JP2017531981A - エネルギー管理カプセル - Google Patents

Abstract

エネルギー管理カプセルが開示され、ここで該カプセルは、複数のセンサ又は、インターネットに接続された電気出力コントローラを有する、幹線によって電力供給される装置である。電気出力を制御すると共に、予想されるセンサ値に対する有意な変化についての情報を提供するために、ウェブサービスはセンサデータを分析する。幾つかのエネルギー管理カプセルは、幹線電力線、無線通信、又は有線デジタルネットワークを介して相互接続してもよい。エネルギー管理カプセルは、幹線電源の障害を報告する。【選択図】図４

Description

この発明は、エネルギー管理カプセルに関する。

現在の安全制御システム及び環境制御システムは、侵入者警報又は中央暖房自動温度調節器のような、単一の機能を有する。現存するハードウェア及びソフトウェアは、多機能的ではなく、且つ警報及び自動温度調節制御システムの両方として作用することが可能ではない。電力産業もまた、供給レベルの変動に需要をバランスさせる方法を必要としている。これは、設備に対する電力の使用を制御する料金表を使用することによってなされ得るが、ここでの設備とは、冷蔵又は貯蔵加熱のように、時間に依存しないものである。単一機能のコントローラは、専用の電気回路及び計量を要求する。

本発明の一態様は、エネルギー管理モジュール又はカプセルを提供し、このモジュール又はカプセルは、幹線電源に接続するための手段と、１つ以上の外部電気装置に物理的に接続する手段と、インターネットとデータを通信するためのデータ送受信手段と、データ送受信手段を用いてインターネットから受信されたデータを使用することによって、１つ以上の外部電気装置に対する電気出力を制御するための制御手段と、を備える。

本モジュールは、入力幹線電力測定センサ又は他のセンサと、電気出力コントローラとを更に備えてもよい。

本モジュールは、デジタル通信能力を更に備え、且つインターネットを介したウェブサービスによって制御してもよい。

本モジュールは、センサ又は他の入力装置を含む他の外部エネルギー管理モジュール又はカプセルに、有線又は無線で接続されるように構成してもよい。

本モジュールは、幹線配線又は低電圧配線を介して、１つ以上の他のモジュールとデジタル的に通信するように構成してもよく、ここで他のモジュールは、異なる構成のセンサ若しくは電気出力、又はデジタル通信構成要素を有してもよい。

本モジュールは、センサデータをウェブサービスに送信すると共に、１つ以上のモジュール又はカプセルの電気出力を制御するためのデータを受信するように構成せてもよい。

本モジュールは、幹線電源を喪失した後、任意の相互接続されたモジュール又はカプセルに対して、インターネットを介して通信し続けるように構成してもよい。

これまでの任意の定義によるモジュールネットワークを用いて収集されたセンサデータ、又は他の収集された時系列のデータを処理する方法が更に提供されるが、該方法は、使用中に、センサデータのパターンの変化を識別するか、又は電力に対する将来の需要を予測する。

本方法は、インターネット又は他の遠距離通信ネットワークに接続されたソフトウェアアプリケーションによる、公表結果を更に備えてもよい。

本発明は、添付された図面を参照しながら、単に例として、今から説明されるであろう。

エネルギー管理カプセルの概念を概観的に示す模式図である。 図１のカプセルのハードウェアモジュールとソフトウェアモジュールとの間の関係を示すブロック図である。 複数のカプセルの相互接続を示すブロック図である。 多センサ電源ソケットエンクロージャとしての実際的な実施形態におけるカプセルを示す斜視図である。 第２実施形態の応用を概念的に示す模式図である。

本明細書における実施形態は、「モノのインターネット」という概念を使用する。エネルギー管理モジュール、又は「カプセル」において、内部のセンサ、又はカプセルに接続されたセンサは、インターネットを介してソフトウェアシステムにデータとして送られる物理的特性を測定する。ソフトウェアは、データを処理し、且つカプセル又は複数のカプセルに制御信号を送り返す。他のユーザ又はシステムもまた、情報を受信することが可能である。

