PL180513B1

PL180513B1 - Sposób dystrybucji pradu elektrycznego do indywidualnych urzadzen pobierajacych energie i uklad do dystrybucji pradu elektrycznego do indywidualnych urzadzen pobierajacych energie PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180513B1
Application number: PL95317993A
Authority: PL
Inventors: Calle Norberg
Original assignee: Vattenfall Ab
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 2001-02-28
Also published as: DE69509529T2; EE03325B1; ATE179842T1; CN1164302A; HU219532B; US5903064A; FI970022L; GR3030316T3; HU9700006D0; NO970021L; DE69509529D1; NO970021D0; SE503254C2; SK1297A3; HK1003914A1; CN1060596C; FI970022A0; EP0769218B1; NO315773B1; CA2194156C

Abstract

1. Sposób dystrybucji pradu elektrycznego do indy- widualnych urzadzen pobierajacych energie przy sterowa- niu za pomoca centralnego komputera, zgodnie z którym urzadzenie pobierajace energie zasila sie pradem elektrycz- nym po polaczeniu tego urzadzenia z dystrybutorem energii w ukladzie dystrybucji, znamienny tym, ze sygnal indy- widualnej identyfikacji uzytkownika wyslany przez mikro- procesor w urzadzeniu pobierajacym energie z ukladu dystrybucji pradu elektrycznego identyfikuje sie w central- nym komputerze lub regulatorze majacym mikroprocesor i sterujacym biezacy stan zasilania, i w razie. 3. Uklad dystrybucj i pradu elektrycznego do indywidu- alnych urzadzen pobierajacych energie, zawierajacy ele- ktryczne przewody do rozprowadzania pradu elektrycznego, szereg dystrybutorów energii elektrycznej z co najmniej jednym gniazdem do zasilania pradem elektry- cznym urzadzen pobierajacych energie, srodki do realizacji polaczenia urzadzen pobierajacych energie z lacznikami dystrybutorów energii elektrycznej oraz centralny komputer polaczony z poszczególnymi dystrybutorami energii ele- ktrycznej, znamienny tym, ze dystrybutory (6) energii ele- ktrycznej zawieraja lacznik (13) i regulator (11) z mikroprocesorem (21), przy czym urzadzenie (1) pobie- rajace energie zawiera mikroprocesor umozliwiajacy iden- tyfikacje uzytkownika, przy czym . Fig 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób dystrybucji prądu elektrycznego do indywidualnych urządzeń pobierających energię i układ do dystrybucji prądu elektrycznego do indywidualnych urządzeń pobierających energię. Wynalazek dotyczy rozwiązań technicznych umożliwiających zasilanie prądem elektrycznym urządzenia pobierającego energię po połączeniu tego urządzenia z dystrybutorem energii w układzie dystrybucji.

Z oczywistych powodów układy dystrybucji są instalacjami stacjonarnymi, co znajduje odbicie w sposobie obciążania za energię elektryczną. Tak więc grupy urządzeń zasilające w energię elektryczną w postaci gniazd i/lub stacjonarnych instalacji, np. w domu lub mieszkaniu, są przyłączone do układu dystrybucji poprzez licznik energii elektrycznej, przy czym osoby fizyczne lub prawne wnoszą opłaty według wskazań poszczególnych liczników. Ze względu na rosnące wykorzystanie urządzeń i maszyn elektrycznych i ciągły rozwój w dziedzinie pojazdów zasilanych prądem elektrycznym, indywidualni użytkownicy będą mieć w przyszłości coraz większe zapotrzebowanie na użytkowanie energii elektrycznej również poza miejscem zamieszkania i pracy. Przykładowo będzie duże zapotrzebowanie na „stacje ładowania” dla samochodów o napędzie elektrycznym.

Zastosowanie zróżnicowanego systemu obciążania kosztami, zgodnie z którym indywidualny użytkownik płaci za zużytą energię elektryczną niezależnie od miejsca geograficznego, w którym nastąpiło pobranie energii, umożliwiłoby np. umieszczenie urządzeń zasilających w energię na parkingach itp., tak więc w czasie korzystania z miejsca parkingowego można byłoby wykorzystać czas postoju na doładowanie baterii samochodu i/lub nagrzewanie kabiny pasażerskiej przed rozruchem w zimnym klimacie lub przy niskiej temperaturze w czasie brzydkiej pogody, względnie ochłodzenie tej kabiny w klimacie gorącym. Klienci takiego systemu obciążania opłatami za energię byliby prawdopodobnie przygotowani na płacenie wyższej ceny za energię elektryczną w zamian za zwiększoną dostępność tej energii.

Znane są połączenia centralnego komputera z poszczególnymi licznikami energii elektrycznej dzięki sygnałom nakładanym na układ dystrybucji, dzięki czemu uzyskuje się dodatkowe funkcje i możliwość świadczenia dodatkowych usług odbiorcom. Przykładowo w takim systemie możliwe jest odczytywanie poszczególnych liczników energii elektrycznej bezpośrednio z centralnego komputera lub wyposażenie liczników energii elektrycznej w czytniki kart, jak to ujawniono np. w opisie patentowym nr GB 2.107.093, co ułatwia obciążanie kosztami zużytej energii elektrycznej. Za pomocą przycisków w szafce licznika energii elektrycznej użytkownik może również łączyć się z centralnym komputerem i przykładowo żądać uruchomienia zewnętrznego obwodu, np. żądać z domu lub mieszkania włączenia ogrzewania elektrycznego w domku rekreacyjnym itp. Taki system oznacza jednak zaledwie, że można identyfikować poszczególne liczniki elektryczne i obciążać kosztami zużytej energii

180 513 osobę odpowiedzialną za opłacanie według wskazań danego licznika. Obciążanie kosztami jest zatem nadal realizowane w odniesieniu do stałego punktu geograficznego.

