KR20170063701A - 에너지 관리 캡슐 - Google Patents

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케무리 리미티드
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Abstract

주 전원에 의해 전력이 공급되는 장치이며, 인터넷으로 연결된 복수의 센서 또는 전기 출력 제어기를 갖는 에너지 관리 캡슐이 개시된다. 웹 서비스가 전기 출력을 제어하고 예측된 센서 값의 유의미한 변경에 대한 정보를 제공하기 위한 센서 데이터를 분석하다. 복수의 에너지 관리 캡슐이 주 전원 전력선, 무선 통신 또는 유선 디지털 네트워크를 통해 상호연결될 수 있다. 이는 주 전원 공급장치의 정전을 보고한다.

Description

에너지 관리 캡슐{ENERGY MANAGEMENT CAPSULE}
본 발명은 에너지 관리 캡슐과 관련된다.
현재의 보안 및 환경 제어 시스템은 단일 기능, 가령, 침입자 알람 또는 중앙 가열 온도제어(thermostat)를 가진다. 기존 하드웨어 및 소프트웨어는 다중 기능을 갖지 않으며, 알람과 온도 제어 시스템 둘 모두로서 기능하지 않을 수 있다. 전기 전력 산업은 변동 공급 레벨과 수요 간 균형화를 위한 방법을 또한 필요로 한다. 이는 시간 종속적이지 않은 기구, 가령, 냉장고 또는 창고 난방기로의 전력의 사용을 제어하는 요금제(tariff)를 이용함으로써 이뤄질 수 있다. 단일 기능 제어기가 전용 전기 회로 및 계량기를 필요로 한다.
발명의 요약
본 발명의 하나의 양태는 에너지 관리 모듈 또는 캡슐을 제공하며, 상기 모듈 또는 캡슐은 주 전원 공급장치(mains power supply)에 연결되기 위한 연결 수단, 하나 이상의 외부 전기 장치로의 물리적 연결을 위한 수단, 인터넷으로 데이터를 주고 받기 위한 데이터 전송 및 수신 수단, 및 데이터 전송 및 수신 수단을 이용해 인터넷으로부터 수신된 데이터를 이용해 하나 이상의 외부 전기 장치로의 전기 출력을 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다.
모듈은 입력된 주 전원 전력 측정 센서 또는 그 밖의 다른 센서, 및 전기 출력 제어기를 더 포함할 수 있다.
모듈은 디지털 통신 기능을 더 포함하고 인터넷을 통해 웹 서비스에 의해 제어될 수 있다.
모듈은 유선 또는 무선으로 센서 또는 또 다른 입력 장치를 포함하는 타 외부 에너지 관리 모듈 또는 캡슐로 연결되도록 구성될 수 있다.
모듈은 상이한 구성의 센서, 또는 전기 출력 또는 디지털 통신 구성요소를 가질 수 있는 하나 이상의 타 모듈과 주 전원 배선 또는 저 전압 배선을 통해 디지털 방식으로 통신하도록 구성될 수 있다.
모듈은 센서 데이터를 웹 서비스로 송신하고, 하나 이상의 모듈 또는 캡슐의 전기 출력을 제어하기 위한 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다.
모듈은 임의의 상호 연결된 모듈 또는 캡슐로의 주 전원 전력의 소실 후, 인터넷을 통해 계속 통신하도록 구성될 수 있다.
모듈은 제어 수단은 펌웨어에 의해 제어되고 OTA(Over the Air) 통신을 이용해 업데이트되도록 구성될 수 있다.
앞서 언급된 모듈의 네트워크를 이용해 수집된 센서 데이터, 또는 그 밖의 다른 수집된 시계열 데이터를 처리하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 사용 중에, 센서 데이터의 패턴의 변화를 식별하거나 전기 전력의 장래 수요를 예측한다.
상기 방법은 인터넷 또는 그 밖의 다른 원격통신 네트워크로 연결된 소프트웨어 애플리케이션에 따라 결과를 게시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 아래와 같은 첨부된 도면을 참조하여, 예를 들어 기재될 것이다.
