JP6783971B2 - エネルギストレージ統合アプリケーションデバイス及びその動作 - Google Patents

Description

本発明は、建物／家庭用マネジメントシステムで使用される、スマートアプリケーションシステム、とりわけ、照明システムに関する。とりわけ、本発明は、異なるモードで電力及び通信信号の交換をサポートするように動作可能なアプリケーションデバイス及びアプリケーションコントローラに関する。

照明機器は、ただ固定の定電力照明のための受動的なデバイスからインタラクティブデバイスに発展している。これらは、能動的に、建物マネジメントシステムにおけるエネルギ管理に貢献する又はカスタマイズされた環境を作り出すことに関与するスマートデバイスになる。スマート動作は、セントラルコントロールとの、及び、照明デバイス間の通信を必要とする。通信は、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｗｉ-Ｆｉ、Ｄａｌｉ又はＥｔｈｅｒｎｅｔ等の有線又は無線通信によって実現されてもよい。このような通信を実行するために、結果としてシステムのより高いコスト及びより高い複雑さを招く、追加のインフラストラクチャが必要とされる。代替的に、電力線通信（ＰＬＣ）が、共通配電線(common power distribution line)上でデータ及び電力を伝送するために用いられることができる。しかしながら、電力線通信システムにおいて、各デバイスは、電力線上でデータを送信及び受信するために、専用のＰＬＣチップセットを必要とする。電力線は、エネルギ分配グリッド(energy distribution grid)上でのスイッチング又は負荷パターンの変化に起因してノイズが起きる傾向がある。ＰＬＣでは、斯くして、データ伝送を電力伝送に重畳する又はデータ信号を埋め込まれた電圧／電力信号から抽出する必要がある。これは、電力システムにおけるノイズに起因するデータ破壊を招き、複雑な回路が、送受信機エンドの双方で必要とされ、これは、再び、システムのコスト及び複雑さの増大を招く。

高コストのチップセットを克服するために、米国特許第９３６９１７８号は、２つのモードにおける複数の電力処理ユニット間の通信及び電力伝送を提案している。通常モードにおいて、電力変換が、通常の周波数でなされ、通信モードにおいて、スイッチングが、通常の周波数と異なる２つの周波数で起こる。異なるデバイスは、電力線上のキンク及びグリッチの周期的パターンを観察することによってメッセージを識別する。この方法は、電力変換回路に起因するノイズを取り除くために堅牢な及び感度が高いフィルタ回路を必要とする。

国際特許出願公開第２０１３／１８２９２７Ａ２号は、ＡＣ電力、及びＡＣ電力が落とされた場合、ＤＣバックアップ電力で動作することができる複数の照明ユニットを含む照明ネットワークを開示している。ＤＣ電力が複数の照明ユニットの１つで低い又は尽きる場合、コントローラは、複数の照明ユニット間でＤＣ電力を再分配する(redistribute)ために用いられる。

上記を鑑みて、本発明の目的は、アプリケーションシステムの複雑さを低く保つと共に、アプリケーションシステム、とりわけ、照明システム、内の通信及び電力伝送の改善された解決策を提供することにある。

この目的は、本発明によるアプリケーションデバイス及びアプリケーションコントローラによって達成される。

本発明の第１の態様によれば、アプリケーションデバイスであって、エネルギストレージと、配線(distribution line)に接続可能な信号ポートであって、第１のモードにおいて、アプリケーションデバイスを動作させるためＡＣ電源から電力を受ける、及び第２のモードにおいて、配線を介してデータを交換するように構成された信号ポートとを含むアプリケーションデバイスであり、第１のモード及び第２のモードは連続的に(consecutively)適用され、アプリケーションデバイスは、第２のモードの間、エネルギストレージからのエネルギで給電される、アプリケーションデバイス、とりわけ、照明デバイスが提供される。

