AT511125A1 - Intelligente einrichtung zum sparen von standby-energie - Google Patents

Abstract

Die intelligente Schalteinrichtung [101] zur Verminderung des Standby-Verbrauches erkennt ohne Bedienung der Einrichtung, ob der Endnutzer das mit einer Standby-Funktion ausgestattete Gerät einschaltet oder im Standby-Betreib halten will. Im Standby-Betrieb wird das Gerät automatisch, durch die Schalteinrichtung [101], vom Netz getrennt. Schaltet der Nutzer das Endgerät [110] ein, wird automatisch, über die Schalteinrichtung [101], das Endgerät [110] mit dem mit dem Netz [100] verbunden. Die Entscheidung für die automatische Ein- und Ausschaltung erfolgt durch die selbstlernende Auswertung und Gewichtung der Sensormessergebnisse [102]. Dabei wird zumindest Strom und Phasenlage des Stromes, kombiniert mit anderen Sensorwerten, beispielsweise einem Infrarot-Fernbedienungserkennungssensor, für die automatisierte Entscheidung herangezogen. Die Entscheidungskriterien werden zu einem Nutzerprofil und einem Geräteprofil zusammen gefasst. Diese werden selbständig und selbstlernend erstellt und laufend aktualisiert. Als konkrete Ausführung kann die intelligente Schalteinrichtung [101] in Schuko-Einbausteckdosen genauso verwendet werden wie in spezifisch ausgeführten Gruppenverteilern usw.

Description

Intelligente Einrichtung zum Sparen von Standbv-Energie:

Die Erfindung beinhaltet eine intelligente, selbstlernende Einrichtung zur automatischen Abschaltung und Wiedereinschaitung von elektrischen Lasten, die im Standby-Betrieb Energie verbrauchen. Der Standby-Verbrauch von Geräten wird dadurch auf einen Bruchteil des normalen Standby-Verbrauches gesenkt.

Es sind verschiedene Einrichtungen bekannt, die ein Abschalten eines im Standby-Zustand befindlichen Gerätes vornehmen können, im einfachsten Fall eine Steckerleiste mit einem eingebauten Schalter.

Alle diese Einrichtungen verlangen jedoch zusätzliche Bedienhandlungen am Standby-Schalter zumindest beim Wiedereinschalten. Das könnte der Grund sein, dass diese Geräte in Haushalten und Betrieben nicht sehr gut angenommen werden.

Die Erfindung zielt darauf ab, Standby-Geräte mit Hilfe einer völlig bedien- und wartungsfreien Einrichtung so zu steuern, dass sie im Standby-Zustand möglichst überhaupt keine Energie verbrauchen und damit einen Beitrag zum Schutze der Umwelt zu leisten.

Dieses Ziel wird durch die Verwendung eines Stromsensors in Kombination mit weiteren Sensoren und einer programmierbaren Einrichtung mit Speicherfunktion erreicht, die einen elektrischen Schalter zwischen Netz und Last (angeschlossenem Endgerät) bedient.

Dadurch ist es für den Nutzer nicht notwendig eine Bedienhandlung vorzunehmen. Die intelligente Einrichtung erkennt automatisch durch ein selbstlernendes Programm, dass der Verbraucher nicht mehr genutzt wird und erkennt ebenso automatisch, dass der Nutzer das Gerät wieder mit dem Netz verbinden will.

Stand der Technik:

In GB 2425225 A wird eine Standby - Spareinrichtung dargestellt, die mit Hilfe eines Licht- und Geräuschsensors die an die Spareinrichtung angeschlossenen Geräte ein-und ausschaltet und damit den Standby- Verbrauch vermindert. Wesentlicher Nachteil dieser Einrichtung ist es, dass diese Sensoren keine zuverlässige Aussage darüber bieten, ob ein angeschlossenes Gerät vom Nutzer verwendet wird oder ob es abgeschaltet werden kann. Beispielsweise wird dieses Gerät bei Tageslicht alle Standby-Geräte immer mit dem Netz verbinden, egal ob der Nutzer diese nun benötigt oder nicht. Auch Lärm durch Verkehr usw. vermindert die Sparleistung. Die Ersparnis vermindert sich dadurch erheblich.