도 1은 에너지 관리 캡슐의 개념을 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1 캡슐의 하드웨어와 소프트웨어 모듈 간 관계를 보여주는 블록도이다.
도 3은 복수의 캡슐의 상호연결을 보여주는 블록도이다.
도 4는 하나의 실시예에서의 멀티-센서 전력 소켓 인클로저로서의 캡슐을 보여주는 투시도이다.
도 5는 제2 실시예를 전체적으로 보여주는 개략도이다.
본 명세서의 실시예는 "사물 인터넷(the Internet of Things)"의 개념을 이용한다. 에너지 관리 모듈, 또는, '캡슐'에서, 캡슐 내부의, 또는 캡슐에 연결된 센서가 인터넷을 통해 데이터로서 소프트웨어 시스템으로 전송되는 물리적 속성을 측정한다. 소프트웨어는 데이터를 처리하고 제어 신호를 한 캡슐 또는 복수의 캡슐로 다시 전송한다. 그 밖의 다른 사용자 또는 시스템이 또한 정보를 수신할 수 있다.
다음과 같은 특징이 있다.
캡슐은 주 전원에 의해 전력을 공급받으며, 이의 입력 전압은 센서에 의해 측정된다.
전력 출력이 원격으로 또는 내부 펌웨어 또는 수동 스위치에 의해 제어될 수 있다.
캡슐은 주 전원 또는 캡슐로부터의 저 전압 전기 출력을 제어하는 데 사용되는 데이터 분석을 위해 추가 센서를 가진다.
소프트웨어가 센서 데이터를 저장하고, 이를 다른 데이터 소스와 결합하며, 데이터 분석을 수행하기 위해 또는 다른 목적으로, 가령, 장래 전기 수요를 예측하기 위해 정보를 제공한다.
캡슐은 에너지를 저장하여 주 전원의 소실 후 인터넷으로의 전송을 가능하게 할 수 있다.
복수의 캡슐이 통신 네트워크로 상호 연결될 수 있다.
시스템 설정이 웹 서비스 또는 스마트폰에 의해 제어될 수 있다.
본원은 "그리고(and)"를 의미할 수 있는 포괄적 "또는(or)"을 이용한다.
결론적으로 본 발명은 유비쿼터스(ubiquitous)하다. 본 발명은, 보안 모니터링, 알람, 공기 조화, 냉장, 전력 저장, 난방 또는 전력 소비 또는 저장 장치의 원격 제어를 통해 이익을 얻는 경우라면 어디든 사용될 수 있다.
캡슐은 주 전원으로부터 전력 공급 받는 전기 장비 또는 인클로저, 가령, 냉장고 또는 주 전원 소켓 내에 구축될 수 있다.
캡슐 전기 출력, 즉, 주 전원과 저전압 모두가 웹 서비스에 의해 원격으로 제어될 수 있다.
데이터가 주 전원 정전 후에도 연속적으로 전송될 수 있다.
데이터가 다른 소스로부터의 데이터와 조합될 수 있다.
복수의 원격통신법이 전개될 수 있다.
강한 인증 및 암호화된 데이터 저장에 의해 데이터가 보호된다.
펌웨어가 원격으로 업데이트될 수 있다.
수집된 데이터는 데이터 소유자의 동의에 의해 타 소프트웨어 애플리케이션 개발자에 의해 사용될 수 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 복수의 센서 및 복수의 전기적 출력을 제어하는 전자장치에 대한 인클로저로서 에너지 관리 캡슐(17)이 도시된다. 센서는 캡슐(17)의 내부에 위치하거나 외부에 위치할 수 있다. 센서 및 원격통신과의 통신이 유선 또는 무선일 수 있다. 인터넷으로의 연결이 유선 또는 무선 원격통신에 의해 이뤄질 수 있다. 캡슐(17)은 전기 연결을 위해 필요한 부분을 제외하고 주위 물리적 환경으로부터 전기적으로 절연된다. 안테나(6 또는 22)가 서로 다른 실시예의 요건을 충족하기 위해 외부 또는 내부에서 장착된다.