アプリケーションデバイスは、照明アプリケーション、暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）アプリケーション等の、建物マネジメントシステムと関連するアプリケーションで使用可能な任意のデバイスでもよい。このようなデバイスは、限定されるものではないが、グリッド内の配線を介して接続される、照明器具、ランプ、センサ及びユーザインタフェースであり得る。センサ及びユーザインタフェースはデータを提供してもよく、該データに基づいて、照明器具及びランプの動作が制御されてもよい。アプリケーションデバイスは、それぞれの負荷を動作させるためのアプリケーションドライバを含んでもよく、例えば、ランプが、ランプドライバによって動作されてもよい。アプリケーションデバイスは、配線に接続可能な信号ポートを含み、信号ポートは、１つ以上のコンタクトピンを有してもよい。配線は、信号伝送のために使用される１つ以上のワイヤを含んでもよく、伝送される信号は、第１のモードにおいてＡＣ電力伝送のために及び第２のモードにおいてデータ伝送のために使用されてもよい。第１のモードの間、アプリケーションデバイスは、配線を介して供給されるＡＣ電力に基づいて動作される。第２のモードの間、アプリケーションデバイスは、バッテリ等の、内部エネルギストレージによって供給される電力に基づいて動作される。好ましくは、エネルギストレージは再充電可能であり、第１のモードの間、アプリケーションデバイスが動作され、バッテリが、配線を介して供給されるＡＣ電力を使用してエネルギストレージチャージャを介して再充電される。第２のモードにおいて、アプリケーションデバイスは、エネルギストレージからの電力によって動作される。斯くして、アプリケーションデバイスは、外部ＡＣ電源からの電力によってもはや給電されず、配線を介した電力伝送から生じるノイズは、第２のモードの間、存在しない。したがって、配線を介したデータ伝送は、ＡＣ電力伝送から生じるノイズを受けることがなく、アプリケーションデバイスは、ノイズを被るデータ伝送をフィルタリングするための回路を必要としない。エネルギストレージは、好ましくは、容量が、それぞれのデータ（例えば制御コマンド、測定値更新／報告、構成更新（configuration update）等）を伝送するために必要な期間、第２のモードにおけるアプリケーションデバイスの動作のためのエネルギを供給するのに十分であるように選ばれてもよい。この期間は、通常、数秒から数分の範囲である。

本発明の一実施形態において、信号ポートはさらに、第３のモードにおいて、アプリケーションデバイスを動作させるためＤＣ電源から電力を受けるように構成される。ＤＣ電源は、同じ配線に接続される１つ以上のアプリケーションデバイスのバッテリでもよい。好ましくは、ＤＣ電源からの電力は、エネルギストレージチャージャによってエネルギストレージに充電するためにも使用されてもよい。そのようにして、エネルギは、所要の動作状態でそれぞれのアプリケーションデバイスの動作を保証するためにアプリケーションデバイス間で分配されてもよい。このモードは、ＡＣ主電力グリッチの場合に使用されてもよく、それぞれのアプリケーションデバイスの動作を続けるために緊急モードとして働いてもよい。このモードは、ＡＣ電力の質が十分でない場合に、適用されてもよい。

本発明の一実施形態において、信号ポートはさらに、第３のモードにおいて、配線にエネルギストレージからの電力を伝送するように構成される。前述のように、ＡＣ主電力グリッチ又はＡＣ電力の不十分な質の場合、アプリケーションデバイスは、配線に接続されている他のアプリケーションデバイスの適切な動作をサポートするために、配線に接続されている他のアプリケーションデバイスにエネルギを供給してもよい。

好ましくは、第３のモードにおいて、信号ポートはさらに、ＤＣ電力信号に変調されたデータを送信又は受信するように構成される。任意の既知の変調スキームが、ＤＣ電力伝送のために適用されてもよい。ＤＣ電力信号への追加のデータ変調は、緊急のメッセージ、例えば、それぞれのアプリケーションデバイスの重要なエネルギ状態に関する緊急伝送等、を伝送するためにとりわけ有利であり得る。そのような場合、ＤＣ電力信号へのデータ変調は、データ通信モードへの変更を待たないことを可能にする。

本発明の一実施形態において、アプリケーションデバイスはさらに、エネルギストレージの状態をモニタする、及びエネルギストレージによって蓄積されたエネルギが所定の閾値を下回る場合、第１のモードにおける動作を要求するために外部コントローラに信号を送るための回路を含む。

本発明の一実施形態において、アプリケーションデバイスはさらに、配線に接続可能な、双方向電流コントローラ及び通信モジュールを含み、第１のモードにおいて、電流コントローラは、外部ＡＣ電源から電力を受けるために、配線に接続され、通信モジュールは、配線から切断され(disconnected)、第２のモードにおいて、電流コントローラは、配線から切断され、通信モジュールは、配線に接続され、第３のモードにおいて、電流コントローラは、外部ＤＣ電源からＤＣ電力を受ける又はエネルギストレージからの電力を配線に供給するために、配線に接続される。電流コントローラは、中央コントローラによって制御されてもよく、又はエネルギストレージレベルの状態及びアプリケーションデバイスの動作状態に依存して自律的な方法で制御されてもよい。例えば、照明器具が低い調光レベルでのみ動作され、斯くして、第２のモードにおいてエネルギストレージから低下した電力のみを必要とする場合、中央コントローラは、アプリケーションデバイスに、エネルギストレージから配線を介して他のアプリケーションデバイスにエネルギを供給するように指示してもよい。代替的に、制御決定は、アプリケーションデバイスにおける制御回路によって決定されてもよい。電流コントローラ及び通信モジュールをそれぞれ、それぞれのモードの間、接続及び切断することにより、望ましくないエネルギフローが発生することが防止される。