W opisie patentowym nr SE 9202514-7 opisano sterowanie grupą dystrybutorów energii elektrycznej, umieszczonych np. na parkingu lub w miejscu ustawiania przyczep mieszkalnych, z tablicy sterowania. W przypadku takiego obiektu użytkownik jest zobowiązany do podejścia do tablicy sterowania, dokonania identyfikacji przy użyciu karty płatniczej itp. oraz wybrania za pomocą zestawu przycisków urządzenia zasilającego (urządzeń zasilających) w energię, które chce wykorzystać i za którego/których użytkowanie będzie płacić. Łączność pomiędzy tablicą sterowania a odpowiednimi urządzeniami zasilającymi w energię ma być realizowana za pośrednictwem sygnałów radiowych lub obwodów transmisji danych specjalnie przewidzanych do tego celu. Ponieważ użytkownik jest zobowiązany do stawienia się przed tablicą sterowania w celu identyfikacji i wybrania urządzeń zasilających w energię, zastosowanie takiego obiektu jest oczywiście ograniczone do niewielkiego obszaru. Ponadto zabezpieczenie użytkownika jest niewielkie, ponieważ jego wtyczka może być łatwo wyciągnięta przez nieupoważnioną osobę, która może następnie włożyć swoją własną wtyczkę w gniazdo i w ten sposób kraść prąd elektryczny, za który uprawniony użytkownik będzie musiał zapłacić.

W opisie patentowym nr SE 920823-2 ujawniono urządzenie do ładowania urządzeń magazynowania energii w pojeździe o napędzie elektrycznym. Jedynym zadaniem tego urządzenia do ładowania jest zmniejszenie obciążenia układu dystrybucji i służenie jako obwód dostosowawczy, umożliwiający ładowanie pojazdu prądem elektrycznym o zmiennej liczbie faz oraz zmiennym napięciu i częstotliwości. Urządzenie może również zawierać nadajnik i odbiornik do łączności z układem dystrybucji.

W opisie patentowym nr SE 425123 ujawniono urządzenie do centralnego i automatycznego odczytu, rejestracji i kontroli liczników poboru energii zamontowanych w siedzibach użytkowników. Pojedyczny licznik energii elektrycznej ma łączność z dystrybutorem energii za pośrednictwem sygnałów nakładanych na układ dystrybucji. W tym przypadku celem było opracowanie urządzenia zawierającego lepsze środki prowadzące do optymalnego wykorzystanie energii elektrycznej najmniejszym kosztem. Obciążanie opłatą następuje zatem w odniesieniu do ustalonego punktu geograficznego.

W opisie patentowym nr US 4352992 ujawniono system zarządzania obciążeniem, w którym kontrolerzy obciążenia selektywnie podłączają i odłączają obciążenia buforowe układu dystrybucji w celu umożliwienia wyrównywania okresów szczytowego obciążenia. Łączność pomiędzy dystrybutorem energii a odbiorcą odbywa się za pomocą sygnałów radiowych. Obciążanie opłatą następuje zatem w odniesieniu do ustalonego punktu geograficznego.

Opis patentowy EP 0047089 dotyczy urządzenia i sposobu podłączania i odłączania do i od układu dystrybucji urządzeń pobierających energię elektryczną w określonej kolejności pierwszeństwa w celu umożliwienia automatycznego wyłączania prądu w okresach szczytowego obciążenia, gdy cena energii jest wysoka. Podobnie jak poprzednio, obciążanie opłatą następuje w odniesieniu do ustalonego punktu geograficznego.

Istota wynalazku odnośnie sposobu dystrybucji prądu elektrycznego do indywidualnych urządzeń pobierających energię, zgodnie z którym urządzenie pobierające energię zasila się prądem elektrycznym po połączeniu tego urządzenia z dystrybutorem energii w układzie dystrybucji, polega na tym, że sygnał indywidualnej identyfikacji użytkownika wysłany przez mikroprocesor w urządzeniu pobierającym energię z układu dystrybucji prądu elektrycznego identyfikuje się w centralnym komputerze lub regulatorze mającym mikroprocesor i sterującym bieżący stan zasilania, i w razie braku potwierdzenia identyfikacji przerywa się obwód zasilania prądem elektrycznym, a w razie potwierdzenia identyfikacji zamyka się obwód zasilania prądu elektrycznego i zasila się urządzenie pobierające energię z równoczesnym pomiarem poboru energii lub czasu połączenia urządzenia pobierającego energię z dystrybutorem,

180 513 przy czym przesyłanie danych realizuje się częściowo lub całkowicie z użyciem sygnałów nakładanych na układ dystrybucji.

W sposobie według wynalazku korzystnie sygnał identyfikacji z mikroprocesora w urządzeniu pobierającym energię przesyła się do dystrybutora przewodem energetycznym pomiędzy urządzeniem pobierającym energię i dystrybutorem.

