Haushaltsgerätes Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungsbestimmung eines Haushaltgerätes.

Die Anwendung intelligenter Stromnetze (auch als Smart Grids bezeichnet) umfasst die kommunikative Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, Speichern, elektrischen Verbrauchern und Netzbetriebsmitteln in Energieübertragungs- und

Energieverteilungsnetzen der Elektrizitätsversorgung, wodurch eine Optimierung und Überwachung der miteinander verbundenen Bestandteile erreicht wird. Ziel ist die Sicherstellung der Energieversorgung auf Basis eines effizienten und zuverlässigen Systembetriebs.

Eine Anforderung an Haushaltsgeräte beim Einsatz von Smart Grids ist es, die vom Hausgerät jeweils aktuell aufgenommene Leistung bzw. deren entsprechende Historie zur Weiterverarbeitung, beispielsweise im Rahmen von Energiemanagementsystemen, zur Verfügung zu stellen.

Bei aktuell bekannten Verfahren kann die Leistungsmessung durch eine Strom- und Spannungsmessung mit anschließender Weiterverarbeitung bzw. digitaler Auswertung erfolgen. Hierbei ist es jedoch von Nachteil, dass eine kostspielige Messhardware im elektrischen Hauptanschlusspfad der Elektronik erforderlich ist. Der Strom kann beispielsweise mittels eines Nebenschluss-Widerstands (auch als Shunt bezeichnet) oder mittels eines Magnetfeldsensors, die Spannung über einen Widerstandsteiler gemessen werden. Befindet sich die Elektronik nicht auf dem Potenzial der Netzspannung, so ist zusätzlich eine galvanische Trennung in Richtung Messtechnik erforderlich. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Leistungsbestimmung eines Haushaltgerätes anzugeben, welche mit konstruktivem sowie wirtschaftlich geringem Aufwand auskommt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Leistungsbestimmung eines

Haushaltsgerätes vorgeschlagen, bei dem die Leistung des Haushaltsgerätes mittels mindestens einer vorab gespeicherten Information ermittelt wird.

Die vorgeschlagene Leistungsbestimmung entspricht somit einer Art Schätzung basierend auf vorbestimmten und gespeicherten Informationen und hat den Vorteil, dass auf den Einsatz einer aufwändigen Messanordnung verzichtet und somit der konstruktive und damit wirtschaftliche Aufwand gering gehalten werden kann.

Eine Weiterbildung ist es, dass anhand der vorab gespeicherten Information eine Leistung mindestens eines Verbrauchers des Haushaltsgeräts bestimmbar ist. Durch die

Leistungsbestimmung eines oder mehrerer Verbraucher eines Haushaltgerätes wird die Realisierung besonders energieeffizienter Systeme ermöglicht.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Leistung des mindestens einen Verbrauchers über ein Zeitintervall bestimmt wird. Insbesondere kann die Leistung für mehrere

Verbraucher über das Zeitintervall bestimmt und kumuliert werden. Des Weiteren ist es eine Weiterbildung, dass die Leistung über das Zeitintervall mittels einer Verarbeitungseinheit des Haushaltsgeräts bestimmt wird, wobei die

Verarbeitungseinheit den mindestens einen Verbraucher mittels eines Aktivierungssignals ansteuert und die Dauer der Aktivierung und ein damit verbundener Energieverbrauch von der Verarbeitungseinheit mittels der vorab gespeicherten Information bestimmt wird.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass das Aktivierungssignal einem Betriebsmodus des zumindest einen Verbrauchers entspricht.

Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Leistung mittels einer von dem mindestens einen Verbraucher bereitgestellten oder bereitstellbaren Größe bestimmt wird.

Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist die von dem mindestens einen

Verbraucher bereitgestellte Größe mindestens

- eine Messgröße,

- eine Stellgröße.

Die Messgröße bzw. Stellgröße kann z.B. eine Drehzahl eines Motors oder eine

Schaltfrequenz sein.

Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass die vorab gespeicherte Information mindestens eine der folgenden Informationen umfasst:

- eine Leistung pro Zeit oder pro Schaltvorgang,

- einen Strom pro Zeit oder pro Schaltvorgang,

- eine Leistung oder einen Strom in Abhängigkeit von einer Stellgröße oder einer Messgröße, - einen Widerstand,

- eine Kennlinie oder ein Kennlinienfeld.

Eine Ausgestaltung ist es, dass die vorab gespeicherte Information eine Netzspannung umfasst.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorab gespeicherte Information auf

vorgegebene Netzspannung normiert ist.

Beispielsweise kann die normierte Netzspannung ein vorgegebener Wert, z.B. 230 V oder 1 V sein, auf den die gespeicherten Informationen bezogen sind. Damit ist als

Netzspannung eine einheitliche Bezugsgröße vorgegeben, anhand derer, z.B. mittels des Energiemanagers (s.u.), eine durchgängige und einheitliche Korrektur der Leistung erfolgen kann.

Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die ermittelte Leistung oder eine über einen Zeitraum ermittelte Leistung an einen Energiemanager übermittelt wird. Der Energiemanager kann sowohl Bestandteil des Haushaltgerätes als auch extern angeordnet sein.

Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass von dem Energiemanager die übermittelte Leistung oder die über einen Zeitraum ermittelte Leistung anhand einer ermittelten Netzspannung korrigiert wird.

Beispielsweise verfügt der Energiemanager hierzu über eine Messvorrichtung der lokalen Netzspannung oder erhält eine Information, anhand derer die Netzspannung bestimmt werden kann, z.B. von einem Energielieferanten oder von einem anderen Gerät des Haushalts, beispielsweise einem Smart Meter.

Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die vorab gespeicherte Information vor einer Erstinbetriebnahme durch einen Kunden bestimmt und in dem Haushaltsgerät gespeichert wurde.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorab gespeicherte Information in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter bereitgestellt wird:

- einem Betriebsalter des Haushaltsgeräts,

- einem Betriebsalter eines Verbrauchers,

- einer Temperatur des Verbrauchers,

- einer Temperatur der Umgebung,

- einer Feuchtigkeit.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur

Leistungsbestimmung eines Haushaltsgerätes (100) mit einer Verarbeitungseinheit, die derart ausgestaltet ist, dass die Leistung des Haushaltsgerätes (100) mittels einer vorab gespeicherten Information ermittelt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellt und erläutert.

Es zeigt: Fig.1 schematisch ein Haushaltsgerät (z.B. eine Waschmaschine) mit mehreren darin angeordneten Verbrauchern.

Fig.1 zeigt als Haushaltsgerät 100 beispielhaft eine Waschmaschine, die beispielsweise vier Verbraucher 101 bis 104 umfasst. Der erste Verbraucher 101 ist ein Heizkörper, der zweite Verbraucher 102 ein Motor für eine Waschtrommel. Der dritte Verbraucher 103 stellt eine Laugenpumpe dar und der vierte Verbraucher 104 eine Anzeigeeinheit der Waschmaschine. Alle Verbraucher 101 bis 104 sind über Datenverbindungen 120 bis 123 (welche alternativ auch als ein Bussystem ausgestaltet sein können) mit einer in der Waschmaschine 100 angeordneten Verarbeitungseinheit 106 verbunden, an die über eine Datenverbindung 124 eine Speichereinheit 108 angeschlossen ist. Alternativ kann die Speichereinheit 108 Bestandteil der Verarbeitungseinheit 106 sein. Die

Verarbeitungseinheit 106 ist über eine Datenverbindung 125 mit einer Steuereinrichtung 1 10 verbunden, die in diesem Ausführungsbeispiel als ein Energiemanager ausgestaltet ist.

Entsprechend kann es sich bei dem Haushaltsgerät 100 auch um einen Herd handeln, der mehrere Heizkreise in Form resistiver Lasten, einen Motor als induktive Last und eine Anzeigeeinheit als Verbraucher aufweist. Die Leistung des Herds ist beispielsweise abhängig von einem vorgewählten Betriebsmodus.