本発明の一実施形態において、アプリケーションデバイスはさらに、配線に供給されるＤＣ電力信号にデータを変調する又はＤＣ電力信号によって受けるデータを復調するために、双方向電流コントローラに接続された変調―復調モジュールを含む。

本発明のさらなる態様において、配線に接続可能な信号ポートを含むアプリケーションコントローラであって、アプリケーションコントローラは、第１のモードにおいて、配線を介してアプリケーションデバイスに電力を供給するためにＡＣ電源を配線に接続するように制御する、及び第２のモードにおいて、ＡＣ電源を配線から切断する、及びアプリケーションデバイスにデータ伝送を送る又はアプリケーションデバイスからデータ伝送を受けるように制御するように構成され、アプリケーションコントローラは、第１のモードと第２のモードとを切り替える、アプリケーションコントローラが提供される。データ通信モードの間、配線用のＡＣ電力モードを切断することによって、ＡＣ電源からのノイズが、データ通信と干渉するのを防止され、それによって、データ通信の質が増加され、アプリケーションデバイスにおける複雑なノイズフィルタ回路を不要にする。

本発明の一実施形態において、アプリケーションコントローラは、アプリケーションデバイスのエネルギストレージによって蓄積された電力が所定の閾値を下回ったことを示す信号をアプリケーションデバイスから受けると、第２のモードから第１のモードへ切り替えるように構成される。第２のモードの間、バッテリ電力で動作されるそれぞれのアプリケーションデバイスの停電を回避するために、アプリケーションコントローラは、アプリケーションデバイスのエネルギストレージによって蓄積された電力が所定の閾値を下回ったことを示す信号をアプリケーションデバイスから受けると、第２のモードから第１のモードへ切り替えるように構成される。

本発明の一実施形態において、アプリケーションコントローラはさらに、第１のモードにおいてＡＣ電力の質をモニタするためのモニタユニットを含み、アプリケーションコントローラは、アプリケーションデバイスを、ＡＣ電力の質がある値以下に低下した場合、ＤＣ電力がアプリケーションデバイスのエネルギストレージによって供給され、変調データ信号を有する又は変調データ信号の無い電力信号として配線を介して伝送される第３のモードに切り替えるように制御するように構成される。

好ましくは、モニタユニットは、ＡＣ周波数を決定するためにＡＣ電圧のゼロ交差を検出する位相ロックループ検出器を含み、ＡＣ周波数が所定量だけ公称周波数から逸脱する場合、アプリケーションコントローラは、アプリケーションデバイスを第３のモードへ切り替えるように制御するように構成される。

本発明の一実施形態において、アプリケーションコントローラはさらに、第１のモードにおいてＡＣ電力のコストをモニタするためのモニタユニットを含み、アプリケーションコントローラは、アプリケーションデバイスを、ＡＣ電力のコストがある値以下に低下した場合、ＤＣ電力がアプリケーションデバイスのエネルギストレージによって供給され、変調データ信号を有する又は変調データ信号の無い電力信号として配線を介して伝送される第３のモードに切り替えるように制御するように構成される。

本発明のさらなる態様において、１つ以上のアプリケーションデバイス及びアプリケーションコントローラを含むアプリケーションシステムを動作させるための方法であって、第１のモードにおいて、配線を介してアプリケーションデバイスに電力を供給するためにＡＣ電源を配線に接続するように制御するステップと、第２のモードにおいて、ＡＣ電源を配線から切断するように制御する、及び１つ以上のアプリケーションデバイス間、並びに１つ以上のアプリケーションデバイス及びアプリケーションコントローラ間でデータ伝送を可能にするステップと、第３のモードにおいて、ＡＣ電源を配線から切断するように制御する、及び１つ以上のアプリケーションデバイス間でＤＣ電力伝送を可能にするステップと、を含む方法が提供される。

好ましくは、方法は、コンピュータプログラムが、アプリケーションコントローラの処理ユニットで実行可能であり、コンピュータプログラムが、コンピュータプログラムが処理ユニットで実行される場合、本明細書で上述したような方法を処理ユニットに実行させるためのプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラムとして実施されてもよい。

請求項１のアプリケーションデバイス、請求項１０のアプリケーションコントローラ及び請求項１５のアプリケーションシステムを動作させる方法は、類似及び／又は同一の好ましい実施形態、とりわけ、従属請求項に定義されるものを有してもよいことを理解されたい。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上述した実施形態と、対応する独立請求項との任意の組合せでもあり得ることを理解されたい。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に述べられる実施形態を参照して明らかになり、詳述されるであろう。

