DE102012224015A1

DE102012224015A1 - Wasserführendes Haushaltsgerät mit einem elektrischen Energiespeicher, System und Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgeräts

Info

Publication number: DE102012224015A1
Application number: DE201210224015
Authority: DE
Inventors: Marcello Cabaleiro Martins; Uwe Dey; Andreas Kolbe
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein wasserführendes Haushaltsgerät (2) mit zumindest einem elektrischen Verbraucher (4), mit einer elektronischen Steuereinrichtung (3) zum Steuern von Betriebsprozessen des Haushaltsgeräts (2) unter Abgabe von Steuersignalen an den zumindest einen elektrischen Verbraucher (4), mit einem elektrischen Energiespeicher (7) zur Speicherung von elektrischer Energie für den elektrischen Verbraucher (4), wobei zum Aufladen des Energiespeichers (7) mit elektrischer Energie der Energiespeicher (7) mit einer elektrischen Anschlusseinrichtung (10) des Haushaltsgeräts (2) elektrisch koppelbar ist, und mit einer Kommunikationseinrichtung (5) zur Kommunikation mit einer geräteexternen Einheit (20, 21, 22) und zum Steuern von Ladevorgängen des Energiespeichers (7) über die Anschlusseinrichtung (10) in Abhängigkeit von geräteexternen Informationen. Das Haushaltsgerät (2) umfasst einen Wasserspeicher (16) sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung (19), welche zum Übertragen von während eines Ladevorgangs und/oder eines Entladevorgangs des elektrischen Energiespeichers (7) erzeugter Abwärme auf den Warmwasserspeicher (16) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein wasserführendes Haushaltsgerät mit zumindest einem elektrischen Verbraucher, mit einer elektronischen Steuereinrichtung zum Steuern von Betriebsprozessen des Haushaltsgeräts unter Abgabe von Steuersignalen an den zumindest einen elektrischen Verbraucher, mit einem elektrischen Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie für den elektrischen Verbraucher, wobei zum Aufladen des Energiespeichers mit elektrischer Energie selbiger Speicher mit einer elektrischen Anschlusseinrichtung des Haushaltsgeräts elektrisch koppelbar ist, und mit einer Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit einer geräteexternen Einheit und zum Steuern von Ladevorgängen des Energiespeichers über die Anschlusseinrichtung in Abhängigkeit von geräteexternen Informationen. Die Erfindung betrifft außerdem ein System mit einem solchen Haushaltsgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Haushaltsgeräts.
Energiemanagementsysteme zur Verwaltung von elektrischer Energie in einem Haushalt sind bereits Stand der Technik. Es ist bereits bekannt, Haushaltsgeräte in Abhängigkeit von den momentanen Energiepreisen und/oder abhängig von der Erzeugungsart der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie zu steuern. Beispielsweise werden Haushaltsgeräte zu Zeiten eingeschaltet und betrieben, zu denen der Preis für elektrische Energie vergleichsweise gering ist und/oder elektrische Energie einer ganz bestimmten Erzeugungsart zur Verfügung steht, nämlich der sogenannte „grüne“ Strom bzw. die sogenannte „erneuerbare Energie“. Eine solche automatische Verschiebung der Betriebsprozesse von Haushaltsgeräten – beispielsweise eines Waschprozesses einer Waschmaschine – ausgelöst durch ein externes Energiemanagement-Steuergerät kann jedoch für den Benutzer des Haushaltsgeräts mit gewissen Nachteilen verbunden sein. So muss der Benutzer längere Wartezeiten bzw. längere Zeitdauer der Betriebsprozesse und somit auch einen späteren Zeitpunkt des Abschließens eines Betriebsprozesses akzeptieren. Es kann nämlich sogar vorkommen, dass ein Waschprozess erst dann gestartet und abgeschlossen werden kann, wenn ein preisgünstiger und/oder „grüner“ Strom zur Verfügung steht. Dies ist jedoch typischerweise erst zu den späten Abendstunden der Fall. Weitere Nachteile einer solchen Vorgehensweise betreffen speziell eine Waschmaschine und bestehen darin, dass die feuchten Wäschestücke in der Waschmaschine länger verbleiben können. Ein weiterer Nachteil liegt in der Lärmbelastung in Nachtstunden, da oftmals die Energiepreise zu diesen Zeiten am günstigsten sind.