Der Heizkörper 101 stellt eine resistive Last dar, bei der sich die aufgenommene Leistung P-101 aus dem Quadrat der anliegenden Spannung U dividiert durch den Widerstand R der Last berechnet gemäß:

(1 ) Basierend auf dieser Beziehung (1 ) wird eine normierte Leistung Pioi norm berechnet, die eine vorgegebene normierte Netzspannung U _n orm berücksichtigt:

U norm ² (

R

Vorzugsweise sind der Widerstand R und die normierte Spannung U _n0 rm als vorab gespeicherte Informationen in der Speichereinheit 108 abgelegt. Gegebenenfalls kann z.B. die normierte Spannung U _n0 rm auch als ein globaler Parameter abgelegt sein und muss nicht in der Speichereinheit gespeichert werden.

Der Energiemanager 1 10 führt eine Korrektur mit der tatsächlichen bzw. ermittelten Netzspannung U _rea i durch. Es ergibt sich eine auf der Netzspannung U _rea i basierende Leistung Pi ₀ i _re ai gemäß

p u norm ² u real ²

rW\real ~ _D ^' _{T T} 2 V°

Es kann auf beliebige Spannungen normiert werden; vorzugsweise auf die im

Betriebsland spezifizierte Netzspannung (USA 120 V, China 220 V, Deutschland 230 V, Australien 240 V) oder z.B. auch auf eine Spannung von 1 V.

Die Spannung sowie der Widerstandswert R können z.B. in der Speichereinheit 108 gespeichert werden. Diese und andere verbraucherspezifischen Informationen können beispielsweise vor einer Kunden-Erstinbetriebnahme der Waschmaschine 100 ermittelt und gespeichert werden.

Der Motor der Waschtrommel 102 stellt eine induktive Last dar, bei der eine lineare Abhängigkeit der aufgenommenen Leistung P ₁₀ 2 von einer Stellgröße angenommen wird, in diesem Fall einer Drehzahl d. Die aufgenommene Leistung berechnet sich somit wie folgt und ist vorzugsweise auf die in der Verarbeitungseinheit oder Speichereinheit abgelegte normierte Spannung U _n0 rm bezogen:

^102 ^— ^ max@i7„ , W-

Die Leistung P _m ax@unorm stellt dabei eine maximale Leistungsaufnahme und d _ma x entsprechend eine maximale Drehzahl des Motors unter Verwendung der normierten Spannung U _n orm dar. Sowohl der Wert der maximalen Leistungsaufnahme P _m ax@unorm als auch der Wert der maximalen Drehzahl d _ma x sind als verbraucherspezifische

Informationen P(max@unorm)io2 D _(max)1 o2 in der Speichereinheit 108 gespeichert.

Für die Bestimmung beispielsweise der durch den Motor 102 aktuell aufgenommenen Leistung P ₁₀ 2 kann in einem ersten Schritt die aktuelle Drehzahl des Motors d in Form eines Informationssignals 301 vom Motor über die Datenverbindung 121 an die

Verarbeitungseinheit 106 übermittelt werden. In einem zweiten Schritt werden die für den Motor 102 entsprechend in der Speichereinheit 108 gespeicherten

verbraucherspezifischen Informationen P(max@unorm)io2, D _(max)1 o2 in Form eines

Informationssignals 314 über die Datenverbindung 124 an die Verarbeitungseinheit 106 weitergeleitet. Anschließend wird in einem dritten Schritt durch die Verarbeitungseinheit 106 die aktuell aufgenommene Leistung P ₁₀ 2 mit Hilfe der übermittelten

verbraucherspezifischen Informationen P(max@unorm)io2, D(max)io2 sowie der Drehzahl anhand der oben bereits erläuterten Beziehung (4) bestimmt. Die Drehzahl kann auch eine Stellgröße sein, die abhängig von einer Einstellung bekannt ist und zur Leistungsbestimmung mittels in der Speichereinheit abgelegter Werte berücksichtigt werden kann. Optional kann die Drehzahl, wie vorstehend ausgeführt wurde, z.B. von dem Motor 102 mitgeteilt oder von der Verarbeitungseinheit 106 gemessen werden.