W sposobie według wynalazku w stanie nieobciążonym obwód zasilania prądem elektrycznym utrzymuje się w stanie otwartym, przy czym urządzenie pobierające energię zasila się prądem elektrycznym natychmiast po jego przyłączeniu do układu dystrybucji co najmniej przez czas identyfikacji.

Istota wynalazku odnośnie układu polega na tym, że układ dystrybucji prądu elektrycznego do indywidualnych urządzeń pobierających energię zawierający elektryczne przewody do rozprowadzania prądu elektrycznego, szereg dystrybutorów energii elektiycznej z co najmniej jednym gniazdem do zasilania prądem elektrycznym urządzeń pobierających energię, środki do realizacji połączenia urządzeń pobierających energię z łącznikami dystrybutorów energii elektrycznej oraz centralny komputer połączony z poszczególnymi dystrybutorami energii elektrycznej, charakteryzuje się tym, że dystrybutory energii elektrycznej zawierają łącznik i regulator z mikroprocesorem, przy czym urządzenie pobierające energię zawiera mikroprocesor umożliwiający identyfikację użytkownika, przy czym ten układ ma środki do przesyłania danych z mikroprocesora urządzenia pobierającego energię do centralnego komputera lub mikroprocesora regulatora dla potwierdzenia lub braku potwierdzenia identyfikacji, przy czym w stanie potwierdzenia identyfikacji łącznik jest zamknięty przez regulator, a w stanie braku potwierdzenia identyfikacji łącznik jest przezeń otwarty.

Korzystnie, dystrybutor energii elektrycznej zawiera licznik energii elektrycznej.

Korzystnie, dystrybutor energii elektrycznej zawiera licznik czasu.

W korzystnym przykładzie wykonania centralny komputer stanowi szereg komputerów przyłączonych do głównego komputera, przy czym do każdego z komputerów jest przyłączonych szereg regulatorów.

Korzystnie, środki do przesyłania danych stanowią nadbiomiki realizujące połączenie całkowicie lub częściowo przez sygnały nakładane na układ dystrybucji.

Korzystnie, środki do przesyłania stanowią środki do przesyłania danych pomiędzy urządzeniem pobierającym energię i dystrybutorem przez sygnały nakładane na przewód energetyczny pomiędzy urządzeniem pobierającym energię i dystrybutorem.

Korzystnie, mikroprocesor urządzenia pobierającego energię jest umieszczony w adapterze lub w skrzynce przyłączowej.

Korzystnie, gniazdo zawiera środki zasilające prądem o napięciu niższym niż napięcie nominalne sieci.

Korzystnie, dystrybutor energii ma gniazdo zawierające rezystor włączony równolegle do wyjścia oraz pomiarowe wyjście, przy czym rezystor ma znacznie większą impedancję od urządzenia pobierającego energię.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku regulator zawiera czujnikowy obwód zawierający łącznik w postaci półprzewodnikowego przekaźnika, włączony pomiędzy wejście i wyjście, z tym że wejście jest stale połączone z napięciem układu.

Korzystnie, regulator zawiera licznik energii elektrycznej lub licznik czasu.

Łącznik stanowi korzystnie półprzewodnikowy przekaźnik.

Wynalazek umożliwia zwiększenie dostępności energii elektrycznej i dostarczenie układu dystrybucji, w którym obciążanie opłatami za energię elektrycznąjest możliwe nie tylko w odniesieniu do stałego punktu geograficznego, ale również w odniesieniu do indywidualnego użytkownika niezależnie od jego geograficznego miejsca zamieszkania. Dzięki wynalazkowi uzyskano zwiększoną dostępność energii elektrycznej przy większym zabezpieczeniu użytkownika przed korzystaniem z jego energii przez nieupoważnioną osobę. Dzięki wynalazkowi zatem zwiększono dostępność przy minimalnej przebudowie istniejących układów dystrybucji, dzięki umożliwieniu łączności pomiędzy komputerem, regulatorem i urządzeniem

180 513 pobierającym energię elektryczną całkowicie lub częściowo za pomocą sygnałów nakładanych na układ dystrybucji.

Wynalazek umożliwia ponadto korzystanie z układu dystrybucji i/lub rozszerzenie tego układu o dodatkowe funkcje i usługi, takie jak automatyczne dołączanie i odłączanie urządzeń pobierających energię, sygnalizacja alarmowa w przypadku uszkodzeń technicznych w urządzeniu pobierającym energię lub w przypadku odłączenia przez osobę nieupoważnioną i/lub kontrole działania z możliwością zdalnego odczytywania.

Dzięki zastosowaniu mikroprocesorów do identyfikowania indywidualnych odbiorców energii elektrycznej i o możliwości łączenia się indywidualnych mikroprocesorów, korzystnie za pośrednictwem sygnałów nakładanych na układ, z centralnie lub lokalnie usytuowanym, zawierającym mikroprocesor urządzeniem regulacyjnym lub komputerem osiągnięto prosty i elastyczny system identyfikowania indywidualnych odbiorców energii elektrycznej i możliwość prostego i skutecznego obciążania kosztami za zużytą energię elektryczną. Dzięki temu, że każdy mikroprocesor ma unikalny kod identyfikacyjny można go wykorzystać do zidentyfikowania użytkownika. Oprócz tego kodu identyfikacyjnego mikroprocesor zapewnia znaczne możliwości przetwarzania danych w celu dalszego zwiększenia zabezpieczenia przez wykorzystaniem kodów identyfikacyjnych przez osoby nieupoważnione. Przykładowo w każdym mikroprocesorze można zaprogramować niemożliwy do odczytu, tajny algorytm szyfrujący kod identyfikacyjny przed przesłaniem go w układzie, np. za pomocą przypadków liczb generowanych w mikroprocesorze.