도 2를 구체적으로 참조하면, 하드웨어와 소프트웨어 모듈이 도시된다.
캡슐(17)의 인쇄 회로 기판(PCB) 조립체(1)가 PCB 조립체(1) 및 캡슐(17) 외부인 구성요소와의 전기적 연결을 만들기 위한 커넥터(2, 3, 4, 5, 6, 7)를 가진다. 커넥터(2)는 와이어(32)를 통해 주 전원 AC 전압 서플라이(31)에 연결되는 주 전원 입력 커넥터이다. 커넥터(5)는 와이어(35)를 통해 선택적 복수의 외부 센서(8)에 연결되는 외부 센서이다. 커넥터(6)는 와이어(36)를 통해 가변 개수의 직렬 포트(9)에 연결된다. 커넥터(4)는 와이어(41)를 통해 저전압 전기 출력(40)으로 연결되는 저전압 출력 커넥터이다. 캡슐(17)은 전기 구성요소를 절연하거나 지지한다. 캡슐은 복수의 부분으로부터 구성될 수 있다. 임의의 실시예에서, 상기 캡슐(17)은 그 밖의 다른 캡슐(17) 또는 캡슐(29)을 포함하거나 이에 연결될 수 있다.
PCB 조립체(1)는 복수의 부분으로부터 구성될 수 있다. 전기 회로(45, 46 및 47)가 PCB 조립체(1) 구성요소들 간 연결을 나타낸다. 입력 신호 또는 펌웨어가 제조 또는 동작 동안 PCB 조립체(1)의 일부분을 활성화할 수 있다.
회로(45)는 주 전원의 전압에서 동작하거나 고전압에 가까운 전압에서 동작하는 커넥터(2, 3, 및 4) 및 모듈(13, 14, 15 및 16)로 연결된다.
모듈(13)은 모듈(18)에서 사용되기 위한 그리고 저 전압 DC를 필요로 하는 그 밖의 다른 모듈에 의해 사용되기 위한 에너지 저장을 위해 저전압 DC 전류를 생산한다. 모듈(14)은 전기 출력(33)에서 사용되는 전류를 측정한다. 모듈(15)은 서플라이(31)를 통해 외부 에너지 관리 캡슐로의 커넥터(2) 및 와이어(32)에 의한 파워라인 통신을 위한 입력 및 출력 프로세서이다. 모듈(16)은 주 전원 전압 출력(33)을 제어하는 전력 제어기이다. 모듈(38)은 저전압 출력(40)을 제어한다.
회로(46)는 PCB 조립체(1) 내 모든 내부 모듈 및 회로를 연결한다. 모듈(13, 14, 15, 16 및 38)은 앞서 설명됐다.
모듈(8)은 모듈(13)에 의해 생성되는 저전압 에너지 저장을 위한 것이다. 주 전원 전압 공급(31)이 가능하지 않은 경우, 모듈(8)은 저전압 모듈을 위한 전력을 계속 제공한다. 모듈(19)은 PCB 조립체(1) 또는 캡슐(17)에 연결된 센서이다. 모듈(20)은 도 2에 도시된 모든 모듈에 대한 프로그램 가능한 마이크로제어기이다. 모듈(20)은 직렬 연결 블록(6) 또는 외부 안테나 블록(7) 또는 내부 안테나 모듈(22)을 통해 업로드되는 펌웨어를 포함한다. 모듈(21)은 데이터 또는 제어 신호를 수신 및 송신하기 위한 무선 통신 처리 모듈이다. 모듈(21)은 특정 실시예의 필요 및 연결된 에너지 관리 캡슐에 따라 복수의 프로토콜에 대해 프로그램될 수 있다. 모듈(22)은 PCB 조립체(1) 또는 캡슐(17) 상에 장착되는 가변 개수의 내부 안테나이다.
회로(47)는 커넥터(5)와의 통신, 커넥터(6)와의 직렬 통신, 및 내부 안테나 모듈(22) 또는 안테나(10)와의 무선 주파수 통신을 제어한다.
