JP2020522908A - バッテリーで運用されるスマート計測カウンタ - Google Patents

Abstract

消費データパケット（２０）の送信の為の無線モジュール（１９）に対する消費センサー（１４）及び送信クロックジェネレーター（１７）を備え付けられたスマート計測メーター（１１）のバッテリー運用の間に、バッテリー（２１）の残容量が著しく減少した場合、データパケット（２０）が、指定された運用期間の終わりに予定されたバッテリー交換迄の残余期間に渡っても、前記残容量で以前の様に送信可能かが判定される。否定の場合、例えばデータパケット（２０）の送信電力が低減され及び／又はそれらの送信クロック（２７）が残余期間に渡って伸ばされる。この判定は、制御仕様と共に、好ましくは集約装置（１３）で行われ、無線モジュール（１９）を双方向に運用することによってメーター（１１）に送信され、結果、供給エリアのメーター（１１）の夫々においてこの目的に必要なコンピューターの容量を保持する必要がなくなる。

Description

本発明は、独立特許請求項のそれぞれのプリアンブルに係るスマート計測メーターのバッテリー動作についての方法および装置に関する。

スマート計測において、例えば、ドイツ特許公報ＤＥ １ ０１ ５２ ５５４ Ｂ４で記載の通り、その狙いは、電気、ガス、水道、または地域熱供給などといったライン接続されたエネルギー源の各消費ポイントに、計量デバイスによって生成され消費に応じた信号用のメーターを備え付けることであり、ライセンス不要でアクセス可能なＩＳＭ周波数帯域の一つを介して、現在蓄積されているデジタル化されたメーター読み取り値を集約装置に無線ショートレンジパケット送信をするための無線モジュールを備え付けることである。メーターアドレスによって個別化され、その受信エリアにおいて動作する異なるメーターから比較的頻繁に受信されもするパケット（メッセージとも称される）を受信および保存するし、場合によっては、データの妥当性チェックなどの前処理を実行する。集約装置に一時的に保存されたデータは、ロングレンジの無線データ送信、例えば、ＷＬＡＮまたはモバイル無線通信のスタンダード、を介して、ネットワークのヘッドエンド、例えば、この供給エリアにおけるこのエネルギー源に関するエネルギー供給会社の請求または運用の管理センター、へ比較的頻繁に送信される。

消費者がアクセスできないメーターには、少なくとも１２年の動作期間の後でのみ、バッテリーの交換（計測器の再キャリブレーションを伴うかもしれないが）を必要とするとされる長寿命なバッテリーが備え付けられている。物流、技術、およびコスト的な理由から、全てのメーターまたは少なくともそのバッテリーは、供給エリアでのこの特定の動作期間の終わりに、一部のバッテリーがその時点においてさらなる動作のための十分な容量を持っている場合であっても、ほぼ同時に交換される。しかし、一方で、供給エリアで作動しているメーターの一つにおけるバッテリーが通常より早く消耗している場合、特に、供給エリア全体での運用期間の終了時における、次の、つまりスケジュールされた、交換までの短い残存期間においては、予定外の交換が、かなりの追加の関連する人手と財政支出を引き起こす。

このような状況に照らして、本発明の技術的目的は、スマート計測メーターにおける、通常よりも早い、予定外のバッテリー交換の要求を回避することである。

独立特許請求項に示された本質的な機能の組み合わせに係るこの目的は、残存運用期間の延長という意味でバッテリーの残存容量に応じて無線リンクのパラメーターを変更することによって（少なくとも）スケジュールされた稼働期間の終了までそれに対する対象の負荷を取り除くことにより、通常よりも早く消耗する恐れのあるバッテリーのいまだ利用可能な残存運用期間の延長によって、達成される。

この目的のため、特に、ある運用期間の後の減少されたバッテリー容量のときは、残りの期間においてデータパケットを送信するために、このバッテリーでまだ送信可能なデータパケットの数が規定され、そして、例えば、データレート、波形、クロック、および／またはレベルに関してのみの減少といったように修正された無線パラメーターを用いて、残りの期間を延長する。

メーター内で動作する検出器は、バッテリーの性質、特に放電曲線の特性、または、少なくとも現在の、特には負荷依存および温度依存の状態での、特性を記録するために設けられる。このタイプの使用可能な状態基準は、できれば全負荷の下で計測された、現在のバッテリー電圧またはバッテリーの現在の内部抵抗であり、好ましくは、現在の運用期間後のこのバッテリータイプの標準的な性質または標準的な状態と比較される。既知の電力消費、特にはその計測器についての、を考慮して、このメーターの信号処理および無線モジュール、選択された無線パラメーターは、バッテリーの残存容量に応じて修正される。この目的のために、現在の残存バッテリー容量でまだ可能な本タイプのパケット送信の数を規定することができ、例えば保存されたテーブルから算出または導出することができる。しかし、結果として運用期間をさらに延長するために、このメーターの無線モジュールの送信電力および／またはその送信クロックなどといった、少なくとも一つの無線パラメーターは、システムで指定された運用期間の終わりにおけるスケジュールされたバッテリー交換まで、以降、相応に抑えられる。