特徴として、以下のことが含まれる。

カプセルは、センサによって測定される幹線電圧入力電源によって電力供給される。

電力出力は、遠隔的に、又は内部ファームウェアによって、若しくは手動スイッチを用いて、制御することが可能である。

カプセルはデータ分析のための付加的なセンサを有し、ここでデータ分析は、カプセルからの幹線電気出力又は低電圧電気出力を制御するために使用される。

ソフトウェアは、センサデータを格納し、そのセンサデータを他のデータソースと結合し、データ分析を実施するか、又は将来の電気需要を予測するような、他の目的のための情報を提供する。

カプセルは、幹線電源を喪失した後、インターネットへの送信を可能にするためのエネルギーを貯蔵している。

複数のカプセルは、通信ネットワークで相互接続することが可能である。

システム設定は、ウェブサービス又はスマートフォンによって制御することが可能である。

この文書は、包括的な「又は」を使用し、この包括的な「又」は、「及び」を意味することが可能である。

従って、本発明は、いたるところに現れる。本発明は、安全監視、警報、空調、冷蔵、電力貯蔵、加熱に対して、又は、電力消費装置若しくは電力貯蔵装置の遠隔制御からの恩恵があるところはどこであろうと、使用することが可能である。

カプセルは、冷蔵庫又は幹線電源ソケットのような、幹線から電力供給される電気設備又はエンクロージャに組み込むことが可能である。

カプセルの電気出力（幹線電圧又は低電圧の両方）は、ウェブサービスによって遠隔的に制御することが可能である。

データは、幹線電力障害の後、切れ目なく送信することが可能である。

データは、他のソースからのデータと結合することが可能である。

複数の遠距離通信方法を展開することが可能である。

データは、強力な認証及び暗号化されたデータ格納によって保護される。

ファームウェアは、遠隔的に更新することが可能である。

収集されたデータは、データ所有者の同意の下、他のソフトウェアアプリケーション開発者によって使用することが可能である。

図１及び図２を参照すると、複数のセンサ及び、複数の電気出力を制御する電子機器のためのエンクロージャとしての、エネルギー管理カプセル１７が示されている。センサは、カプセル１７に対して、内蔵のもの又は外付けのものであり得る。センサとの通信及び遠距離通信は、有線又は無線によるものであり得る。インターネットへの接続は、有線の遠距離通信、又は無線の遠距離通信によるものである。カプセル１７は、電気的接続が必要な場合を除いて、周囲の物理的具体物から電気的に絶縁される。アンテナ６又はアンテナ２２は、異なる実施形態の要求を満足させるために、外部的又は内部的に取り付けられる。

特に図２を参照すると、ハードウェアモジュールとソフトウェアモジュールの両方が示されている。

カプセル１７のプリント回路基板（ＰＣＢ)アセンブリ１は、コネクタ２、３、４、５、６、７を有するが、これらのコネクタは、ＰＣＢアセンブリ１及びカプセル１７の外側にある構成要素との電気的接続を行うためのものである。コネクタ２は幹線入力コネクタであり、このコネクタは、電線３２を介して幹線ＡＣ電圧電源３１に接続される。コネクタ５は、電線３５を介して好みの数の外部センサ８につながる外部センサコネクタである。コネクタ６は、電線３６を介して可変数のシリアルポート９につながる。コネクタ４は、電線４１を介して低電圧電気出力４０に接続される低電圧出力コネクタである。

カプセル１７は、電気的構成要素を絶縁するか、又は電気的構成要素を支持する。カプセル１７は、幾つかの部品から構築してもよい。カプセル１７は、包含物を囲んでもよく、又は任意の実施形態において他のカプセル１７につながるか、若しくはカプセル２９につながってもよい。

ＰＣＢアセンブリ１は、幾つかの部品から構築してもよい。電気回路４５、４６、４７は、ＰＣＢアセンブリ１の構成要素間の接続を表す。入力信号又はファームウェアは、製造又は動作の間に、ＰＣＢアセンブリ１の部品を作動させることが可能である。

回路４５は、コネクタ２、３及び４と、モジュール１３、１４、１５及び１６とに接続されるが、これらのモジュールは、幹線電圧で動作するか、又は高電圧に近いところにある。