In GB 2443454 A wird eine Standby-Spareinrichtung dargestellt, die aus einem Sender (Transmitter) mit eingebautem Bewegungssensor und einem Empfänger besteht, der das Standby-Gerät abschaltet oder über ein Bedienelement überbrückt. Über den Bewegungssensor im Transmitter wird das Endgerät ausgeschaltet bzw. bei Bewegung in den Standby-Betrieb geschaltet. Diese Lösung arbeitet unzuverlässig, da sie nicht auf die Anforderung des Nutzers reagiert, sondern nur auf Bewegung im • Λ m # ♦ · ♦ » « «··» » · « · · · * · · «* ·» ·♦·· ·♦*» ** *

Raum. Dadurch wird das Einsparungspotential nicht voll genutzt. Bei jeder Bewegung im Raum wird in den Standby-Betrieb geschaltet und Energie ohne Nutzen verbraucht.

In DE 102008016799A1 wird eine automatisierte Standby-Spareinrichtung dargestellt. Die Entscheidung, wann das Endgerät wieder mit dem Netz verbunden wird und damit die Standby-Funktion des Endgerätes wieder aktiviert wird, erfolgt einzig durch die Messung des Stromes in gewissen Intervallen. Diese Methode ist nur bei einfachen Verbrauchern, wie einer sekundär geschalteten Halogenlampe, anwendbar. Bei vielen Standby-Geräten wie bei Ladegeräten, Stereoanlagen, TV-Sets usw. ist diese Methode nicht funktionsfähig, da die Strommessung alleine während einer kurzen Zeit nicht ausreicht, um eine sichere Entscheidung über das Wiedereinschalten zu treffen. Insbesondere bei Stromversorgungen, die ein Schaltnetzteil verwenden, ist diese Methodik oft nicht funktionsfähig und daher für eine breite Anwendung ungeeignet.

Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen den Standby-Strom abzuschalten, ergibt sich bei der vorgelegten Lösung der Vorteil, dass eine zusätzliche Bedienung nicht notwendig ist. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine programmierbare Einrichtung mit Hilfe einer Messeinrichtung und Sensoren eine Entscheidung trifft, ob das angeschlossene Endgerät mit Strom versorgt wird oder vom Netz getrennt wird.

Beschreibung im Detail:

Bezug nehmend auf [Fig. 1] erkennt man folgende Baugruppen: 101 Schalteinrichtung:

Die Schalteinrichtung trennt bzw. verbindet die eingangsseitige elektrische Anschiusseinrichtung (104) mit der ausgangsseitigen elektrischen Anschlusseinrichtung (106). Die elektrische Verbindung wird über ein Schaltelement, das beispielsweise ein TRIAC, ein IGBT, ein MOSFET, ein Relais usw. sein kann, hergestellt. Insbesondere ist die Schalteinrichtung so beschaffen, dass diese auch kurze, impulsartige Testeinschaltungen des Verbrauchers vornehmen kann. (104) Eingangsseitige elektrische Anschlusseinrichtung:

Die elektrische Anschlusseinrichtung verbindet die Netzspannung in allen Varianten mit der intelligenten Einrichtung. Diese kann aus Klemmen aller Art genauso wie aus Steckverbindungen aller Art oder anderen Verbindungsarten bestehen. (106) Ausgangseitige elektrische Anschlusseinrichtung:

Die ausgangsseitige elektrische Anschlusseinrichtung verbindet die von der Schalteinrichtung durchgeschaltete Netzspannung in allen Varianten mit dem Verbraucher. Diese kann aus Klemmen aller Art genauso wie aus Steckverbindungen aller Art oder anderen Verbindungsarten bestehen. (102) Messeinrichtung:

Die Messeinrichtung erfasst alle relevanten Sensorwerte, die für die Entscheidungsfindung in der programmierbaren Einheit Verwendung finden. Dabei können die Uhrzeit, das Vorhandensein von IR Signalen, die Bewegung im Raum, der Strom über die Schalteinrichtung, die Phasenverschiebung zwischen Strom und 2

Spannung über die Schalteinrichtung, die Helligkeit, der Geräuschpegel usw. erfasst werden. Die Sensorerfassung geschieht in stromsparender Weise. (103) programmierbare Einrichtung:

Alle Sensorwerte werden von dieser Einrichtung erfasst, gewichtet und führen zur Entscheidung, ob die eingangsseitige Anschlusseinrichtung (104) mit der ausgangsseitigen Anschlusseinrichtung (106) über die Schalteinrichtung (101) verbunden wird.