캡슐(29)은 센서(8), 직렬 포트(9) 및 외부 안테나(10) 중 임의의 것 또는 전부를 포함한다. 둘 이상의 캡슐(29)이 캡슐(17)에 연결될 수 있다. 센서(11)는 내부 안테나 모듈(22) 또는 외부 안테나(10)를 통해 PCB 조립체(1)로 무선 연결된다.
파이프(23)가 유선 및 무선 연결을 통해 인터넷 또는 로컬 영역 네트워크와의 디지털 통신의 네트워크를 나타낸다. 파이프(23)는 웹 서비스(24, 25, 26, 27 및 28)를 제공한다. 이 경우, 서비스(24)는 데이터 저장 서비스이다. 서비스(25)는 신원 제공 및 개인 데이터 저장소이다. 서비스(26)는 최근 값과 과거 센서 값의 시계열적 비교를 포함하는 데이터 분석 서비스이다. 이들은 변화라고 지칭된다. 서비스(27)는 센서 값 및 변화를 인터넷 연결된 장치, 가령, 웹 브라우저 또는 스마트폰 앱으로 제공한다. 서비스(28)는 서비스 제어 수단이다. 이는 모듈(16 또는 38)로부터 전기 출력을 원격으로 제어하고 모듈(20 또는 21)에서 펌웨어를 수정한다.
도 3은 둘 이상의 에너지 관리 캡슐의 네트워크를 보여준다. 간결성을 위해, 캡슐 또는 인클로저가 도시되지 않는다.
PCB 조립체(1)가 주 전원 커넥터(2) 및 와이어(50)를 통해 커넥터(2*)를 통해 PCB 조립체(1*)로 연결된다. 와이어(50)는 주 전원 전력 회로를 통해 디지털 신호를 전달한다. 와이어(50*)는 디지털 신호를 추가 PCB 조립체(1*)로 확장시킨다. PCB 조립체(1)는 커넥터(6), 포트(9) 및 와이어(51)를 통하고, 포트(9*) 및 커넥터(6*)를 통해 PCB 조립체(1*)로 연결된다. 와이어(51)는 저전압 회로를 통해 디지털 신호를 전도한다. 와이어(51*)는 디지털 신호를 추가 PCB 조립체(1*)로 확장시킨다.
캡슐의 네트워크에서, 주 전원 전력 공급이 이용 가능하지 않을 때 적어도 하나의 캡슐은 인터넷으로 지속적인 연결을 가진다. 상기 캡슐은 전력이 소실됐음을 웹 서비스에게 알린다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예로서 스마트 전력 소켓을 보여준다. 모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 내부 캡슐을 담는 인클로저이다. 인클로저(100)는 자신을 주 전원 공급장치를 갖는 패트리스(pattress)에 고정하기 위한 고정부(200)를 가진다. 센서(300)는 인클로저(100)의 덮개(fascia)에 내장되는 모션 센서이다. 전력이 UK 표준 13 Amp 주 전원 소켓(400)으로 공급된다. 내부 전력 센서에 의해 전류가 측정되고 액추에이터에 의해 제어된다. 소켓(400)으로부터의 전력을 절연하기 위해 스위치(500)가 사용될 수 있다. 지시자(600)가 전력이 소켓(400)으로 공급되는 중인지 여부를 나타낸다.
이 실시예는 홀로 사는 노인을 위한 복지 모니터링을 위한 하드웨어로서 사용될 수 있다. 소프트웨어가 보통의 행동으로부터의 변화에 대해 시간마다 데이터를 분석하고 결과를 웹 브라우저 또는 스마트폰 애플리케이션 상에 나타낸다.
몇 개의 이러한 스마트 전력 소켓이 새 건물에서 표준 전력 소켓의 대안으로서 또는 기존 속성에서 대체 전력 소켓으로서 네트워크 연결될 수 있다.