本発明の一実施形態によるアプリケーションデバイス及びアプリケーションコントローラを含むアプリケーションシステムを例示的及び概略的に示す。 図１に示されるアプリケーションシステムの異なる動作モードの間の、配線上の電圧レベルを例示的及び概略的に示す。 本発明の一実施形態によるアプリケーションデバイスを例示的及び概略的に示す。 本発明の一実施形態によるアプリケーションシステムを動作させる方法のフローチャートを例示的及び概略的に示す。

図１は、統合エネルギストレージ(integrated energy storage)１０２を有するアプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎ、とりわけ、ユーザインタフェース、センサ、ランプ、照明器具等の照明デバイス及び中央アプリケーションコントローラ２００間の通信及び電力転送のためのアプリケーションシステムを例示的及び概略的に示す。アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎのさらなる例は、現代的な建物マネジメントシステム（例えば、暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）アプリケーション）で活用される任意のデバイスである。

同じ配線を介したデータ通信又はＡＣ電力の伝送が、ＡＣ電力伝送のノイズがデータ通信の間ないように、順次順々に発生する。したがって、電力伝送に埋め込まれるデータから情報を得るための複雑な回路又はプロトコルの必要がない。アプリケーションデバイスの電力消費に応じて、エネルギストレージ１０２は、（例えばユーザインタフェースのための）通常のコンデンサ、（例えば低ワットランプのための）スーパーキャパシタ又は（例えば高ワット照明器具のための）再充電可能バッテリでもよい。

図１の実施形態は、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎの外部の中央アプリケーションコントローラ２００を示す。しかしながら、アプリケーションコントローラ２００は、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎの１つに統合されてもよく、又はその機能は、アプリケーションシステム内の複数のデバイスにわたって分散されてもよい。斯くして、アプリケーションコントローラ２００は、必ずしも単一の物理ユニットとしてではなく、むしろ機能ユニットとして理解されたい。

アプリケーションコントローラ２００は、デマンドサイドマネジメント（ＤＭＲ）メッセージ又はデマンドリダクション（ＤＲ）要求等の、アプリケーションコントローラ及びアプリケーションデバイス間のデータ通信を許容するために、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎにも接続される配線に接続及び該配線から切断するようにＡＣ電源３００を周期的に制御してもよい。ＡＣ電源３００が接続される場合、アプリケーションデバイスは供給されたＡＣ電力によって動作される。アプリケーションドライバ１０３は、アプリケーションデバイスでプログラムされるか又はアプリケーションコントローラ若しくは他のアプリケーションデバイスから受ける動作命令にしたがって、アプリケーション負荷１０４を作動させる。例えば、照明アプリケーションにおいて、アプリケーション負荷１０４は、他の照明デバイス（例えばユーザインタフェース及び／又はセンサ）によって受けられる動作コマンドに応じて、異なる調光レベルで動作されることができるランプでもよい。ＡＣ電力モード動作の間、エネルギストレージが再充電可能である場合、アプリケーションデバイスは、それらの統合エネルギストレージ１０２（例えばＡＣバッテリチャージャを介したバッテリ）を充電してもよい。

第１のモードから第２のモードへの変化は、ＡＣ電源３００が配線に接続され、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎが供給されたＡＣ電力によって動作されている場合にアプリケーションコントローラ２００によって受けられるトリガに基づいて開始されてもよい。このトリガを受けると、アプリケーションコントローラ２００は、配線からＡＣ電源を切断し、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎは、第２のモードに入り、配線を介してデータを交換する。このトリガは、タイマが異なる予め定められた時点に対してトリガを生成するように設定されるような、時間に基づいてもよく、又はトリガは、周期的に生成されてもよい。アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎは、例えば、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎがセンサデータの存在又はバッテリの充電状態等を交換しなければならない場合、このトリガを生成し、モードスイッチを要求してもよい。アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎのいずれかに統合されているセンサが、補助デバイスからの、又は、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎのいずれかからの外部信号に基づいて、このようなトリガを生成してもよい。センサ信号は異なるタイプでもよく、例えば、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎはグループを形成し、それらのそれぞれのＩＤを共有することを必要としてもよい。アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎが照明器具である場合、及びユーザが、動的な／静的なシーンがレンダリングされるように選択する場合、照明器具は、グループを形成して、シーンをレンダリングするような通信モードを要求してもよい。トリガは、第１のモードから第２のモードに切り替えることを要する高帯域データ伝送が必要なことを示すために（例えば、ＰＬＣ通信を使用することにより）ＡＣ電力線を介してアプリケーションコントローラ２００によって受けられる低帯域幅信号によって生成されることができる。