Dieser Problematik begegnet beispielsweise ein Energiespeicher, wie er im Dokument DE 103 38 710 A1 beschrieben und beispielsweise auch in ein Haushaltsgerät integriert werden kann. Ein derartiger Energiespeicher kann dann mit elektrischer Energie aufgeladen werden, wenn die Energiepreise am geringsten sind oder aber erneuerbare Energie zur Verfügung steht. Ein aufgeladener Energiespeicher kann dann zu einer beliebigen Zeit verwendet werden, und die darin gespeicherte Energie kann während eines Betriebsprozesses grundsätzlich zu einem beliebigen Zeitpunkt an elektrische Verbraucher des Haushaltsgeräts abgegeben werden.
Auf diese Art und Weise können einerseits die finanziellen und ökologischen Vorteile der Nutzung von erneuerbarer Energie erzielt werden; andererseits kann der Benutzer des Haushaltsgeräts frei entscheiden, wann die Betriebsprozesse des Haushaltsgeräts gestartet und durchgeführt werden sollen.
Ein Energiemanagementsystem für einen Haushalt ist des Weiteren aus dem Dokument WO 97/35374 A1 bekannt. Auch hier wird ein Energiespeicher eingesetzt, in welchem elektrische Energie bevorratet werden kann.
Weitere Energiemanagementsysteme sind außerdem aus den Dokumenten US 7 783 389 B2 , US 2011/0107123 A1 sowie US 7 979 166 B2 bekannt.
Wird ein Haushaltsgerät mit einem Energiespeicher ausgestattet, so hat sich herausgestellt, dass der Gesamtwirkungsgrad nur unbefriedigend ist. Beim Aufladen des Energiespeichers und auch beim Entladen des Speichers entstehen nämlich Energieverluste, welche den Gesamtwirkungsgrad beeinflussen. Einerseits werden somit Kosten durch Benutzung der erneuerbaren Energie gespart; andererseits ist diese Ersparnis aufgrund der Energieverluste beim Aufladen und Entladen des Energiespeichers suboptimal.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Haushaltsgerät der eingangs genannten Gattung der Gesamtwirkungsgrad beim Aufladen und/oder Entladen des Energiespeichers im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Haushaltsgerät, durch ein System sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
Ein erfindungsgemäßes wasserführendes Haushaltsgerät umfasst zumindest einen elektrischen Verbraucher sowie eine elektronische Steuereinrichtung, welche zum Steuern von Betriebsprozessen des Haushaltsgeräts unter Abgabe entsprechender Steuersignale an den zumindest einen elektrischen Verbraucher ausgebildet ist. Das Haushaltsgerät umfasst auch einen elektrischen Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie, welche während eines späteren Betriebsprozesses durch den zumindest einen elektrischen Verbraucher verbraucht werden kann. Zum Aufladen des Energiespeichers mit elektrischer Energie wird der Energiespeicher mit einer elektrischen Anschlusseinrichtung des Haushaltsgeräts gekoppelt, über welche das Haushaltsgerät an ein elektrisches Stromversorgungsnetz angeschlossen werden kann. Eine Kommunikationseinrichtung kommuniziert mit einer geräteexternen Einheit und steuert die Ladevorgänge des Energiespeichers über die Anschlusseinrichtung in Abhängigkeit von geräteexternen Informationen, welche von der geräteexternen Einheit empfangen werden. Das Haushaltsgerät umfasst zusätzlich einen Wasserspeicher, beispielsweise einen Warmwasserspeicher für Warmwasser, sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung, welche zum Übertragen von während eines Ladevorgangs und/oder eines Entladevorgangs des elektrischen Energiespeichers erzeugter Abwärme auf den Wasserspeicher ausgebildet ist, um in dem Wasserspeicher enthaltenes Wasser aufzuheizen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die meisten Energieverluste beim Aufladen und/oder Entladen des Energiespeichers dadurch entstehen, dass während der Ladevorgänge bzw. der Entladevorgänge Abwärme erzeugt wird, d.h. thermische Energie, die zu einer Verringerung des Gesamtwirkungsgrades des Haushaltsgeräts führt. Die Erfindung geht nun den Weg, diese Abwärme für das Aufheizen von Wasser in einem Wasserspeicher des Haushaltsgeräts zu nutzen. Gerade bei einem Haushaltsgerät mit einem solchen Wasserspeicher erweist sich der Einsatz eines elektrischen Energiespeichers zum Bevorraten von elektrischer Energie als besonders vorteilhaft. Die beim Aufladen und/oder Entladen des elektrischen Energiespeichers erzeugte Abwärme kann nämlich zum Aufheizen von Wasser in dem Wasserspeicher genutzt werden, und die Energieverluste können somit insgesamt auf ein Minimum reduziert werden. Der Gesamtwirkungsgrad des Haushaltsgeräts ist somit im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verbessert.