유사한 시스템이 도 5에 도시된다. 여기서, 도 4의 시스템의 경우, 소켓은 전문 설치자에 의해 설치되는 것이 일반적이며 기존 아웃렛을 대체할 것이다. 데이터의 효율적인 GSM 전송을 보장하기 위해, 소켓이 벽에 돌출되어 맞을 수 있고 금속 패트리스 박스(metal pattress box) 내에 맞지 않아야 한다. 따라서 영구 설치가 가정내 비이동식 센서 시스템을 제공한다(장치 내 플러그가 사용자에 의한 제거 대상이 된다). 추가로 고정된 위치에 의해 신뢰할만한 GSM 전송이 보장된다. 설치가 GSM 네트워크 커버리지의 평가를 포함해야 한다.
아웃렛 내에서, 소비자 전자기기 조립체가 전력 모니터링, 제어, 그 밖의 다른 센서 관리 및 인터넷으로의 통신을 지원하기 위한 기능을 제공한다. 유닛은 건물 내 추가 스마트 전력 소켓 또는 원격 센서로의 통신을 지원할 수 있다. 블루투쓰 저 에너지, Wi-Fi, 이더넷 또는 그 밖의 다른 통신 시스템, 가령, SigFox가 또한 수용될 수 있다.
시스템은 다음의 2개의 기능을 위한 저전압 DC 저장 시스템을 포함한다.
(a) 주 전원 정전 동안 통신이 유지되도록 제한된 시간 동안 마이크로제어기 시스템의 동작 기능. 주 전원의 손실이 외부 모니터링 소프트웨어로 전달된다.
(b) 원격통신 모듈을 동작시키기에 충분한 피크 전류를 제공하여, 더 작은 AC-DC 컨버터가 포함될 수 있다.
CE 인증을 획득하기 위해 모든 필수 안전 및 EMC 표준을 충족하도록 유닛이 설계되었다.
소켓은 여러 다른 내부 기능 및 옵션을 갖는 여러 버전으로 개발된다.
시스템은 다음의 하위-구성요소 모두 또는 부분 집합을 포함할 수 있다:
Figure pct00001
저전력 마이크로제어기 시스템(206). 구현되는 마이크로제어기 서브-시스템이 OTA(Over The Air) 프로그래밍에 의해 지원될 수 있는 사설 프로그램을 이용한다. 설치 후, 원격 무선 액세스에 의해 펌웨어 프로그램 변화가 구현될 수 있다.
Figure pct00002
마이크로제어기 및 연관된 전자소자로 전력을 공급하기 위한 AC-DC 변환기(208).
Figure pct00003
리튬 배터리(210).
Figure pct00004
전자소자를 포함하는 PCB 조립체(212).
Figure pct00005
예컨대 아날로그 인터페이스를 통해 연결되는 패시브 적외선 센서를 이용하는 모션 검출기(214).
Figure pct00006
사용 중에, 관찰 대상 기기(예를 들면, 주 전원 전력 코드를 통해 연결된 주전자(218))의 전류 소비를 측정하는 전류 감지 코일(216).
Figure pct00007
온도 센서(220),
Figure pct00008
소켓으로의 환상 주 전원(ring main)(222),
Figure pct00009
하나 이상의 스위치(13A) 구비된 아웃렛(224), 및
Figure pct00010
내부 GSM 안테나(226).
시스템은 또한 통신 인터페이스 회로(228), 가령, WIFI, 블루투쓰, 또는 이더넷/주 전원 회로를 더 포함할 수 있다.
마이크로제어기 시스템(206)은, 비제한적으로 다음을 포함한다:
Figure pct00011
운영 체제 및 프로그램 펌웨어를 포함하는 비휘발성 프로그램 메모리. 메모리는 또한 전력 또는 네트워크 장애의 경우에도, 로컬하게 수집된 데이터의 저장을 위한 수단을 제공한다. 그 후 시스템이 복원될 때 데이터가 액세스될 수 있다.
Figure pct00012
프로그램 실행 및 계산을 위한 충분한 RAM
Figure pct00013
GSM 통신 모듈
Figure pct00014
디지털 입력 및 출력부
Figure pct00015
아날로그 입력 및 출력부, 및
Figure pct00016
배터리를 위한 통합된 충전 시스템.