（例えば制御コマンド、レポート及び／又は動作条件が交換される）通信期間の間、アプリケーションデバイスは、統合エネルギストレージ１０２からのエネルギを使用して動作される。ＡＣ電源３００は、通信モードの間、配線から切断される。照明システム内のデータ交換（又は建物管理システムのために必要とされる周囲データ交換）は、たいてい低データボリュームであり、数秒乃至数分のレイテンシ(latency)で生じることができる。それゆえ、従来の電力線通信における電力線上のノイズを回避するために、中央コントローラ及び照明器具間の、又は、照明器具間の通信及び電力伝送は、連続的なタイムスロットにおいて生じる。例えば週末及び夜間のオフィスビルにおいて、すべてのバッテリが完全に充電されている場合、なされるデータ通信のためのタイムスロットは、最大３〜５分まで変動してもよい。そのような場合、ＤＣエネルギ交換モードは、必要とされなくてもよい。システムは、ＡＣ電力モードから、ＡＣ電力モードがバッテリを再充電するために用いられるデータ通信に切り替えてもよい。データ通信間隔のための３〜５分は、通常、バッテリの充電状態、センサデータの存在、温度データ、昼光データ等に関する情報を転送するのに十分である。

アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎが第２のモードにとどまる時間期間は、交換されるデータの量(amount of data to be exchanged)に応じる。この時間期間は、転送されるデータの量(to-be-transferred data)が任意の以前の既知の通信から推定されることができるような任意の以前の通信から知られてもよい。メモリユニット（図に示されない）が、第２のモードに必要とされる期間も特定する、転送されるデータの量を格納するために用いられてもよい。第１のモードから第２のモードへの切り替えを示すために使用されるトリガは、転送されるデータの量、したがって、第２のモードの期間を示してもよい。所要の通信におけるメッセージの数（すなわち、転送されるデータ）は、例えば、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎ間のネゴシエーションが通信チャネルのプロトコルを確立するハンドシェークプロセスにおいて知られてもよい。

好ましくは、アプリケーションコントローラ２００及びアプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎは、ＡＣ電源３００がスイッチオフされ、ＤＣ電力が電力グリッドを給電するために供給される、さらなる動作モードをサポートする。アプリケーションコントローラ２００は、どのアプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎがそのローカルエネルギストレージ１０２から配線に電力を供給すべきか、及びどのアプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎが、例えばエネルギストレージ１０２のそれぞれの電力レベルに依存して配線から電力を受けてもよいかについて制御してもよい。例えば、ＤＣ電力が複数の照明ユニットの１つで低いか消耗している場合に、複数の照明ユニット間でＤＣ電力を再分配するために用いられるコントローラは、そのすべてが参照により本願明細書に組み込まれる国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／１８２９２７Ａ２号から既知である。任意選択的に、電力線通信が、ＤＣ電力モードの間サポートされ、その際、電力線通信に既知である任意の種類の変調スキームが、ＤＣ電力モードの間データを伝送する及び受けるために使用されてもよい。斯くして、ＤＣ電力又はバッテリバッファモード(battery buffered mode)は、主電力、したがってアプリケーション供給グリッド(application supply grid)からのノイズを切断することにより主電力のノイズに起因する電力線通信条件を改善する。

図２は、例えば図１によるシステムについて述べられる３つの異なる動作モードの間の配線上の電圧レベルを例示的及び概略的に示す。ＡＣ電力モードＩにおいて、ＡＣ電力は、ＡＣグリッドを形成している１つ以上の配線を介して主電源から照明システムの照明器具等のアプリケーションデバイスへ流れる。

所要のデータ通信のインスタンス、例えばＤＳＭ又はＤＲ要求のインスタンスにおいて、すなわち、時間Ｔ０において、主電源がグリッドから切断され、アプリケーションデバイス（例えば照明システムの照明器具）及び中央コントローラは、ある期間ＩＩ、通信モードで動作し始める。期間ＩＩは、交換されるデータの量に応じて通常数秒又は数分持続する。中央コントローラによって生成されるクロックパルスは、電力線を通じてブロードキャストされる。アプリケーションデバイス（例えば照明器具）は、通信モードに切り替わり、例えば順次所定のプロトコルにしたがって、データを伝送する又は受け始める前に、自身の内部クロックを中央コントローラと同期させる。