特に、まだ可能なパケット送信の数は、この目的のためのスケジュールされた運用期間の残りの部分にわたって、拡散的に分散することができる。これにより、これまでの運用期間後にまだ残っている残余期間の間に、このメーターからのパケット送信のための送信クロックが減少し、前記メーターのクロックジェネレーターの周波数は、データパケットの送信のために減少される。しかし、メーターのデータパケットの受信が結果としてあまりにもまれになった場合に、例えば、消費データの請求の望ましい更新に対しては、残りのデータレートが十分に高ければ、指定された運用期間の残余期間にわたって送信電力が減少される。レンジを狭めた波形への移行も可能である。実際的な理由により、集約装置における受信状態の悪化は、メーターのデータパケットの繰り返し送信によって、また供給エリアに分散された複数の集約装置によって、十分に補償される。

集約装置だけでなくメーターの無線モジュールに双方向の無線データ送信用のトランシーバーが備え付けられている場合、いずれの場合にも維持されるべき処理能力という観点における、供給エリアの多数のメーターにおける総支出は、例えば、集約装置でのみ、場合によってはコントロールセンターでのみでの、残余期間を超えて運用期間を達成するために必要なデータパケットの送信クロックおよび／または送信電力の減少を決定することで大幅に減少できる。この目的のために、メーターは、例えば、負荷時のバッテリー電圧によって、供給エリアの少なくとも１つの集約装置に特徴づけられたバッテリーについての現在の状態に関する情報を、データパケットを用いるか、データパケットのアタッチメントとして、できれば別々ではなく、送信する。システム固有の運用期間のデータレートがそこに保存されている。バッテリーの状態に関する情報に応じて、メーターは、集約装置から、必要に応じて最適化された将来の送信パラメーター、例えば指定された送信クロック、減少可能な送信電力、好ましくは、送信クロックジェネレーターのコード化された新しい設定の形態で、および、このメーターの送信機の出力、についての指示を受信し、さもなければ、通常よりも早くバッテリー容量が減少する。

したがって、このメーターでは、そのバッテリーの残容量は、残余期間を延長するためにバッテリーの残容量に依存する選択された無線パラメーターを変更することにより、この供給エリアのその他の、通常動作しているメーターのバッテリー動作の残余期間と比較される。

本発明による解決策の追加の代替案および展開は、さらなる請求項、および、本発明の好ましい例示的な実施形態の以下の説明に、その利点も考慮しつつ、見出すことができる。図面の単一の図は、機能的な本質に縮小されたブロック図という方法で、スマート計測メーターについての本発明によるバッテリー管理を示す。

抽象的に示されたメーター１１は、無線リンク１２、この場合は双方向であるが、を介して、供給エリア内の少なくとも一つの集約装置１３と通信する多くのうちの一つである。消費データ１５、特に流体の流れは、例えば、エネルギー源のタップライン内または上でセンサー１４を徐々に動作させることによって記録される。前記データは、処理されて、そして必要に応じて、クロックジェネレーター１７によって制御されて、時折送信されるまで、信号処理ユニット１６にデジタル化および蓄積されるし、当該送信は、供給エリアでアクセス可能な集約装置１３の少なくとも一つにおける無線モジュール１９の受信機２５に、消費データパケット２０として、無線モジュール１９の送信機１８によって行われる。

メーター１１は、その機能的構成要素、すなわち、具体的には、信号処理ユニット１６、クロックジェネレーター１７、無線モジュール１９、必要ならばセンサー１４も、の動作エネルギーのためのプライマリバッテリー２１を備えている。バッテリー２１の現在の充電状態に関するバッテリー情報２６は、検出器２２によって供給され、この例示的な実施形態では、検出器２２は全負荷の下において現在のバッテリー電圧を計測するように設計されている。この情報２６は、例えばデータパケット２０へのアタッチメントとして、集約装置１３の受信機２５へ、時折、どのような場合でも、送信される。電圧比較器２３が、例えばこのバッテリー２１の放電曲線が典型的な場合よりも大幅に急降下していることを確認した場合、当該バッテリーの残容量は、このメーターを運用期間の予定された終了まで動作させるのに十分ではない。したがって、この残容量がまだ十分である間にメーター１１によって無線を介して送信された現在のデータパケット２０の数と、このデータパケット２０の数を運用期間の現在の残余期間にわたって均等に分散できることによって、信号処理ユニット１６を介してまたは直接でメーターの送信機１８に作用する低減された送信クロック２７と、は、バッテリー残容量のためのテーブルメモリまたは計算回路２４で確立される。通常の動作と比較して低減された、このクロック周波数の仕様は、無線モジュール１９の受信機２５を介して、その目的のために、いずれの場合も双方向に動作して、クロックジェネレーター１７に送信される。