Znaczna pojemność danych w mikroprocesorze daje również możliwości poszerzenia systemu o dodatkowe funkcje, takie jak automatyczne dołączanie i odłączanie urządzeń pobierających energię, możliwe do realizacji drogą zdalnego sterowania, np. żądanie, poprzez komputer lub telefoniczny system zgłoszeniowy, ładowania samochodu o napędzie elektrycznym zaparkowanego w jakimś innym miejscu, przy czym mikroprocesor samochodu działa jako zespół adresowy, mogący selektywnie odbierać sygnały z układu, wykorzystywany poprzez komputery i regulatory układu do zlokalizowania samochodu. Dołączanie i odłączanie można również przeprowadzać w sposób kontrolowany pod względem czasu i temperatury, np. ładowanie samochodu o napędzie elektrycznym pewną ilością energii można zamówić od lub do pewnego czasu, albo też można zamówić grzanie samochodu, jeżeli temperatura na zewnątrz spadnie poniżej pewnego poziomu. Możliwe jest również rozszerzenie tego systemu o funkcję alarmu, który poprzez komputer lub telefon może zwracać uwagę użytkownika na to, że np. samochód o napędzie elektrycznym został odłączony od układu dystrybucji lub że wystąpiła usterka techniczna. Możliwe jest również prowadzanie za pośrednictwem komputera kontroli na odległość, np. stanu naładowania samochodu o napędzie elektrycznym.

Zaletą wynalazku jest także to, że układ dystrybucji można łączyć z czytnikami kart inteligentnych zawierających mikroprocesor. Umożliwia to posiadaczowi karty przedstawienie się i upoważnienie do obciążenia swego rachunku kosztem energii zużytej przez urządzenie pobierające energię, które z kolei ma własny mikroprocesor. Ma to szczególne znaczenie przy wypożyczaniu lub wynajmowaniu np. samochodu, przy czym autoryzację można zrealizować z użyciem np. czytnika kart w samochodzie. Możliwe jest również całkowite zastąpienie mikroprocesora obwodu identyfikacji kartą zawierającą mikroprocesor i w takim przypadku urządzenie pobierające energię będzie pozbawione mikroprocesora identyfikacyjnego, gdy karta jest wyjęta. System może być również uzupełniony klawiaturą, wyświetlaczem itp., np. w samochodzie, aby umożliwić użytkownikowi zamawianie usług dodatkowych, takich jak sterowane czasowo dołączenie zasilania.

Dzięki temu, że dystrybutory energii elektrycznej i regulatory zawierające mikroprocesory można rozmieścić w różnicy sposób względem siebie, i że mogą być one zaprojektowane jako zintegrowane, to w takim przypadku występuje co najmniej jeden mikroprocesor i jeden łącznik dla każdego gniazda. W miejscach, gdzie pewna liczba dystrybutorów energii elektrycznej jest zgromadzona blisko siebie, np. na parkingu, jeden mikroprocesor może sterować wieloma łącznikami i gniazdami. Ponadto nie jest konieczne, by gniazda były zasilane

180 513 równolegle przez oddzielne przewody, ale każdy łącznik i gniazdo mogą być np. identyfikowane i sterowane przez mikroprocesor za pośrednictwem obwodów logicznych wykrywających impulsy itp., a zatem mogą być zasilane szeregowo przez wspólne przewody.

Ze względu na dużą pojemność pamięci mikroprocesorów identyfikacji i kontroli dostępu nie zawsze musi dokonywać centralny komputer, gdyż mogą być one prowadzone przez mikroprocesor odpowiednich regulatorów lub przez pamięć umieszczoną oddzielnie w połączeniu z mikroprocesorem. W określonych odstępach czasowych regulatory mogą otrzymywać uaktualnione listy użytkowników upoważnionych i nieupoważnionych. W takim systemie rozdzielczym identyfikację i kontrolę dostępu można realizować prościej, szybciej i taniej.

Dzięki temu, że w jednym z przykładów wykonania wynalazku gniazdo dystrybutora energii elektrycznej może mieć w stanie nieużywania napięcie układu, a gdy tylko urządzenie pobierające energię zostanie dołączone do gniazda, układ wykrywa to i regulator wyłącza prąd, jeśli w określonym czasie zostanie przeprowadzona kontrola nieautoryzowanego dostępu uzyskuje się dobre zabezpieczenie przed nieuprawnionym poborem energii. Zaletą wynalazku jest także to, że ze względów bezpieczeństwa można zasilać dystrybutor energii elektrycznej niższym napięciem w stanie nieużywania, co umożliwiałoby identyfikację, ale nie powodowałoby wystąpienie ryzyka porażenia prądem np. dzieci, które w trakcie zabawy wkładają ciała obce w gniazdo. W przypadku urządzeń pobierających energię elektryczną z własnym źródłem prądu, np. samochodów, gniazdo mogłoby być całkowicie nieczynne w stanie nieużywania, a wtedy źródło prądu w samochodzie mogłoby po dołączeniu uruchomić przekaźnik zamykający łącznik dla umożliwienia identyfikacji.