Als Wärmeübertragungseinrichtung kann beispielsweise ein Wärmeübertrager eingesetzt werden, wie er aus dem Stand der Technik bereits in vielfältiger Ausgestaltung bekannt ist. Ein derartiger Wärmeübertrager kann beispielsweise Leitungen aufweisen, in denen ein Fluid – beispielsweise eine Flüssigkeit – geführt wird, um die thermische Energie von dem elektrischen Energiespeicher hin zum Wasserspeicher zu übertragen. Die Wärmeübertragungseinrichtung ist bevorzugt eine aktive Einrichtung, welche mit Hilfe der Steuereinrichtung oder einer anderen geeigneten Steuereinheit angesteuert wird. Der Übertragungsprozess von Abwärme wird somit bevorzugt mittels einer Steuereinrichtung gesteuert. Es werden bevorzugt auch Maßnahmen getroffen, die gewährleisten, dass die Wärmeübertragung ausschließlich dann stattfindet, wenn die Temperatur des elektrischen Energiespeichers höher als die Temperatur von in dem Wasserspeicher enthaltenem Wasser ist. Um dies sicherzustellen, können entsprechende Temperatursensoren eingesetzt werden, nämlich ein Sensor an dem elektrischen Energiespeicher und ein Sensor in dem Wasserspeicher. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei vorzugsweise während der gesamten Zeitdauer eines jeden Ladevorgangs und/oder eines jeden Entladevorgangs des elektrischen Energiespeichers, jedoch vorzugsweise nur solange die Temperatur des elektrischen Energiespeichers höher als die von Wasser ist.
Das aufgeheizte Wasser kann somit bis zum Beginn des nächsten Betriebsprozesses des Haushaltsgeräts, beispielsweise eines Waschprozesses, bevorratet werden. Das Warmwasser kann dann in dem späteren Betriebsprozess genutzt werden, so dass auch während des Betriebsprozesses elektrische Energie gespart werden kann. Das Wasser braucht nämlich nicht mehr aufgeheizt zu werden.
Der Wasserspeicher ist vorzugsweise ein isolierter Thermo-Wasser-Tank, so dass das dort enthaltene Wasser über längere Zeiten warm gehalten werden kann.
Der elektrische Energiespeicher ist vorzugsweise ein Akkumulator. Bei der Benutzung eines modernen Schnellladeakkumulators kann der Ladevorgang bereits nach ca. einer Stunde beendet sein, so dass der Energiespeicher vollständig aufgeladen ist. Es ist aber auch möglich, den vollständigen Ladevorgang über mehrere kürzere Zeitabschnitte bzw. Teilladevorgänge zu verteilen. Somit ist eine optimale Anpassung an die verschiedensten dynamischen Strom-Preis-Modelle und/oder Haushaltsmanagement-Profile möglich. Die anfallende Abwärme beim Laden und/oder Entladen eines solchen Akkumulators wird dabei über die Wärmeübertragungseinrichtung bzw. einen Abwärme-Verwerter zur Erwärmung von Wasser in dem Warmwasserspeicher für den nächsten Betriebsprozess verwendet. Dies führt, wie bereits ausgeführt, zu einer Steigerung des Gesamtwirkungsgrades.