Spezielle Vorteile ergeben sich, wenn man verschiedene Varianten der Erfindung einsetzt. Die Messung des Stromverlaufes über der Zeit [Fig. 3] nach Phase und Amplitude hat Vorteile gegenüber einer punktuellen Strommessung, da aus der Phasenlage zur Spannung auf die Eigenschaften der Last geschlossen werden kann und demnach die Einschaltkriterien festgelegt werden können. Beispielsweise ist bei einer induktiven Last nur ein langsames Ansteigen des Stromes messbar, welches übersehen werden könnte.

Schaltnetzteile stellen noch kompliziertere Lasten dar, die ebenfalls durch einen charakteristischen zeitlichen Verlauf des Stromes gekennzeichnet sind. Für das Einschalten ist eine aus dem Spitzenwert des Kurzzeitstromes ermittelte Größe zuständig, für das Ausschalten hingegen ist ein Wert nahe dem geringsten gemittelten Stromwert passend.

Zur Messung des Stromes mit gleichbleibender relativer Auflösung über den ganzen Strombereich kann ein nichtlineares Bauteil verwendet werden, die Ströme liegen bei wenigen mA im Standby-Betrieb und bis zu einigen Ampere im Normalbetrieb. Ein sonst zur Strommessung üblicher Shunt würde zu große Verluste verursachen und wieder viel Energie verschwenden.

Beim ersten Einschalten der intelligenten Steckdose geht die Steckdose in die Betriebsart „LERNEN" und misst alle relevanten Sensorwerte. [Fig. 2]

Die Betriebsart LERNEN dient dazu, das angeschlossene Gerät und seine Eigenschaften vorab kennenzulernen und einzuordnen, um welches Gerät es sich handelt. Beispielsweise werden ein Steckernetzteil und eine infrarotgesteuerte Audioanlage ganz unterschiedlich behandelt, bei letzterer sind überhaupt keine Strommessimpulse nötig und es kann daher noch mehr Energie gespart werden.

Nach der LERNEN-Zeit geht die intelligente Steckdose in die Betriebsart „SPAREN" und verharrt in dieser, bis die Sensorwerte erkennen lassen, dass der Nutzer das angeschlossene Gerät einschaltet, worauf die Betriebsart „EIN" aktiv wird.

Zeigen die Sensorwerte, dass der Nutzer das angeschlossene Gerät in den Standby-Betrieb geschaltet hat, erkennen dies die Sensoren und schalten in den Betrieb „SPAREN". Jede Einschaltung und Ausschaltung geht über die Betriebsart „LERNEN". [Fig. 2]

Die Verwendung von Profilen bringt nicht nur programmiertechnische Vorteile sondern erlaubt es auch, verschiedene Gerätetypen besser zu identifizieren.

Das Geräteprofil wird für das individuelle Endgerät automatisch erstellt und enthält alle wesentlichen Sensorinformationen, mindesten Mittelwert und Phasenlage des Standby-Stromes sowie Spitzenwert und Phaseniage des Kurzzeiteinschaltstomes im Standby-Betrieb, weiter kann das Profil Sensorwerte wie Infraroterkennung, Funkerkennung usw., enthalten und aus den immer wieder aktualisierten Profilwerten errechnet die programmierbare Einrichtung die Schwellwerte, welche für ♦ · die Umschaltung in die Betriebsart „EIN" sowie in die Betriebsart „SPAREN", benötigt werden.

Das Nutzerprofil ist dadurch gekennzeichnet, dass neben Geräusch, Bewegungs-, Licht- und anderen sensorisch erfassbaren Größen, mindestens die Uhrzeiten, der Aktivierungen des Endgerätes durch den oder die Nutzer gespeichert und laufend aktualisiert wird sowie, dass, ermittelt aus diesen Werten, bei hoher Wahrscheinlichkeit einer Nutzeranforderung das Endgerät rechtzeitig in die Betriebsart „EIN" geschaltet wird, sodass beispielsweise bei einer modernen Kaffeemaschine diese aufgrund des bekannten Nutzerprofils so zeitgerecht mit dem Netz verbunden wird, dass der Endnutzer mit hoher Wahrscheinlichkeit die Wartezeit für das Vorwärmen der Kaffeemaschine nicht abwarten muss, da die Kaffeemaschine zeitgerecht in den Standby-Betrieb geschaltet wurde.

Um den erfolgreichen Einsatz dieser Erfindung zu verdeutlichen, kann die eingesparte Energie auf anschauliche Weise visualisiert werden, da alle Messgrößen, wie Zeit, Strom, Spannung bereits vorhanden sind. Auch bekannte Schutzeinrichtungen, wie ein Überspannungsschutz, könnten in diese Einrichtung eingebaut werden.