Układ dystrybucji według wynalazku oprócz identyfikowania użytkownika i dostarczania prądu elektrycznego może mierzyć albo ilość zużytej energii, albo czas przyłączenia urządzenia pobierającego energię. Pomiar może odpowiednio przeprowadzić mikrokomputer regulatora, ale możliwe jest również stosowanie oddzielnego miernika lub mikrokomputera urządzenia pobierającego energię elastyczną jako miernika, który wysyła dane o poborze energii elektrycznej do centralnego komputera.

Mikroprocesor regulatora może mieć różne zadania i funkcje. W korzystnym przykładzie wykonania jego zadaniem jest przykładowo realizacja następujących etapów: uaktywnianie mikroprocesora obwodu identyfikacji tak, by ten mikroprocesor wysłał sygnał identyfikacji, wysyłanie sygnału adresującego, towarzyszącego sygnałowi identyfikacji, do centralnego komputera, odbieranie sygnału odpowiedzi z komputera po sprawdzeniu przezeń sygnału identyfikacji i w odpowiedzi na negatywny lub pozytywny sygnał odpowiedzi wyłączanie lub włączanie prądu w dystrybutorze. W mniejszym systemie, takim jak plac postoju przyczep mieszkalnych, może on również służyć do identyfikacji użytkownika i do przechowywania informacji, a wówczas przy okazji obciążania opłatami centralny komputer sprawdza w mikroprocesorze każdego dystrybutora prądu miejsce pobrania i ilość energii pobranej przez użytkownika podczas jego tam pobytu.

Wynalazek dotyczy układu dystrybucji, który jest łatwo dostępny, niezawodny i przyjazny dla użytkownika i który w korzystnym przykładzie wykonania nie wymaga oddzielnych kart płatniczych i/lub kodów. Jest on szczególnie dobrze dostosowany do potrzeb użytkowników przemieszczających się z miejsca na miejsce i urządzeń pobierających energię, takich jak samochody. Stosowanie wynalazku możliwe jest jednak także w przypadku ruchu torowego o napędzie elektrycznym, a wówczas linie przewodzące prąd mogą być podzielone na sekcje. Na przejściu z jednej sekcji do drugiej można sprawdzać czy pociąg lub pojazd jest upoważniony do poruszania się na tym odcinku. Określenia „dystrybutor energii elektrycznej” i „gniazdo” mają zatem szerokie znaczenie i mogą również obejmować linie napowietrzne lub szyny przewodzące w kolejnictwie. Możliwe jest jednak również wykorzystywanie wynalazku do bardziej „stacjonarnych” urządzeń pobierających energię elektryczną. Mogą to być przykładowo budynki mieszczące pewną grupę przedsiębiorstw, wystaw i punktów handlowych, gdzie dany dystrybutor może mieć wielu różnych użytkowników przez krótkie okresy czasu. W takich zastosowaniach mikroprocesor urządzenia pobierającego energię elektryczną

180 513 może być odpowiednio umieszczony w adapterze w postaci skrzynki przyłączowej. Wynalazek można również stosować np. w przedsiębiorstwie, w którym różne działy i ośrodki korzystają z tych samych dystrybutorów energii elektrycznej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony szkic układu według wynalazku, do którego podłącza się samochód o napędzie elektrycznym w celu naładowania, fig. 2 - schemat elektryczny części korzystnego przykładu wykonania regulatora według niniejszego wynalazku, fig. 3 - schemat blokowy dwóch różnych przykładów wykonania dystrybutorów energii elektrycznej, fig. 4 i 5 - schemat blokowy przykładu wykonania regulatora i obwodu identyfikacji, a fig. 5 - schemat blokowy kolejnego przykładu wykonania regulatora i obwodu identyfikacji.

Na fig. 1 przedstawiono uproszczony układ dystrybucji prądu elektrycznego według niniejszego wynalazku, przy czym jako przykład urządzenia 1 pobieranego energię wybrano samochód z napędem elektrycznym. Należy jednak zrozumieć, że w taki sam sposób do tego układu może być dołączony dowolny inny rodzaj maszyn i urządzeń napędzanych energią elektryczną. Układ dystrybucji pokazany na figurze zawiera linię energetyczną 2 z trzema napowietrznymi przewodami wysokiego napięcia, które poprzez ship 3 są poprowadzone do stacji transformatorowej 4. Sieć wysokiego napięcia zmienia się za stacją transformatorową 4 w sieć niskiego napięcia, która na figurze jest pokazana jako kabel podziemny 5 rozgałęziony do szeregu dystrybutorów 6 energii, przeznaczonych do rozmieszczenia na parkingu publicznym.

Urządzenie 1 pobierające energię, czyli samochód z napędem elektrycznym zawiera zestaw baterii 7 akumulatorowych, które służą do magazynowania energii elektrycznej potrzebnej do napędzania samochodu. Baterie 7 są ponownie ładowane przez dołączenie wtyku na końcu kabla 8 do gniazda 9 danego dystrybutora 6 energii.