比較可能な方法で（図示されていないが）、バッテリー容量が減少しているにも関わらず、通常よりも早いバッテリー交換なしで指定された運用期間が終了するまでの残余期間にわたってデータパケット２０を集約装置１３に送信し続けるために、送信機１８の送信電力は、代替的にまたは追加的に、計算回路２４を介して、メーター１１において減少されうる。残余期間中に送信電力が低下したこの種の送信では、クロックなどといった他の元々の送信パラメーターは、保持されてもよいし、残余期間の重要な電力バジェットの場合では特に、減少されてもよい。

したがって、本発明によれば、消費データパケット２０の送信のための無線モジュール１９に対する消費センサー１４および送信クロックジェネレーター１７を備え付けられたスマート計測メーター１１のバッテリー運用中に、バッテリー２１の残容量が著しく減少した場合、この残容量が、意図するデータ送信に対して十分であるかどうかが判定される。そうでない場合は、データパケット２０は、指定された運用期間の終わりにスケジュールされたバッテリー交換までの長期間にわたって、少なくとも一つの変更された送信パラメーターを用いて、集約装置１３に送信されなければならない。これを行うために、例えば、データパケット２０のデータレートまたは送信レベルは、残余期間にわたって低減され得る、および／または、それらの送信クロック２７は伸ばされ得る。この判定は、送信機１８の今後の動作のための制御仕様とともに、制御センターで行われ、好ましくは集約装置１３において行われ、モジュール１９を方向的に運用することによってメーター１１に送信され、その結果、供給エリアの多数のメーター１１のそれぞれにおいて、この目的に必要なコンピューターの容量を保持する必要がなくなる。

１１ メーター（１４および１９を伴う）
１２ 無線リンク（１１と１３の間の）
１３ 集約装置
１４ センサー（１１からの）
１５ 消費データ（１４からの，２０内の）
１６ 信号処理ユニット（１４と１８の間の）
１７ クロックジェネレーター（１１内で、１６／１８のための）
１８ 送信機（１９からの）
１９ 無線モジュール（１１からのまたは１３からの）
２０ データパケット（１１から１３への）
２１ バッテリー（１１内の）
２２ 検出器（２１における）
２３ 比較器（２６のための）
２４ 計算回路（２７ための２３からの）
２５ 受信機（１９からの）
２６ バッテリー情報（２２からの、２０とともに送信された）
２７ 送信クロック（１７からの、１８／２０のための）

Claims (10)

1. 消費センサー（１４）および送信クロックジェネレーター（１７）を有し、バッテリー（２１）によって、消費データパケット（２０）を指定された運用期間にわたって無線を介して送信する、スマート計測メーター（１１）を運用するための方法であって、
   ある運用期間の後にバッテリー容量が減少していた場合に、無線送信のパラメーターが、前記運用期間の延長という意味で、その残容量に応じて変更される、
   ということを特徴とする方法。
2. まだ送信可能なデータパケット（２０）の数が規定され、前記運用期間の終わりまでの残余期間の間に、変更された形態でこの数が送信される
   ということを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記データパケット（２０）の送信の送信クロックおよび／または送信電力は、前記パラメーターの変更として、減少される
   ということを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記バッテリー容量に関する情報（２６）は、いずれの場合においても、好ましくは全負荷の下において、前記バッテリーの電圧と前記バッテリーの内部抵抗から得られる
   ということを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記バッテリー容量に関する情報（２６）は、前記メーター（１１）から、無線を介して集約装置（１３）に送信され、必要に応じて前記集約装置（１３）からさらに上位のコントロールセンターに送信され、前記情報から変更されるべき少なくとも一つのパラメーターに関する仕様が、前記メーター（１１）に、無線送信を介して返信される
   ということを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 今後のデータパケット送信のために減少されるパラメーターは、送信クロック（２７）、ならびに／または、レンジを変更する、送信電力、データレート、および／もしくは波形である、
   ということを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記バッテリー容量に関する情報（２６）は、データパケット（２０）で送信されるか、または、データパケット（２０）のアタッチメントとして送信される
   ということを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法を実行するために設計され、消費センサー（１４）および送信クロックジェネレーター（１７）を有し、バッテリー（２１）によって、消費データパケット（２０）を指定された運用期間にわたって無線モジュール（１９）を介して送信する、スマート計測メーター（１１）を運用するための装置であって、
   前記バッテリー容量が運用の残余期間の観点から決定的に減少した場合に、前記無線モジュール（１９）の前記クロックジェネレーター（１７）および／または送信機（１８）が、例としては、送信クロック（２７）の周波数の減少、送信電力の減少、といった結果として、バッテリーの状態の検出器（２２）によって、運用の延長という意味で制御可能である
   ということを特徴とする装置。
9. 電圧の計測またはインピーダンスの計測を行う検出器（２２）が備えられた
   請求項８に記載の装置。
10. 双方向運用の無線モジュール（１９）が前記メーター（１１）内に設けられており、その無線モジュール（１９）のほかに、比較器（２３）および計算回路（２４）が、前記無線モジュールとの無線連絡に係る集約装置（１３）内に、前記メーター（１１）から前記集約装置（１３）へのデータパケットの送信についての送信クロック（２７）および／または送信電力といった送信パラメーターの少なくとも一つを変更するために、設けられた
    請求項８または９に記載の装置。

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