Die Kommunikationseinrichtung des Haushaltsgeräts kann zur drahtlosen und/oder kabelbasierten Kommunikation mit der externen Einheit ausgebildet sein. Über die Kommunikationseinrichtung kann das Haushaltsgerät dabei in ein Hausmanagement-Netzwerk und/oder in die sogenannte „Smartgrid“-Kommunikationsinfrastruktur gekoppelt sein. Dies bedeutet, dass die Kommunikationseinrichtung beispielsweise mit einem intelligenten Stromzähler und/oder – etwa über einen Router – mit einem Internetserver und/oder mit einem Haushaltssteuergerät für Energiemanagement im Haushalt kommunizieren kann.
Hinsichtlich der Steuerung der Ladevorgänge des elektrischen Energiespeichers können unterschiedliche Ausführungsformen vorgesehen sein:
Zum einen kann die Kommunikationseinrichtung von der geräteexternen Einheit Informationen über die Energie empfangen und die Ladevorgänge des elektrischen Energiespeichers nach vorbestimmten Kriterien bezüglich der Energie abhängig von den empfangenen Informationen steuern. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung Informationen über aktuelle Energiekosten und/oder Informationen über die aktuelle Erzeugungsart der Energie (z.B. „saubere Energie“ oder „konventionelle Energie“) und/oder Informationen über den aktuellen Belastungszustand des Stromnetzes empfängt. Die Kommunikationseinrichtung kann dann diese Informationen auswerten und abhängig von diesen Informationen feststellen, ob vorbestimmte Kriterien bezüglich der Energie erfüllt sind oder nicht, damit ein Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers gestartet werden kann. Diese Kriterien können beispielsweise umfassen, dass der aktuelle Preis für elektrische Energie kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist und/oder die momentan zur Verfügung stehende Energie „saubere Energie“ ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Kommunikationseinrichtung somit selbst anhand der empfangenen Informationen entscheiden, ob zum aktuellen Zeitpunkt der Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers gestartet werden kann oder nicht.
Als externe Information kann die Kommunikationseinrichtung auch die Information empfangen, ob zum momentanen Zeitpunkt elektrische Energie von einem lokalen Haushaltskraftwerk in einem lokalen Haushaltsstromnetz zur Verfügung steht, wie beispielsweise von einer Solaranlage. Steht solche Energie zur Verfügung, kann der Energiespeicher aufgeladen werden. Hierbei kann die Anschlusseinrichtung des Haushaltsgeräts auch über einen Gleichspannungsanschluss verfügen, über welchen das Haushaltsgerät an ein Gleichspannungsnetz des Haushalts angeschlossen werden kann, so dass diese Gleichspannung zum Aufladen des Energiespeichers nicht mehr mittels eines AC-DC-Wandlers umgewandelt zu werden braucht und direkt zum Aufladen des Energiespeichers genutzt werden kann. Gegebenenfalls kann ein DC-DC-Wandler eingesetzt werden.
Ergänzend oder alternativ kann die Kommunikationseinrichtung auch so ausgebildet sein, dass sie von der geräteexternen Einheit Steuersignale empfangen und aufgrund der Steuersignale direkt einen Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers einleiten und/oder unterbrechen kann. Bei dieser Ausführungsform sind insbesondere zwei unterschiedliche Vorgehensweisen möglich: Die Steuersignale können von der externen Einheit an die Kommunikationseinrichtung des Haushaltsgeräts einerseits unabhängig von Anfragesignalen der Kommunikationseinrichtung übertragen werden, so dass der Ladevorgang grundsätzlich vollständig durch die externe Einheit gesteuert wird, nämlich unter Vermittlung der geräteinternen Kommunikationseinrichtung. Zum anderen kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kommunikationseinrichtung – beispielsweise bei einem entladenen Energiespeicher – Anfragesignale an die externe Einheit übermittelt, welche dann Steuersignale an die Kommunikationseinrichtung des Haushaltsgeräts zurücksendet, aufgrund deren der Ladevorgang entweder eingeleitet oder die Einleitung des Ladevorgangs unterbunden wird. Es wird somit stets sichergestellt, dass der elektrische Energiespeicher nur zu Zeiten aufgeladen wird, zu denen die Kriterien bezüglich des Stromes erfüllt sind.