Układ dystrybucji według wynalazku zawiera co najmniej jeden komputer 10 i regulator 11 dla każdego z dystrybutorów 6 energii. W celu identyfikacji użytkownika samochód elektryczny jest ponadto wyposażony w obwód identyfikacyjny 12. Przy łączeniu samochodu elektrycznego z dystrybutorem 6 energii komputer 10, regulator 11 i obwód identyfikacyjny 12 mogą komunikować się ze sobą poprzez sygnały nakładane na układ dystrybucji i w tym celu każdy z tych elementów zawiera tak zwany nadbiomik, to znaczy nadaj nik-odbiomik, umożliwiający tę komunikację. Komputer 10, regulator 11 i obwód identyfikacyjny 12 pokazano tylko schematycznie jako skrzynki, przy czym każda z nich oprócz nadbiomika zawiera również mikroprocesor. Regulator 11 zawiera ponadto łącznik 13, korzystnie tak zwany przekaźnik półprzewodnikowy, do ewentualnego załączania lub wyłączania prądu w gnieździe 9. W stanie nieużywania, kiedy żadne urządzenie pobierające energię nie jest dołączone do gniazda 9, łącznik 13 jest otwarty. Po dołączeniu samochodu z napędem elektrycznym do gniazda 9 etapy działania są następujące. Regulator 11 wykrywa dołączenie urządzenia pobierającego energię i powoduje zamknięcie łącznika 13 na krótki czas, korzystnie 0,1-1 s. W tym okresie czasu mikroprocesor regulatora 11 uruchamia mikroprocesor obwodu identyfikacyjnego 12, aby wysłać sygnał identyfikacyjny, przenoszony przez układ dystrybucji do komputera 10, w którym jest on sprawdzany dla ustalenia czy użytkownik jest upoważniony do korzystania z układu dystrybucji. W przypadku zaakceptowania sygnału identyfikacyjnego jest o tym powiadamiany mikroprocesor regulatora, który powoduje utrzymywanie łącznika 13 w stanie zamkniętym, dzięki czemu samochód elektryczny może pobierać prąd z gniazda 9. Gdy z kolei sygnał identyfikacyjny nie zostanie przyjęty przez komputer 10, regulator 11 przerwie dopływ prądu.

Na fig. 2 przedstawiono schemat połączeń korzystnego przykładu obwodu czujnikowego 14 dla funkcji wyłączania realizowanej przez regulator 11. Zawiera on łącznik 13 w postaci półprzewodnikowego przekaźnika, włączony pomiędzy wejście 15 i wyjście 16. Wejście 15 jest stale połączone z napięciem układu jest zdolny do przepuszczania, również w stanie wyłączenia, pewnego prądu upływności, tak że wyjście 16 w swym stanie nieobciążonym będzie miało napięcie odpowiadające napięciu na wejściu 15. Urządzenie pobierające

180 513 energię, schematycznie pokazane jako rezystor 17, ma pewną impedancję. Równolegle do wyjścia 16 jest dołączony rezystor 18, a spadek napięcia na tym rezystorze można mierzyć na pomiarowym wyjściu 19. Kiedy urządzenie 17 pobierające energię, którego impedancja jest znacznie mniejsza niż impedancja rezystora 18, jest dołączone do wyjścia 16, spadek napięcia na rezystorze 18 maleje do wartości bliskiej zeru. Przekaźnikowi temu poprzez sterujące wejście 20 może być wtedy poprzez mikroprocesor wydane polecenie załączenia prądu na co najmniej krótki okres czasu. Dzięki zastosowaniu przekaźnika półprzewodnikowego i dołączeniu go w sposób przedstawiony i opisany, otrzymuje się prosty i niedrogi czujnik, który sprawdza, kiedy urządzenie pobierające energię jest dołączone do układu, a zatem łącznik może być zamykany natychmiast w celu umożliwienia identyfikacji użytkownika.

W przedstawionym przykładzie realizacji identyfikacyjny obwód 12 jest zawarty w urządzeniu pobierającym energię. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, by identyfikacyjny obwód 12 był skonstruowany jako oddzielna skrzynka przyłączowa, aby np. rzemieślnik mógł dołączyć jedno lub kilka narzędzi do układu. Ponadto nie ma konieczności, aby regulator 11 był zintegrowany z gniazdem 9, gdyż mogąbyć one umieszczone oddzielnie.

Dla pomiaru ilości pobranej energii elektrycznej w każdym dystrybutorze 6 energii lub w połączeniu z tym urządzeniem umieszcza się odpowiednio licznik energii elektrycznej lub licznik czasu, przy czym mikroprocesor regulatora powoduje kierowanie danych o zużyciu energii do komputera 10, aby służyły jako dane do obciążenia użytkownika kosztami. Możliwe byłoby jednak umieszczenie miernika w samym urządzeniu pobierającym energię elektryczną, np. w samochodzie elektrycznym, z którego informacje o ilości zużytej energii są ciągle przesyłane do komputera. Jako licznik można stosować mikroprocesor regulatora albo obwodu identyfikacyjnego.