アプリケーションデバイスは、Ｔ０−Ｔ１の間、中央コントローラに、バッテリ充電状態ＳＯＣ、調光レベル、周囲温度等のそれらの状態を示すデータを伝送してもよい。データ交換が終わると、中央コントローラは、すべての照明器具に通信モードを終えるように指示する。図２に示される例において、コントローラは、アプリケーションデバイスにＡＣ電力モードに戻るように指示せず、所定の期間ＩＩＩ、ＤＣ電力モードに入るように指示する。例えば、通信モードは、１つ以上の照明器具が、それらの電力レベルが特定の、例えば短い残り時間の間しかそれらをサポートするのに十分ではないという緊急信号／メッセージを送る場合、中央コントローラによって中断されてもよい。このような場合、通信のために出されるデータがまだあっても、２つの電力モードのうちの一方が開始されてもよい。図２において、ＤＣ電力及びデータ伝送モードは、さらなるデータ（例えばＤＳＭ又はＤＲ要求）がペンディングでなくなるまで期間ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖの間、周期的に適用される。データ伝送期間ＩＩ、ＩＶ及びＤＣ電力期間ＩＩＩ、Ｖの長さは、それぞれのアプリケーションに依存し、中央コントローラによって設定されてもよく、又は予めプログラムされてもよい。

図３は、本発明の一実施形態によるアプリケーションデバイスを例示的及び概略的に示す。本実施形態において、データ及び電力伝送は、好ましくはエネルギストレージ１０２と直列の、双方向電流制御ユニットＣＣＵ１０５及び通信モジュール１０６を異なるタイムスロットにおいて配線に接続することを通じて実施される。時間Ｔ０‐Ｔ１において、ＣＣＵ１０５は配線から切断され、通信モジュール１０６が、配線に接続される。時間Ｔ１‐Ｔ２において、ＣＣＵ１０５が配線に接続され、通信モジュール１０６が、配線から切断される。ＣＣＵ１０５は、エネルギストレージからの電力が、配線に接続される他の照明器具と共有されない場合、任意選択的である。配線からアプリケーションデバイスを切断する及び配線にアプリケーションデバイスを接続するメカニズムは、リレー、固体スイッチ等のスイッチング手段によって実施されることができる。

好ましくは、ランプ／バッテリドライバ、及び電気的負荷機器に供給される電力の質を改善することを目的とするデバイス等のプリコンディショナ等のパワートレインにおける回路が、上述のモード間で切り替えるためにスイッチング手段として使用される。例えば、中央プリコンディショナにおけるスイッチが、アプリケーションシステムを通信又はＤＣモードに入れるために非アクティブにされてもよい。プリコンディショナ及びランプ／バッテリチャージャは配線から切断されて、ＡＣ電力コンディショナ及びＤＣ双方向電流制御ユニット１０５間の干渉を回避して、バッテリから出て、電力コンディショナＡＣ／ＤＣ充電回路１０１によって再びフィードバックを得る電流の再循環を回避する。

ＤＣ電力モードにおいて、電力線通信が、例えば中央コントローラ２００からそれぞれのアプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎに緊急のメッセージを供給するために、使用されてもよい。ＤＣ電力信号上へデータ信号を変調及び／又は復調するために、アプリケーションデバイス１００_１〜１００_ｎは、アプリケーションデバイスを動作させるための双方向電流コントローラ及び制御回路（図示せず）と接続される変調／復調モジュール１０７を含んでもよい。

好ましくは、中央コントローラ２００は、激しいノイズがＡＣ電圧にある場合、ＡＣ電圧の電力品質をモニタし、ＤＣ電力モード又は通信モード期間のタイミングを調節する(time)。例えば、ゼロ交差検出器が、ＡＣ電圧のゼロ交差を検出して、実際の周波数を決定してもよい。ＰＬＬ（位相ロックループ）が、通常の電源周波数（normal mains frequency）を再構築してもよい。通常の（平均）電源周波数及び実際のＡＣ周波数間の大きな誤差が検出される場合、電力が共有されるべきである又はデータが伝達されるべきであるかどうかにかかわらず、データ通信又はＤＣ電力モードが開始され、ＡＣ電力モードは終了される。このようにして、主電源供給の歪み(distortion)は、アプリケーションデバイス（例えば照明器具）から遠ざけられ、これは、よりいっそうノイズ抑制の要件を下げ、結果としてアプリケーションデバイスにおける通信ユニットをより単純及びより安価にする。