Die technische Ausführung der Erfindung kann auf vielerlei Art erfolgen: die intelligente Einrichtung kann direkt in ein Endgerät integriert werden, sie kann in einer Schuko-Wandsteckdose [Fig. 4] genauso verbaut werden wie in einem Zwischenstecker [Fig. 5], oder in Mehrfachsteckdosen [Fig. 6], wo darüber hinaus auch noch Master-Slave-Funktionen oder komplexere Entscheidungsstrukturen implementiert werden können, ja selbst in Sicherungskästen oder ähnlichem kann die intelligente Einrichtung zum Sparen von Standby-Energie verbaut werden. 4 « « «««* * · « * FIG1: FUNKTIONSÜBERSICHT 100: Netz 101: Schalteinrichtung zum automatischen Ein- und Ausschalten elektrischer Lasten 102: Messeinrichtung zur Erfassung von Sensorgrößen, die als Entscheidungskriterium zur automatischen Ein- und Ausschaltung herangezogen werden. 103: Intelligente, programmierbare Einrichtung, die aus den erfassten

Sensorgrößen mit selbstlernenden Algorithmen die Schalteinrichtung ansteuert 104: Eingangsseitige Anschlusseinrichtung an das elektrische Netz 105: Interne Stromversorgung (energiesparende Ausführung) 106: Ausgangsseitige Anschlusseinrichtung für elektrische Lasten 110: Endgerät 8 • FIG 2: Geeignete Variante des Zustandsdiagramms:

Erläuterungen zu FIG 2: 200: Betriebszustand EIN 201: I>ISW 202: EIN 203: Warten 204: tctw Geeignete Wartezeit wird abgeartet 205: Geräteprofil und Nutzerprofil ergänzen

210: SPAREN 211: Nutzerprofil ergänzen 212: Geräteprofil ergänzen 213: TEST 214: AUS 220: LERNEN 221: Reset 222: 1=0 223: Warten 224: Geräteprofil I, Standby-MW, Ausschaltschweile 225: Geräteprofil II, Standby-Spitzenwert, Einschaltschwelle

Nach dem Anstecken der intelligenten Einrichtung wird gewartet, bis ein Endgerät angeschlossen ist. Das Gerät ist im Standby Betrieb angeschlossen.

Geräteprofil I (224): Die Ausschaltschweile und Ausschaltphasenlage wird ermittelt. Sie werden ausreichend höher festgelegt als der Standby-Mittelwert. Alle zusätzlichen Sensorwerte, wie IR Gerät usw. werden erfasst.

Geräteprofil (225): Die Standby-Testimpufswerte werden ermittelt Dabei werden die Sensorwerte sowie Phasenlage und Spitzenstrom beim Testbetrieb (impulsartige Testeinschaltungen des Standby-Gerätes) ermittelt und gespeichert.

Nutzerprofil: Im Nutzerprofil werden alle Zeiten und Sensorwerte gespeichert, zu welchen der Nutzer das Gerät regelmäßig einschaltet. Aus dieser Funktion wird bei einer hohen Wahrscheinlichkeit, der Anforderung durch den Nutzer, das Gerät, in den Standby-Betrieb geschaltet. Erfolgt keine Anforderung in angemessener Zeit, wird wieder in den Betrieb „Sparen" geschaltet und das Nutzerprofil aktualisiert. tw Wartezeit: Erfolgt eine Einschaltung durch das Nutzerprofil oder das Geräteprofil wird eine geeignete Zeit gewartet, bis der EIN-Zustand (Verbindung von Netz und Last über die Schalteinrichtung) überprüft wird. Sind die Standby-Sensorwerte überschritten, bleibt die Verbindung erhalten, werden diese unterschritten wird auf die Betriebsart „SPAREN" geschaltet. io *·«« *·*| FIG 3: Beschreibung:

Es werden die Impulse im Testbetrieb dargestellt, dabei erfolgt die Messung des Standby-Spitzenstroms (Kurzzeiteinschaltstrom) und seiner Phasenlage (Phasenverschiebung) zur Spannung. 301: Testimpuls in geeigneter Länge und geeigneten Abständen 310: Spannung 311: Strom 312: Phasenverschiebung 12 FIG 4: Geeignete Form für eine intelligente Einbausteckdose: 401: Intelligente Einrichtung 402: Schutzkontakt - Steckdose FIG 5: Geeignete Form für einen intelligenten Zwischenstecker: 501: Intelligente Einrichtung 502: Zwischenstecker FIG 6: Geeignete Form für einen intelligenten Gruppenverteiler: 601: Bereich mit direkter Netzverbindung 602: Bereich mit zumindest einer Master Steckdose, welche von der intelligenten Einrichtung gesteuert wird und zumindest einer Slave Steckdose, die von der Mastersteckdose gesteuert wird. 603: Intelligente Einrichtung 16

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Intelligentes Schaltgerät zur Verringerung des Stromverbrauches von elektrischen Geräten im Standby-Zustand [Fig. 1], dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare, selbstlernende Einrichtung [103] mit Hilfe einer Messeinrichtung [102], die zumindest mit Hilfe eines Stromsensors, der die elektrischen Parameter des angeschlossenen Endgerätes prüft, die Sensorsignale erfasst, auswertet, gewichtet und durch die geeignete Kombination der Signale die Entscheidung ableitet, ob das angeschlossene Endgerät über eine Schalteinrichtung [101] mit dem Netz verbunden wird oder in einem Energiesparbetreib gehalten wird, wobei die Umschaltung in beide Richtungen vollautomatisch und so erfolgt, dass der Endnutzer keine zusätzliche Bedienhandlung setzen muss.
2. 2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Parameter des angeschlossenen Endgerätes mindestens durch Messung von Mittelwert und Phasenlage des Standby-Stromes [Fig. 3] sowie Messung von Spitzenwert und Phasenlage des Kurzzeiteinschaltstomes im Standby-Betrieb festgestellt werden.
3. 3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom durch eine nicht lineare Umsetzung in eine Messspannung gemessen wird, z. Bsp. durch den Spannungsabfall an einer Diode.
4. 4. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen und weitere Parameter des angeschlossenen Endgerätes, z.B. die Anlaufzeit des angeschlossenen Endgerätes, die Infrarotsteuerbarkeit oder andere geeignete Sensorwerte, zu einem Geräteprofil zusammen gefasst werden, in einem Speicher abgelegt werden und zur Schaltentscheidung mit herangezogen werden.
5. 5. Schaitgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Mal bei der Inbetriebnahme des Schaltgerätes die Betriebsart LERNEN [Fig. 2, 220] durchlaufen wird, in der das im Standby-Betrieb befindliche angeschlossene Endgerät mittels der Schalteinrichtung [101] automatisch mit Strom versorgt wird und während dieser Zeit mit Hilfe der Messeinrichtung [102] Messwerte für das angeschlossene Endgerät zur späteren Verwendung ermittelt und gespeichert werden.
6. 6. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der eingesparten elektrische Leistung laufend gemessen, summiert, in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt und bei Bedarf ausgelesen oder angezeigt werden kann.
7. 7. Schaltgerät nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Geräteeigenschaften oder auch ausschließlich die Gewohnheiten des oder der Benutzer, insbesondere das tageszeitliche und wochentagsabhängige Verhalten des Nutzers, analysiert [Fig. 2, 211, 224, 225] und als Nutzerprofil • · • * ψ · · gespeichert werden und als Kriterium zur Einschaltung des angeschlossenen Endgerätes Verwendung finden.
8. 8. Schaltgerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest eine ausgangsseitige Anschlusseinrichtungen [106] und demnach auch zumindest eine Messeinrichtungen [102] in einem Gehäuse befinden [Fig. 6] und die Entscheidung, ob die angeschlossenen Endgeräte in der Betriebsart „EIN" mittels der zugehörigen Schalteinrichtungen [101] mit Strom versorgt werden oder in der Betriebsart „SPAREN" vom Netz getrennt werden, z.B. abhängig von einer Schalterstellung entweder aus dem Ergebnis einer einzelnen Messeinrichtung [102] im Master-Slave-Betrieb oder aus der intelligenten Kombination der Ergebnisse mehrerer Messeinrichtungen und der Geräteprofile der einzelnen, angeschlossenen Endgeräte und fallweise des Nutzerprofils berechnet wird.
9. 9. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die intelligente Einrichtung kein eigenes Gehäuse [Fig. 4, 5, 6] besitzt, sondern innerhalb bzw. direkt am oder in der Zuleitung oder den Steckverbindern des Standby-Gerätes befindet oder in einer Wandsteckdose [Fig. 4] eingebaut wird 6