 7, wobei das Anpassen umfasst, dass die über die Verbindung (115) bereitgestellte Energie auf einen zweiten vorbestimmten Betrag begrenzt (235) wird. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Haushaltsgerät (105) an die Versorgungseinrichtung (110) gefahren (205) wird, um die Verbindung (115) herzustellen. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Haushaltsgerät (105) einen elektrischen Energiespeicher (150) umfasst, der mittels über die Verbindung (115) übertragener Energie aufgeladen (240) wird, nachdem die Begrenzung auf den ersten Betrag beendet (235) ist. Versorgungseinrichtung (110) für ein Haushaltsgerät (105), wobei die Versorgungseinrichtung (110) folgendes umfasst:
- einen Anschluss (130) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung (115) zu dem Haushaltsgerät (105);
- eine steuerbare Stromquelle (120) zur Bereitstellung elektrischer Energie über die Verbindung (115); und
- eine Verarbeitungseinrichtung (125), die dazu eingerichtet ist:
- die über die Verbindung (115) bereitgestellte Energie auf einen ersten vorbestimmten Betrag zu begrenzen;
- einen zeitlichen Verlauf (305) von über die Verbindung (115) übertragener Energie zu bestimmen; und
- die Begrenzung auf den ersten Betrag zu beenden, falls der bestimmte zeitliche Verlauf (305) einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf entspricht. 15 Haushaltsgerät (105) zur Verbindung (115) mit einer Versorgungseinrichtung (110), wobei das Haushaltsgerät (105) folgendes umfasst:
- einen Anschluss (135) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung (115) zur Versorgungseinrichtung (110);
- einen elektrischen Energiespeicher (150);
- einen steuerbaren elektrischen Verbraucher (160), der mit Energie aus der Verbindung (115) betrieben werden kann; und
- eine Verarbeitungseinrichtung (145), die dazu eingerichtet ist:
- den Verbraucher (160) nach einer vorbestimmten Sequenz (310) mit Energie aus der Verbindung (115) zu betreiben, sodass eine über die Verbindung (115) übertragene Energie einem zeitlichen Verlauf (305) folgt; und den Energiespeicher mittels Energie aus der Verbindung (115) aufzuladen. Haushaltsgerät (105) nach Anspruch 12, wobei das Haushaltsgerät (105) eine autonom fahrbare Bodenbearbeitungsmaschine umfasst. System (100), umfassend eine Versorgungseinrichtung (110) nach Anspruch 11 und ein Haushaltsgerät (105) nach Anspruch 12 oder 13.
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