モジュール１３は、モジュール１８において使用されるエネルギー貯蔵、及び低電圧ＤＣを要求する他のモジュールによって使用されるエネルギー貯蔵のための低電圧ＤＣ電流を作り出す。モジュール１４は、電気出力３３において使用される電流を測定する。モジュール１５は、コネクタ２及び電線３２を介し、電源３１を通って、外部エネルギー管理カプセルに至る電力線通信のための、入力及び出力のプロセッサである。モジュール１６は、幹線電圧出力３３を制御する電力コントローラである。モジュール３８は、低電圧出力４０を制御する。

回路４６は、ＰＣＢアセンブリ１における全ての内部モジュール及び回路を接続する。モジュール１３、１４、１５、１６及び３８は、上で説明される。

モジュール１８は、モジュール１３によって引き起こされる低電圧エネルギー貯蔵のためのモジュールである。モジュール１８は、もし幹線電圧電源３１が利用できない場合、低電圧モジュールのために電力を供給し続ける。モジュール１９（複数可）は、ＰＣＢアセンブリ１又はカプセル１７に接続されるセンサ（複数可）である。モジュール２０は、図２で参照される全てのモジュールのためのプログラマブル・マイクロコントローラである。モジュール２０はファームウェアを含むが、このファームウェアは、シリアル接続ブロック６若しくは外部アンテナブロック７、又は内部アンテナモジュール２２を介してアップロードされる。モジュール２１は、データを受送信するための、又は信号を制御するための無線通信処理モジュールである。モジュール２１は、特定の実施形態及び関連するエネルギー管理カプセルの必要性に依存して、複数のプロトコルに対してプログラムすることが可能である。モジュール２２は、ＰＣＢアセンブリ１又はカプセル１７の上に取り付けられる、可変数の内部アンテナである

回路４７は、コネクタ５との通信、コネクタ６とのシリアル通信及び、内部アンテナモジュール２２又はアンテナ１０との無線周波数通信を制御する。

カプセル２９は、センサ８、シリアルポート９及び外部アンテナ１０の幾つか又は全てを囲む。１つ以上のカプセル２９を、カプセル１７に接続してもよい。センサ１１は、内部アンテナモジュール２２又は外部アンテナ１０を介して、ＰＣＢアセンブリ１に無線で接続される。

パイプ２３は、有線接続及び無線接続を介した、インターネット又はローカル・エリア・ネットワークとのデジタル通信ネットワークを表す。パイプ２３は、ウェブサービス２４、２５、２６、２７及び２８を提供する。この場合、サービス２４は、データ格納サービスである。サービス２５は、身元提供及び個人データストアである。サービス２６は、現在値と履歴センサ値の時系列比較を含む、データ分析サービスである。これらは変化と呼ばれる。サービス２７は、ウェブブラウザ又はスマートフォンアプリケーションのようなインターネット接続装置に、センサ値及び変化を提示するものである。サービス２８は、サービスを制御する手段である。サービス２８は、モジュール１６又はモジュール３８からの電気出力を制御し、且つモジュール２０又はモジュール２１におけるファームウェアを変更する。

図３は、２つ以上のエネルギー管理カプセルのネットワークを示す。分かりやすくするために、カプセル又はエンクロージャは示されていない。

ＰＣＢアセンブリ１は、幹線コネクタ２及び電線５０を介して、更にコネクタ２^＊を介して、ＰＣＢアセンブリ１^＊につながる。電線５０は、幹線電力回路を通してデジタル信号を伝える。電線５０^＊は、より多くのＰＣＢアセンブリ１^＊へデジタル信号を広げる。ＰＣＢアセンブリ１は、コネクタ６、ポート９及び電線５１を介して、更にポート９^＊及びコネクタ６^＊を介して、ＰＣＢアセンブリ１^＊につながる。電線５１は、低電圧回路を通してデジタル信号を伝える。電線５１^＊は、より多くのＰＣＢアセンブリ１^＊へデジタル信号を広げる。

カプセルのネットワークにおいて、幹線電源が利用できない場合、少なくとも１つのカプセルは、インターネットに対して、継続的な接続を有する。そのカプセルは、電源が失われたことを、ウェブサービスに知らせる。

図４は、本発明の一実施形態としての、スマート電源ソケットを示す。モジュール１００は、図２で説明されたような内部カプセルを含むエンクロージャである。エンクロージャ１００は固定具２００を有し、固定具２００は、エンクロージャ１００を、幹線電源を有するパットレスボックスにしっかりと固定する。センサ３００は、エンクロージャ１００の計器盤に埋め込まれた運動センサである。