Gemäß oben beschriebener Ausgestaltungsform sind die verbraucherspeifischen Informationen z.B. tabellarisch in Form einer Wertetabelle in der Speichereinheit 108 gespeichert. Alternativ können die verbraucherspezifischen Informationen als funktionale Beziehung für den jeweiligen Verbraucher 101 bis 104 in der Speichereinheit 108 hinterlegt sein. So stellt die für den Motor 102 gültige Beziehung

¹ P 102 = ¹ P m

eine Funktion P(d) der Leistung in Abhängigkeit der Drehzahl d dar, die wie folgt angegeben werden kann:

P(d) = - d

mit a = ^■ max

d max Somit kann diese Funktion bzw. funktionale Abhängigkeit anstelle der

verbraucherspezifischen Informationen P ₍ max)io2, D _(max)1 o2 in der Speichereinheit 108 hinterlegt sein. Insofern kann sich die Konstante α auch auf die normierte Spannung beziehen.

Beispielsweise werden die in der Waschmaschine 100 angeordneten Verbraucher 101 bis 104 über von der Verarbeitungseinheit 106 generierte Aktivierungssignale 310 bis 313 angesteuert, d.h. z.B. in einen bestimmten Betriebsmodus geschaltet. Somit sind der Verarbeitungseinheit 106 die Zeitintervalle bekannt, in denen die jeweiligen Verbraucher 101 bis 104 in einen bestimmten Betriebsmodus geschaltet sind, beispielsweise aktiviert bzw. deaktiviert sind.

Abhängig von den Betriebsmodi können Leistungen unterschiedlicher Verbraucher, auch einer Anzeigeeinheit 104 (Leistung für ein ein- oder ausgeschaltetes Display), mindestens eines Rechners (u.a. eine Standby-Leistung) o.ä. abgespeichert sein.

Die Leistungsaufnahme der Elektronik bzw. der einzelnen Module wird je nach

Betriebsmodus in der Speichereinheit 108 abgespeichert und bei der Bestimmung der Leistung bzw. der Energie entsprechend genutzt.

So wird beispielsweise der Heizkörper 101 in einem erstem Schritt mit einem durch die Verarbeitungseinheit 106 generierten Aktivierungssignal 310 aktiv geschaltet. In einem zweiten Schritt werden die für den Heizkörper 101 entsprechend in der Speichereinheit 108 gespeicherten verbraucherspezifischen Informationen U ₁₀ i , R101 in Form eines Informationssignals 315 über die Datenverbindung 124 an die Verarbeitungseinheit 106 weitergeleitet. Anschließend wird in einem dritten Schritt durch die Verarbeitungseinheit 106 die normierte aktuell aufgenommene Leistung P ₁₀ i mit Hilfe der übermittelten verbraucherspezifischen Informationen U 101 , R101 anhand der obigen Beziehung (2) bestimmt. Die durch die Laugenpumpe 103 aufgenommene Leistung P ₁₀ 3 berechnet sich in ähnlicher Weise wie für den Motor 102 anhand der Beziehung (4).

In der Verarbeitungseinheit 106 kann für jeden der Verbraucher 101 bis 104 sowohl die Leistung P ₁₀ i bis P ₁₀₄ als auch die über ein bestimmtes Zeitintervall summierte Leistung (Energieaufnahme) bestimmt werden.

Die durch die Waschmaschine 100 insgesamt aufgenommen Leistung P _ges ergibt sich aus der Summe der jeweils pro Verbraucher aufgenommenen Leistungen P ₁₀ i bis Pi ₀₄

Die durch die Verbraucher 101 bis 104 aufgenommene elektrische Energie E _ges ergibt sich z.B. als Integral der einzelnen Beträge der Leistungen P ₁₀ i bis Pi ₀₄ über die Zeit.

Beispielsweise kann die Energie E _ges über die Zeitdauer t mit den Zeitabschnitten t-ι bis t _n angegeben werden als:

Eges - PGes@t1 * ti + PGes@t2 * ^-2 ^{+ ■■■ +} PGes@tn * tv

Vorzugsweise wird die von der Verarbeitungseinheit 106 ermittelte gesamte

Leistungsaufnahme P _ges sowie die gesamte aufgenommene elektrische Energie E _ges über die Datenverbindung 125 an den Energiemanager 1 10 weitergeleitet. Mit Hilfe dieser übermittelten Größen P _ges , E _ges kann durch den Energiemanager 1 10 die Waschmaschine 100 besonders energie- und ressourcenschonend ausgesteuert werden.