W opisanym powyżej przykładzie wykonania układu dystrybucji według wynalazku komputer 10 jest połączony ze stacją transformatorową. Jednakże wynalazek nie jest ograniczony do tego przykładu realizacji, a to usytuowanie zostało wybrane jedynie jako przykład możliwego miejsca dla komputera. W rzeczywistej praktyce komputer można umieścić w dowolnym miejscu w układzie dystrybucji, a szereg komputerów można połączyć z regionalnym układem lub z układem obejmującym cały kraj. Takiego połączenia nie trzeba realizować poprzez układ dystrybucji i można je uzyskać np. przez radio, telefon lub satelitę.

Istniejące układy dystrybucji można przebudować bez żadnych rozległych działań w układ typu opisanego powyżej. Najbardziej realistyczną alternatywą wydaje się być ta, że w przyszłości układy dystrybucji będą miały możliwość obciążania kosztami za energię elektryczną zarówno w odniesieniu do ustalonego punktu geograficznego w postaci nieruchomego licznika energii elektrycznej, np. w domu, jak i w odniesieniu do użytkownika dzięki obwodowi identyfikacyjnemu urządzenia pobierającego energię, jak to opisano powyżej. W przyszłości rozważane tu maszyny i urządzenia będą wyposażane we wbudowane obwody identyfikacyjne już podczas produkcji. Użytkownik może potem, jeżeli zechce, zarejestrować unikalny kod identyfikacyjny w mikroprocesorze obwodu identyfikacyjnego we współpracy z wybranym przedsiębiorstwem energetycznym i zobowiązać się w ten sposób do płacenia za energię elektryczną pobraną przy korzystaniu z maszyny lub urządzenia. Jeżeli ten sam użytkownik ma wiele urządzeń pobierających energię, mogąbyć one zarejestrowane jako obciążające ten sam rachunek.

Na fig. 3 przedstawiono schemat blokowy dwóch różnych przykładów realizacji dystrybutorów energii. Dokładniej, pokazano pierwszy przykład wykonania, w którym wspólny mikroprocesor 21, który może być odpowiednio umieszczony centralnie w szafce rozdzielczej itp., steruje grupą gniazd 9, np. w garażu lub w budynku mieszczącym pewną grupę przedsiębiorstw. Łączniki (nie pokazano) dla każdego gniazda mogą być ewentualnie umieszczone w połączeniu z mikroprocesorem 21 lub gniazdami 9. Poniżej pokazano dystrybutor energii, w którym mikroprocesor 21' poprzez łącznik (nie pokazany) steruje jednym gniazdem 9'. W tym przykładzie wykonania wygodne jest (ale nie konieczne), by mikroprocesor i gniazdo, jak również łącznik, były zintegrowane w jeden zespół.

180 513

W odpowiednim punkcie w układzie, np. przy stacji transformatorowej, umieszczone jest urządzenie zbiorcze 22, które odpowiednio zbiera sygnały z szeregu mikroprocesorów i przekazuje sygnały na szereg mikroprocesorów. To urządzenie zbiorcze 22 jest dołączone do centralnego komputera i dzięki temu steruje łącznością pomiędzy centralnym komputerem i odpowiednimi dystrybutorami energii. W pokazanym układzie łączność może być realizowana na krótkich lub długich dystansach poprzez sygnały nakładane na układ dystrybucji, natomiast łączność na pozostałych dystansach jest realizowana z użyciem znanych obwodów danych, łączności radiowej itp.

Na fig. 4 przedstawiono schemat blokowy korzystnego przykładu wykonania regulatora 11. Regulator ten zawiera mikroprocesor 21, który poprzez nadbiomik 23 jest dołączony do linii energetycznej 5. Łącznik 13 jest sterowany przez mikroprocesor, a łącznik 24 służy do wykrywania, kiedy urządzenie pobierające energię jest dołączone do mikroprocesora. Obwód magazynowania 25 jest połączony z mikroprocesorem dla dalszego zwiększenia swej zdolności magazynowania i umożliwienia przechowywania kodów identyfikacyjnych urządzeń pobierających energię użytkowników upoważnionych do korzystania z układu.

Na fig. 5 pokazano schemat blokowy korzystnego przykładu wykonania obwodu identyfikacyjnego dla urządzenia 1 pobierającego energię. Mikroprocesor 26 jest poprzez nadbiornik 27 dołączony do przyłącza układu 8 i do przyporządkowanego gniazda 28 urządzenia pobierającego energię. Urządzenie 29 łączności i może ono być przykładowo wyświetlaczem i/lub klawiaturą, poprzez którą użytkownik może łączyć się z obwodem identyfikacyjnym i z układem. Obwód identyfikacyjny może również zawierać połączenia 30 umożliwiające wprowadzanie sygnału, np. z czujnika oraz wyprowadzanie sygnałów, takich jak sygnały alarmowe.