図４は、本発明の一実施形態によるアプリケーションシステムを動作させる方法のフローチャートを例示的及び概略的に示す。第１の動作モードに対応する第１の方法ステップ２０１において、ＡＣ電源が、配線を介して１つ以上のアプリケーションデバイスに電力を供給するために配線に接続するように制御される。第２の動作モードに対応する第２の方法ステップ２０２において、ＡＣ電源が、配線から切断するように制御され、１つ以上のアプリケーションデバイス間、及び、１つ以上のアプリケーションデバイスとアプリケーションコントローラ間のデータ伝送が、可能にされる。第３の動作モードに対応する第３の方法ステップ２０３において、ＡＣ電源が、配線から切断するように制御され、ＤＣ電力伝送が、１つ以上のアプリケーションデバイス間で可能にされ、ＤＣ電力が、１つ以上のアプリケーションデバイスのそれぞれのエネルギストレージから供給される。方法ステップ２０１、２０２及び２０３は、この順序で提供される必要はない。任意の順序が、適用可能である。さらに、ステップ２０２及び２０３において、通知がアプリケーションデバイスの一つ以上から受けられると、動作モードは、第１のモードに変えられてもよい。例えば、アプリケーションデバイスのエネルギストレージに蓄積されているエネルギが臨界限界に到達する場合、アプリケーションデバイスは、第１のモードに変えることを求め、ＡＣ電源から供給される電力を自身のエネルギストレージに再充電してもよい。第２のモードの間、要求は、単に通常のデータ伝送によって与えられてもよい。第３のモードにおいて、このような要求は、ＤＣ電力信号上へ変調される必要があるであろう。第１のモードから第２のモードへの変化は、周期的に、又は、アプリケーションデバイスの要求により開始されてもよい。例えば、個々のアプリケーションデバイス（例えば照明器具）が、ＡＣモードからバッテリ動作モード(battery operated mode)へ切り替えられてもよい。中央コントローラは、推定電力消費と実際の電力との差を観察し、斯くして、アプリケーションデバイスの一つ以上が第２のモードへ切り替えていることを判断してもよい。斯かる検出をした際、中央コントローラは、第２のモードへ切り替えることを開始し、斯くして、アプリケーションデバイス及び／又は中央コントローラ間の通信を可能にしてもよい。第１のモードは、例えばＡＣ電力信号の質が所定の要件（例えば下限閾値）を満たさない場合、第３のモードに切り替えられてもよい。

１つ又は複数のユニット又はデバイスによって実行される、ＡＣ電源を制御すること、１つ以上のアプリケーションデバイス間のデータ伝送を可能にすること、ＤＣ電力伝送を可能にすること等のプロシージャは、任意の他の数のユニット又はデバイスによって実行されることができる。これらのプロシージャ並びに／又はアプリケーションシステムを動作させる方法によるアプリケーションコントローラ及びデバイスの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして実施されることができる。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体等の適切な媒体上に記憶／頒布されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の電気通信システム等の他の形態で頒布されてもよい。