電力は、ＵＫ標準１３アンペア幹線ソケット４００で供給される。電流は、内部電力センサによって測定され、且つアクチュエータによって制御される。スイッチ５００は、ソケット４００から電力を分離するために使用することが可能である。指示器６００は、電力がソケット４００に供給されているかどうかを示す。

この実施形態は、一人暮らしの老人に対する健康監視装置のためのハードウェアとして使用することが可能である。ソフトウェアは、通常行動からの変化に対して、データを一時間ごとに分析し、且つウェブサーバ上又はスマートアプリケーション上に結果を示す。

いくつかのそのようなスマート電源ソケットを、標準電源ソケットの代替として、又は現存特性にある電源ソケットの置き換えとして、新しい建物の中でネットワーク化することが可能である。

同様なシステムが、図５に示されている。ここで、図４のシステムに関するのと同じように、ソケットは、通常、専門の設置業者によって設置され、且つ設置業者は、現存の差し込み口を置き換えるであろう。データの効率的なＧＳＭ（登録商標）伝送を保証するために、ソケットは、壁に突き出た形で適合してもよく、且つ、金属のパットレスボックス内に適合させてはならない。永続的な設置は、従って、家庭内に取り外しできないセンサを提供する。（プラグイン型装置は、ユーザによる取り外しを受ける。）加えて、場所が固定されていることは、信頼できるＧＳＭ（登録商標）伝送を保証する。設置には、ＧＳＭ（登録商標）ネットワーク適用範囲の評価を含まなければならない。

差し込み口の中で、特注の電子機器アセンブリは、電力監視、制御、他のセンサ測定、及びインターネットへの通信をサポートするための機能性を提供する。そのユニットは、付加的なスマート電源ソケット又は、所有地内に位置する遠隔センサとの通信をサポートしてもよい。低エネルギー型ブルートゥース（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、イーサネット（登録商標）又は、シグフォックス（ＳｉｇＦｏｘ）のような他の通信システムを更に収容してもよい。

システムは、２つの機能のために、低電圧ＤＣ貯蔵システムを囲む。
（ａ）幹線電源が停電の間、通信が維持されるように、限られた時間の間、マイクロコントローラシステムを動作させること。幹線電源の喪失は、外部監視ソフトウェアに伝達される。
（ｂ）遠距離通信モジュールを動作させるのに十分なピーク電流を提供し、それによって、ＡＣからＤＣへのより小さな変換器が組み込まれるのを可能にすること。

そのユニットは、ＣＥ認証を獲得するために、全ての必要な安全性及びＥＭＣ標準を満足するように設計されてきた。

ソケットは、異なる内部機能及び選択肢を有する幾つかのバージョンにおいて開発される。

システムは、次のサブ構成要素の全て又は、次のサブ構成要素から選択されたものを備えてもよい：
・低電力マイクロコントローラシステム２０６。履行されるマイクロコントローラ・サブシステムは、無線ネットワーク（ＯＴＡ：Ｏｖｅｒ Ｔｈｅ Ａｉｒ）プログラミングによってサポートされ得る専有のプログラムを使用する。ファームウェアプログラムの変更は、設置後に、遠隔無線アクセスによって履行することが可能である；
・マイクロコントローラ及び関連する電子機器に電力供給するための、ＡＣからＤＣへの変換器２０８；
・リチウム電池２１０；
・電子機器を含むＰＣＢアセンブリ２１２；
・例えば、アナログインターフェースを介して接続された受動型赤外センサを用いた運動検出器２１４；
・使用時に、観察下で電気器具（これは、例えば、幹線電源コードを介して接続された湯沸かし器２１８であり得るだろう）の電流消費を測定する電流感知コイル２１６；
・温度センサ２２０；
・ソケットまでのリング幹線２２２（入力電圧）；
・１つ以上の、切り替えられた１３Ａ差し込み口２２４；
・内部ＧＳＭ（登録商標）アンテナ２２６。