Die Aufladung des elektrischen Energiespeichers erfolgt somit immer bei Verfügbarkeit von preisgünstiger und/oder erneuerbarer Energie. Dies kann auch dann der Fall sein, wenn beispielsweise Energie aus einem hauseigenen Kraftwerk – insbesondere einer Photovoltaikanlage – momentan zur Verfügung steht.
Die Anschlusseinrichtung des Haushaltsgeräts weist vorzugsweise – insbesondere zusätzlich zu einem ohnehin stets vorhandenen Wechselspannungsanschluss – auch einen Gleichspannungsanschluss auf, über welchen der elektrische Energiespeicher mit einer geräteexternen Gleichspannungsquelle bzw. mit einem Gleichspannungsnetz elektrisch gekoppelt und hierdurch mit elektrischer Energie aufgeladen werden kann. Somit kann das Haushaltsgerät auch auf ein lokales Gleichspannungsnetz bzw. Hausenergie-Netzwert angeschlossen werden, und der Energiespeicher kann mit elektrischer Gleichspannung aus diesem lokalen Hausenergie-Netzwerk aufgeladen werden. Ein solches lokales Stromnetz ist dabei vorzugsweise ausschließlich für einen einzigen Haushalt bzw. ein einziges Haus vorgesehen, wobei die Energie beispielsweise mit Hilfe einer Photovoltaikanlage oder aber – bei einem größeren Stromnetz – mit Hilfe einer Windkraftanlage erzeugt werden kann. Steht diese „saubere“ Energie zur Verfügung, so kann diese Information an die Kommunikationseinrichtung des Haushaltsgeräts übermittelt werden, und der Energiespeicher kann mit elektrischer Energie aus dem Gleichspannungsnetz aufgeladen werden.
Umfasst die Anschlusseinrichtung einen solchen Gleichspannungsanschluss für Gleichspannung, so kann das Haushaltsgerät auch einen Gleichspannungswandler bzw. DC/DC-Wandler umfassen, über welchen der elektrische Energiespeicher mit der Anschlusseinrichtung gekoppelt wird. Ein derartiger Gleichspannungswandler kann den Gleichspannungswert der am Gleichspannungsanschluss bereitgestellten Gleichspannung an einen benötigten und vom Energiespeicher verträglichen Gleichspannungswert anpassen. Auf diese Weise kann der Energiespeicher mit der korrekten Gleichspannung beaufschlagt werden.
Ergänzend oder alternativ kann das Haushaltsgerät auch einen AC/DC-Wandler umfassen, über welchen der Energiespeicher mit der Anschlusseinrichtung gekoppelt werden kann. Mittels eines derartigen Wandlers kann dann eine am Wechselspannungsanschluss anliegende elektrische Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt werden, mit welcher der elektrische Energiespeicher beaufschlagt werden kann. Somit wird die Aufladung des Energiespeichers auch dann ermöglicht, wenn am Wechselspannungsanschluss momentan ein preisgünstiger und/oder „grüner“ Strom zur Verfügung steht.
Das Haushaltsgerät kann in einer Ausführungsform einen Warmwasseranschluss für Warmwasser aufweisen, der mit dem Wasserspeicher fluidisch gekoppelt ist. Der Warmwasserspeicher kann somit mit Warmwasser von außerhalb des Haushaltsgeräts aufgefüllt werden, und dieses Wasser kann dann zusätzlich noch mit Abwärme des elektrischen Energiespeichers aufgeheizt werden. Ergänzend oder alternativ kann das Haushaltsgerät auch eine Heizvorrichtung zum Aufheizen von in dem Wasserspeicher enthaltenem Wasser aufweisen, wie dies beispielsweise aus dem Dokument WO 2007/060059 A1 bekannt ist. In Kombination mit der Wärmeübertragungseinrichtung, welche Abwärme von dem Energiespeicher auf den Warmwasserspeicher überträgt, kann elektrische Energie gespart werden, weil die Heizvorrichtung das Wasser lediglich teilweise aufheizen muss und das Aufheizen auch mittels der Abwärme vom elektrischen Energiespeicher erfolgt. Auch die Kombination mit der Speicherung und/oder Abgabe von Wärme mittels „Zeolith“-Technologie kann hier vorgesehen sein.