Przykład. Użytkownik aktywuje mikroprocesor w samochodzie poprzez wprowadzenie kodu na klawiaturze w samochodzie. Następnie użytkownik za pomocą kabla łączy gniazdo wejściowe dla energii elektrycznej w samochodzie (a zatem zaktywowany mikroprocesor w samochodzie) z gniazdem dystrybutora energii. Po wykryciu przyłączenia kabla do gniazda, łącznik jest utrzymywany w stanie zamkniętym przez krótki czas, np. 0,5 s. W tym czasie mikroprocesor regulatora wysyła sygnał przez kabel do mikroprocesora w samochodzie i pyta o dane identyfikacyjne samochodu. Dodatkowo w tym czasie mikroprocesor w samochodzie wysyła sygnał zawierający dane identyfikacyjne do mikroprocesora regulatora, który kieruje sygnał do komputera. Komputer porównuje otrzymane dane identyfikacyjne z zapamiętanymi akceptowalnymi danymi identyfikacyjnymi i w razie pozytywnej identyfikacji, jest przesyłany odpowiedni sygnał do mikroprocesora regulatora, który zamyka łącznik i samochód zostąje zasilany energią, i mierzona jest ilość energii zasilającej samochód. Po stwierdzeniu przez użytkownika, że pobór energii ma być zakończony, użytkownik odłącza kabel łączący. Odłączenie kabla jest wykrywane przez regulator, który powoduje otwarcie łącznika. Na zakończenie mikroprocesor regulatora przesyła informację o ilości pobranej energii i odpowiednie dane identyfikacyjne do komputera, który zapamiętuje otrzymaną informację i obciąża kosztami użytkownika według jego danych identyfikacyjnych.

180 513

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób dystrybucji prądu elektrycznego do indywidualnych urządzeń pobierających energię przy sterowaniu za pomocą centralnego komputera, zgodnie z którym urządzenie pobierające energię zasila się prądem elektrycznym po połączeniu tego urządzenia z dystrybutorem energii w układzie dystrybucji, znamienny tym, że sygnał indywidualnej identyfikacji użytkownika wysłany przez mikroprocesor w urządzeniu pobierającym energię z układu dystrybucji prądu elektrycznego identyfikuje się w centralnym komputerze lub regulatorze mającym mikroprocesor i sterującym bieżący stan zasilania, i w razie braku potwierdzenia identyfikacji przerywa się obwód zasilania prądem elektrycznym, a w razie potwierdzenia identyfikacji zamyka się obwód zasilania prądem elektrycznym i zasila się urządzenie pobierające energię z równoczesnym pomiarem poboru energii lub czasu połączenia urządzenia pobierającego energię z dystrybutorem, przy czym przesyłanie danych realizuje się częściowo lub całkowicie z użyciem sygnałów nakładanych na układ dystrybucji.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał identyfikacji z mikroprocesora w urządzeniu pobierającym energię przesyła się do dystrybutora przewodem energetycznym pomiędzy urządzeniem pobierającym energię i dystrybutorem.
3. Układ dystrybucji prądu elektrycznego do indywidualnych urządzeń pobierających energię, zawierający elektryczne przewody do rozprowadzania prądu elektrycznego, szereg dystrybutorów energii elektrycznej z co najmniej jednym gniazdem do zasilania prądem elektrycznym urządzeń pobierających energię, środki do realizacji połączenia urządzeń pobierających energię z łącznikami dystrybutorów energii elektrycznej oraz centralny komputer połączony z poszczególnymi dystrybutorami energii elektrycznej, znamienny tym, że dystrybutory (6) energii elektrycznej zawierają łącznik (13) i regulator (11) z mikroprocesorem (21), przy czym urządzenie (1) pobierające energię zawiera mikroprocesor umożliwiający identyfikację użytkownika, przy czym ten układ ma środki do przesyłania danych z mikroprocesora urządzenia (1) pobierającego energię do centralnego komputera lub mikroprocesora regulatora (11) dla potwierdzenia lub braku potwierdzenia identyfikacji, przy czym w stanie potwierdzenia identyfikacji łącznik (13) jest zamknięty przez regulator (11), a w stanie braku potwierdzenia identyfikacji łącznik (13) jest przezeń otwarty.
4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że dystrybutor (6) energii elektrycznej zawiera licznik energii elektrycznej.
5. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że dystrybutor (6) energii elektrycznej zawiera licznik czasu.
6. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że centralny komputer (10) stanowi szereg komputerów przyłączonych do głównego komputera, przy czym do każdego z komputerów jest przyłączonych szereg regulatorów.
7. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że środki do przesyłania danych stanowią nadbiorniki realizujące połączenie całkowicie lub częściowo przez sygnały nakładane na układ dystrybucji.
8. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że środki do przesyłania danych stanowią środki do przesyłania danych pomiędzy urządzeniem (1) pobierającym energię i dystrybutorem (6), stanowiące łącza realizujące połączenie przez sygnały nakładane na przewód energetyczny pomiędzy urządzeniem (1) pobierającym energię i dystrybutorem (6).

180 513
9. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że mikroprocesor (21) urządzenia (1) pobierającego energię jest umieszczony w adapterze lub w skrzynce przyłączowej.
10. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że dystrybutor energii (6) ma gniazdo (9) zawiera środki zasilające prądem o napięciu niższym niż napięcie nominalne sieci.
11. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że gniazdo (9) zawiera rezystor (18) włączony równolegle do wyjścia (16) oraz pomiarowe wyjście (19), przy czym rezystor (18) ma znacznie większą impedancję od urządzenia (1) pobierającego energię.
12. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że regulator (11) zawiera czujnikowy obwód (14), zawierający łącznik (13) w postaci półprzewodnikowego przekaźnika, włączony pomiędzy wejście (15) i wyjście (16), z tym, że wejście (15) jest stale połączone z napięciem układu.
13. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że regulator zawiera licznik energii elektrycznej lub licznik czasu.

* * *