システムはまた、ＷＩＦＩ、ブルートゥース（登録商標）又はイーサネット（登録商標）／幹線回路のような通信インターフェース回路２２８を含んでもよい。

マイクロコントローラシステム２０６は、制限無しで、以下のものを含む。
・オペレーティングシステム及びプログラムファームウェアを含む不揮発性プログラムメモリ。該メモリはまた、電力障害又はネットワーク障害の場合でさえも、局所的に収集されたデータの格納のための手段を提供する。データは、その後、システムが回復した時に、アクセスすることが可能である；
・プログラム実行及び計算のために十分なＲＡＭ；
・ＧＳＭ（登録商標）通信モジュール；
・デジタル入力及びデジタル出力；
・アナログ入力及びアナログ出力；
・電池のための統合された充電システム。

ソケットは、電源ソケット面板及び、修正された市販のパットレスボックスから作られたエンクロージャに適合したＰＣＢアセンブリを用いて構築される。構成要素は、ＰＣＢに埋め込まれ、ハンダ付けされた電線又はクリップで接続される。低電圧と高電圧の分離は、整形された絶縁性プラスチック造形物による。

電子機器構成要素は、小型化されてカプセルの中に入れてもよく、ここでカプセルは、広い範囲の国際的なパットレス及び計器盤の設計に適合するであろう。外部の構成要素との接続は、コネクタブロックを介して行われる。

物理的設計は、電子機器が、現存する電源ソケット差し込み口の中に、又は新しいソケットアセンブリの一部として、適合し得ることを保証する。そのよう設計は、現存する壁電源差し込み口に対して、新部品の追加導入を可能にするであろう。バックアップ用の電池は、電源ソケットカプセル内部の構成要素にアクセスすることなく、置き換えてもよい。

電源ソケットカプセルは、マイクロコントローラ及び電子機器を含むが、これらは、全ての使用の場合において存在する。センサにとって最適な場所に位置しない電源ソケットについては、外部センサを含む外部電源カプセルを、有線又は無線で接続してもよい。

正しく認識されることであろうが、前述のことは、実施形態の例、及び実施形態の使用に関する幾つかの例にすぎない。技量のある読者であれば、本発明の真の範囲から外れることなく、実施形態に対して変更をなし得ることを容易に理解するであろう。

Claims (10)

1. エネルギー管理モジュール又はカプセルであって、
   幹線電源に接続するための接続手段と、
   １つ以上の外部電気装置に物理的に接続するための手段と、
   インターネットとデータを通信するためのデータ送受信手段と、
   前記データ送受信手段を使用することによって、インターネットから受信されるデータを用いて、前記１つ以上の外部電気装置に対する電気出力を制御するための制御手段と、
   を備える、エネルギー管理モジュール又はカプセル。
2. 請求項１に記載のモジュールであって、
   入力幹線電力測定センサ又は他のセンサと、電気出力コントローラとを更に備える、モジュール。
3. 請求項１又は２に記載のモジュールであって、
   デジタル通信能力を更に備え、且つインターネットを介してウェブサービスによって制御される、モジュール。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のモジュールであって、
   センサ又は他の入力装置を含む他の外部エネルギー管理モジュール又はカプセルに、有線又は無線で接続されるように構成される、モジュール。
5. 請求項４に記載のモジュールであって、
   該モジュールは、幹線配線又は低電圧配線を介して、１つ以上の他のモジュールとデジタル的に通信するように構成され、ここで該１つ以上の他のモジュールは、異なる構成のセンサ若しくは電気出力、又はデジタル通信構成要素を有してもよい、モジュール。
6. 請求項５に記載のモジュールであって、
   センサデータをウェブサービスに送信すると共に、１つ以上のモジュール又はカプセルの前記電気出力を制御するためのデータを受信する、モジュール。
7. 請求項５に記載のモジュールであって、
   幹線電源を喪失した後、任意の相互接続されたモジュール又はカプセルに対して、インターネットを介して通信し続けるように構成される、モジュール。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のモジュールであって、
   前記制御手段は、ファームウェアによって制御され、且つ無線ネットワーク（ＯＴＡ）通信を使用して更新されるように構成される、モジュール。
9. 請求項６に記載のモジュールネットワークを使用して収集されたセンサデータ、又は他の収集された時系列データを処理する方法であって、
   使用時に、センサデータのパターンの変化を識別するか、又は電力に対する将来需要を予測する、方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    インターネット又は他の遠距離通信ネットワークに接続されたソフトウェアアプリケーションによる公表結果を更に備える、方法。