Vorzugsweise wird während eines Betriebsprozesses des Haushaltsgeräts elektrische Energie zumindest überwiegend, insbesondere ausschließlich, aus dem elektrischen Energiespeicher verbraucht, so dass möglichst keine Energie über die Anschlusseinrichtung aufgenommen wird. Unterschreitet jedoch der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers einen vorgegebenen Grenzwert, so wird der Betriebsprozess vorzugsweise mit einer an der Anschlusseinrichtung bereitgestellten geräteexternen Spannung – Gleichspannung und/oder Wechselspannung – unabhängig von den geräteexternen Informationen bestimmungsgemäß und vorzugsweise ohne eine Unterbrechung abgeschlossen. Der Benutzer des Haushaltsgeräts kann sich somit stets darauf verlassen, dass der Betriebsprozess ordnungsgemäß fortgeführt und abgeschlossen wird.
Wird ein Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers abgeschlossen, kann die Kommunikationseinrichtung des Haushaltsgeräts eine Information über den Abschluss des Ladevorgangs und/oder eine Information über den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers an die geräteexterne Einheit übermitteln. Somit können die Ladevorgänge des elektrischen Energiespeichers auch mittels der geräteexternen Einheit gesteuert werden. Diese Ausführungsform erweist sich auch als dann als besonders vorteilhaft, wenn die im elektrischen Speicher gespeicherte Energie auch an geräteexterne Einrichtungen bzw. an das elektrische Versorgungsnetz, insbesondere ein lokales Gleichspannungsnetz, abgegeben werden kann. Liegt in der externen Einheit die Information über den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers vor, so kann diese externe Einheit die Energie im Haushalt so verwalten, dass auch die Energie aus dem elektrischen Energiespeicher für andere Haushaltsgeräte genutzt wird.
Also kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass abhängig von den geräteexternen Informationen der elektrische Energiespeicher mit der Anschlusseinrichtung gekoppelt wird, um die Energie aus dem Energiespeicher für ein elektrisches Stromnetz, insbesondere für andere Haushaltsgeräte, bereitzustellen. Dies hat den Vorteil, dass die im elektrischen Energiespeicher gespeicherte Energie grundsätzlich „saubere“ bzw. preisgünstige Energie ist und durch Abgabe dieser Energie an andere Haushaltsgeräte gegebenenfalls Kosten gespart werden können, wenn diese anderen Haushaltsgeräte zu Zeiten betrieben werden, zu denen die Energiekosten entsprechend höher sind.
Die Erfindung betrifft außerdem ein System mit einem Haushaltsgerät und einer geräteexternen Einheit, wobei die Kommunikationseinrichtung des Haushaltsgeräts und die geräteexterne Einheit zur Datenkommunikation miteinander ausgebildet sind und abhängig von Informationen der geräteexternen Einheit Ladevorgänge des Energiespeichers steuerbar sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Haushaltsgerät vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße System sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ein in der Figur dargestelltes System 1 umfasst ein Haushaltsgerät 2, insbesondere eine Waschmaschine. Das Haushaltsgerät 2 umfasst eine Steuereinrichtung 3, welche zur Steuerung von Betriebsprozessen des Haushaltsgeräts 2 ausgebildet ist, nämlich von Waschprozessen. Dabei steuert die Steuereinrichtung 3 einen elektrischen Verbraucher 4, beispielsweise einen Elektromotor und/oder eine Pumpe und/oder ein Ventil oder dergleichen an. Die Steuereinrichtung 3 ist mit einer Kommunikationseinrichtung 5 gekoppelt. Die Kommunikationseinrichtung 5 ist an ein Datennetzwerk 6 angeschlossen.