Der Energiemanager 1 10 berechnet dann die tatsächlich aufgenommene Leistung gemäß: p p _^ u rreeaall b W E E U r,eal

real Ges _ norm _{J T} 2 ' real Ges _ norm _{T J} 2

norm norm

Hierbei sei angemerkt, dass die "tatsächlich aufgenommene Leistung" insbesondere derjenigen Leistung entspricht, die mittels der normierten Netzspannung U _n orm gemäß den vorstehenden Ausführungen bestimmt und anhand der ermittelten (z.B. gemessenen) Netzspannung U _re ai korrigiert wird.

Somit kann mittels des Energiemanagers eine Korrektur bzw. Kompensation der Leistung oder Energie durchgeführt werden. Vorteilhaft kann der Energiemanager für mehrere Verarbeitungseinheiten, z.B. Haushaltsgeräte oder Komponenten von Haushaltsgeräten, eingesetzt werden. Somit kann vorteilhaft die Ermittlung der Netzspannung U _re ai zentral an einer Stelle für mehrere Verarbeitungseinheiten durchgeführt werden.

Beispielsweise kann eine Fertigungstoleranz des Widerstands durch die

Verarbeitungseinheit korrigiert werden. Gemäß der Norm IEC60335 darf die

Widerstandstoleranz bei Heizkörpern maximal 10% bis 15% betragen. Dieser Fehler wird durch Messungen der Heiß- oder Kaltwiderstände der einzelnen Verbraucher bei der abschließenden Fertigungsendprüfung behoben; vorzugsweise kann genau dieser Widerstandswert der Lasten in der Speichereinheit 108 abgespeichert werden.

Weiterhin kann eine Alterung eines Widerstands mittels der Verarbeitungseinheit korrigiert werden. Beispielsweise ist eine Änderung des Widerstandwertes pro Betriebsstunde bekannt und kann in der Speichereinheit abgelegt werden. Mit diesem Wert kann die Verarbeitungseinheit den aktuellen Widerstandswert des Verbrauchers korrigieren. Die Alterung des Widerstands verursacht einen Fehler in der Höhe von etwa 1 % pro 1000 Betriebsstunden. Ein solcher Fehler kann z.B. anhand eines Betriebsstundenzählers in der Verarbeitungseinheit 106 reduziert oder kompensiert werden.

Die Spannungsschwankung im Versorgungsnetz kann durch die Normierung der

Spannung im Energiemanager korrigiert werden. In Deutschland ist das Versorgungsnetz auf eine Spannung von 230V±10% spezifiziert, was bei der Leistungsberechnung zu einem Fehler von -19% bzw. +21 % führen kann. Dieser Fehler kann reduziert bzw.

zumindest teilweise kompensiert werden, indem die Leistung als auch die Energie auf den entsprechenden Landeswert normiert ausgegeben wird. Da der Energiemanager 1 10 üblicherweise Kenntnis über den tatsächlichen Verlauf der am Haushalt anliegenden Spannung hat, können durch diesen aus der normierten Leistungs- oder

Energieaufnahme die realen Werte abgeleitet werden.

Nichtlinearitäten bei induktiven oder kapazitiven Lasten können in der

Verarbeitungseinheit korrigiert werden. Dieser Fehler kann durch ein Kennlinienfeld, welches ebenfalls bei der Fertigungsendprüfung aufgenommen wird und z.B. der

Verarbeitungseinheit 106 über die Speichereinheit 108 zugänglich gemacht wird, reduziert oder kompensiert werden.

Bezuqszeichenliste

100 Waschmaschine

101 bis 104 Verbraucher

106 Verarbeitungseinheit

108 Speichereinheit

1 10 Steuereinrichtung / Energiemanager

120 bis 125 Datenverbindung

301 Informationssignal

314, 315 Informationssignal

310 bis 313 Aktivierungssignale