本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び述べられたが、そのような図示及び記載は、限定的ではなく、説明的及び例示的であると見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、クレームされた発明を実施する際に当業者によって理解され、達成され得る。添付の特許請求の範囲において、用語「含む(comprising)」は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。請求項中の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. アプリケーションデバイスであって、
   エネルギストレージと、
   配線に接続可能な信号ポートであって、
   第１のモードにおいて、当該アプリケーションデバイスを動作させるためＡＣ電源から電力を受ける、及び
   第２のモードにおいて、前記配線を介してデータを交換する、
   ように構成された信号ポートと、
   を含む、アプリケーションデバイスであり、
   前記第１のモード及び前記第２のモードは連続的に適用され、当該アプリケーションデバイスは、前記第２のモードの間、前記エネルギストレージからのエネルギで給電され、当該アプリケーションデバイスは、交換されるデータの量に応じた期間、前記第２のモードにとどまる、アプリケーションデバイス。
2. 前記信号ポートは、第３のモードにおいて、当該アプリケーションデバイスを動作させるためＤＣ電源から電力を受けるように構成される、請求項１に記載のアプリケーションデバイス。
3. 前記信号ポートは、第３のモードにおいて、前記配線に前記エネルギストレージからの電力を伝送するように構成される、請求項１に記載のアプリケーションデバイス。
4. 前記第３のモードにおいて、前記信号ポートは、ＤＣ電力信号に変調されたデータを送信又は受信するように構成される、請求項２又は３に記載のアプリケーションデバイス。
5. 前記エネルギストレージの状態をモニタする、及び前記エネルギストレージによって蓄積されたエネルギが所定の閾値を下回る場合、前記第１のモードにおける動作を要求するために外部コントローラに信号を送るための回路を含む、請求項１に記載のアプリケーションデバイス。
6. 前記配線に接続可能な、双方向電流コントローラ及び通信モジュールを含み、
   前記第１のモードにおいて、前記電流コントローラは、外部ＡＣ電源から電力を受けるために、前記配線に接続され、前記通信モジュールは、前記配線から切断され、
   前記第２のモードにおいて、前記電流コントローラは、前記配線から切断され、前記通信モジュールは、前記配線に接続され、
   第３のモードにおいて、前記電流コントローラは、外部ＤＣ電源からＤＣ電力を受ける又は前記エネルギストレージからの電力を前記配線に供給するために、前記配線に接続される、請求項１に記載のアプリケーションデバイス。
7. 前記配線に供給されるＤＣ電力信号にデータを変調する又は前記ＤＣ電力信号によって受けるデータを復調するために、前記双方向電流コントローラに接続された変調−復調モジュールを含む、請求項６に記載のアプリケーションデバイス。
8. エネルギストレージチャージャを含み、前記第１のモードにおいて、前記配線に接続可能な前記信号ポートは、前記エネルギストレージチャージャによって前記エネルギストレージを充電するために前記ＡＣ電源から電力を受けるように構成される、請求項１に記載のアプリケーションデバイス。
9. エネルギストレージチャージャを含み、前記第３のモードにおいて、前記配線に接続可能な前記信号ポートは、前記エネルギストレージチャージャによって前記エネルギストレージを充電するために前記ＤＣ電源から電力を受けるように構成される、請求項２に記載のアプリケーションデバイス。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアプリケーションデバイスに用いるためのアプリケーションコントローラであって、配線に接続可能な信号ポートを含むアプリケーションコントローラであり、当該アプリケーションコントローラは、
    第１のモードにおいて、配線を介してアプリケーションデバイスに電力を供給するためにＡＣ電源を前記配線に接続するように制御する、及び
    第２のモードにおいて、前記ＡＣ電源を前記配線から切断する、及び前記アプリケーションデバイスにデータ伝送を送る又は前記アプリケーションデバイスからデータ伝送を受けるように制御する、
    ように構成され、
    前記アプリケーションデバイスは、交換されるデータの量に応じた期間、前記第２のモードにとどまり、当該アプリケーションコントローラは、前記第１のモードと前記第２のモードとを切り替え、
    前記アプリケーションデバイスは、前記第２のモードの間、前記エネルギストレージからのエネルギで給電される、アプリケーションコントローラ。
11. 当該アプリケーションコントローラは、前記アプリケーションデバイスのエネルギストレージによって蓄積されている電力が所定の閾値を下回ったことを示す信号を前記アプリケーションデバイスから受けると、前記第２のモードから前記第１のモードへ切り替える、請求項１０に記載のアプリケーションコントローラ。
12. 前記第１のモードにおいてＡＣ電力の質をモニタするためのモニタユニットを含み、当該アプリケーションコントローラは、前記アプリケーションデバイスを、前記ＡＣ電力の質がある値以下に低下した場合、ＤＣ電力が前記アプリケーションデバイスのエネルギストレージによって供給され、変調データ信号を有する又は変調データ信号の無い電力信号として前記配線を介して伝送される第３のモードに切り替えるように制御するように構成される、請求項１０に記載のアプリケーションコントローラ。
13. 前記モニタユニットは、ＡＣ周波数を決定するためにＡＣ電圧のゼロ交差を検出する位相ロックループ検出器を含み、ＡＣ周波数が所定量だけ公称周波数から逸脱する場合、当該アプリケーションコントローラは、前記アプリケーションデバイスを前記第３のモードへ切り替えるように制御するように構成される、請求項１２に記載のアプリケーションコントローラ。
14. 前記第１のモードにおいてＡＣ電力のコストをモニタするためのモニタユニットを含み、当該アプリケーションコントローラは、前記アプリケーションデバイスを、前記ＡＣ電力のコストがある値以下に低下した場合、ＤＣ電力が前記アプリケーションデバイスのエネルギストレージによって供給され、変調データ信号を有する又は変調データ信号の無い電力信号として前記配線を介して伝送される第３のモードに切り替えるように制御するように構成される、請求項１０に記載のアプリケーションコントローラ。
15. １つ以上のアプリケーションデバイス及びアプリケーションコントローラを含むアプリケーションシステムを動作させるための方法であって、
    第１のモードにおいて、配線を介してアプリケーションデバイスに電力を供給するためにＡＣ電源を前記配線に接続するように制御するステップと、
    第２のモードにおいて、前記ＡＣ電源を前記配線から切断するように制御する、及び前記１つ以上のアプリケーションデバイス間、並びに前記１つ以上のアプリケーションデバイス及び前記アプリケーションコントローラ間でデータ伝送を可能にするステップであって、前記アプリケーションデバイスは、交換されるデータの量に応じた期間、前記第２のモードにとどまる、ステップと、
    第３のモードにおいて、前記ＡＣ電源を前記配線から切断するように制御する、及び前記１つ以上のアプリケーションデバイス間でＤＣ電力伝送を可能にするステップと、
    を含む、方法。

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