소켓이 전력 소켓 페이스-플레이트(face-plate)로부터 만들어진 인클로저 및 수정된 상용화된 패트리스 박스에 끼워 맞춤되는 PCB 조립체를 이용해 구축된다. 구성요소가 솔더링된 와이어 또는 클립과 연결된 PCB에 내장된다. 성형된 절연 플라스틱 몰딩에 의해, 저전압과 고전압의 분리가 이뤄진다.
전자 구성요소가 다양한 국제 패트리스 및 덮개 설계에 맞춰질 캡슐 내로 소형화될 수 있다. 외부 구성요소와의 연결이 커넥터 블록을 통해 이뤄진다.
물리적 설계가 전자소자가 기존 전력 소켓 아웃렛 내에 맞춰지거나 새 소켓 조립체의 일부로서 맞춰질 수 있음을 보장한다. 이러한 설계에 의해 기존 벽형 전력 아웃렛에의 레트로핏(retrofit)이 가능해질 것이다. 전력 소켓 캡슐 내부의 구성요소를 액세스하지 않고 백-업 배터리(back-up battery)가 교체될 수 있다.
전력 소켓 캡슐이 모든 용도에서 존재하는 마이크로제어기 및 전자소자를 포함한다. 센서를 위한 최적 위치에 위치하지 않는 전력 소켓의 경우, 외부 센서를 포함하는 외부 전력 캡슐이 유선으로 또는 무선으로 연결될 수 있다.
상기의 내용이 실시예의 예시에 불과하며 이들 사용의 일부 예시임이 자명할 것이다. 해당 분야의 통상의 기술자라면, 본 발명의 진정한 범위 내에서 변경이 이뤄질 수 있음을 쉽게 알 것이다.

Claims (10)

  1. 주 전원 공급장치(mains power supply)에 연결되기 위한 연결 수단, 하나 이상의 외부 전기 장치로의 물리적 연결을 위한 수단, 인터넷으로 데이터를 주고 받기 위한 데이터 전송 및 수신 수단, 및 데이터 전송 및 수신 수단을 이용해 인터넷으로부터 수신된 데이터를 이용해 하나 이상의 외부 전기 장치로의 전기 출력을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 에너지 관리 모듈 또는 캡슐.
  2. 제1항에 있어서, 입력되는 주 전원 전력 측정 센서 또는 그 밖의 다른 센서, 및 전기 출력 제어기를 더 포함하는 에너지 관리 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 디지털 통신 기능부를 더 포함하고 인터넷을 통해 웹 서비스에 의해 제어되는, 에너지 관리 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유선 또는 무선으로 센서 또는 또 다른 입력 장치를 포함하는 타 외부 에너지 관리 모듈 또는 캡슐로 연결되도록 구성되는, 에너지 관리 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상이한 구성의 센서, 또는 전기 출력 또는 디지털 통신 구성요소를 가질 수 있는 하나 이상의 타 모듈과 주 전원 배선(wiring) 또는 저 전압 배선을 통해 디지털 방식으로 통신하도록 구성된, 에너지 관리 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 센서 데이터를 웹 서비스로 송신하고, 하나 이상의 모듈 또는 캡슐의 전기 출력을 제어하기 위한 데이터를 수신하도록 구성된, 에너지 관리 모듈.
  7. 제5항에 있어서, 임의의 상호 연결된 모듈 또는 캡슐로의 주 전원 전력의 소실 후, 인터넷을 통해 계속 통신하도록 구성된, 에너지 관리 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 수단은 펌웨어에 의해 제어되고 OTA(Over the Air) 통신을 이용해 업데이트되도록 구성되는, 에너지 관리 모듈.
  9. 청구항 제6항에 따르는 모듈의 네트워크를 이용해 수집된 센서 데이터, 또는 그 밖의 다른 수집된 시계열 데이터를 처리하는 방법으로서, 사용 중에, 센서 데이터의 패턴의 변화를 식별하거나 전기 전력의 장래 수요를 예측하는 단계를 포함하는, 데이터를 처리하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 인터넷 또는 그 밖의 다른 원격통신 네트워크로 연결된 소프트웨어 애플리케이션에 따라 결과를 게시하는 단계를 더 포함하는, 데이터를 처리하는 방법.
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