Das Haushaltsgerät 2 umfasst außerdem einen elektrischen Energiespeicher 7, in welchem elektrische Energie für die Betriebsprozesse bevorratet werden kann. Mit dieser Energie wird dann der Verbraucher 4 und/oder die Steuereinrichtung 3 und/oder die Kommunikationseinrichtung 5 versorgt. Der Energiespeicher 7 ist über einen AC/DC-Wandler 8 mit einem Wechselspannungsanschluss 9 einer Anschlusseinrichtung 10 des Haushaltsgeräts 2 elektrisch koppelbar. Optional kann der Energiespeicher 7 auch über einen Gleichspannungswandler 11 mit einem Gleichspannungsanschluss 12 koppelbar sein. Der Wechselspannungsanschluss 9 ist an ein Wechselspannungsnetz 13 angeschlossen, nämlich das herkömmliche öffentliche Versorgungsnetz, während der Gleichspannungsanschluss 12 an ein lokales Gleichspannungsnetz 14 eines Haushalts 15 bzw. eines Hauses angeschlossen ist. An das Gleichspannungsnetz 14 können auch andere Haushaltsgeräte des Haushalts 15 angeschlossen sein.
Das Haushaltsgerät 2 umfasst des Weiteren einen Wasserspeicher 16, in welchem Warmwasser bevorratet werden kann. Der Wasserspeicher 16 ist ein isolierter Wassertank, in welchem die Temperatur von Wasser über längere Zeit konstant oder zumindest annähernd konstant gehalten werden kann. Der Wasserspeicher 16 ist mit einem Wasseranschluss 17, insbesondere einem Warmwasseranschluss, fluidisch gekoppelt. Ergänzend oder alternativ kann auch eine Heizvorrichtung 18 vorgesehen sein, mittels welcher in dem Speicher 16 enthaltenes Wasser aufgeheizt werden kann.
Im Haushaltsgerät 2 ist außerdem eine Wärmeübertragungseinrichtung 19 bereitgestellt, welche beim Aufladen des Energiespeichers 7 und/oder beim Entladen des Energiespeichers 7 erzeugte Abwärme auf den Warmwasserspeicher 16 übertragen kann. Die Wärmeübertragungseinrichtung 19 ist also ein Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärmeenergie vom Energiespeicher 7 auf den Warmwasserspeicher 16 und somit auf das darin enthaltene Wasser.
Die Wärmeübertragungseinrichtung 19 wird bevorzugt mittels der Steuereinrichtung 3 oder aber mittels der Kommunikationseinrichtung 5 angesteuert. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei vorzugsweise über die gesamte Zeitdauer jedes Ladevorgangs und/oder jedes Entladevorgangs des Energiespeichers 7, jedoch nur unter der Voraussetzung, dass die Temperatur des Energiespeichers 7 höher als die vom im Wasserspeicher 16 enthaltenen Wasser ist.
Wie bereits ausgeführt, ist die Kommunikationseinrichtung 5 drahtlos oder drahtgebunden an das Datennetzwerk 6 angebunden. Über das Datennetzwerk 6 kommuniziert die Kommunikationseinrichtung mit zumindest einer geräteexternen Einheit, nämlich über einen Router 20a mit einem Internetserver 20 und/oder mit einem Steuergerät 21 eines Energiemanagementsystems des Haushalts 15 und/oder mit einem Stromanbieter über einen intelligenten Stromzähler 22 (Energie Service Interface, ESI). Das Steuergerät 21 verwaltet dabei die Energie im Haushalt 15 und ist sowohl an das Wechselspannungsnetz 13 als auch an das Gleichspannungsnetz 14 angeschlossen, wie auch optional an ein lokales Kraftwerk, insbesondere eine Photovoltaikanlage 23, des Haushalts 15.
Die Photovoltaikanlage 23 ist an das Gleichspannungsnetz 14 angeschlossen und stellt elektrische Gleichspannung für das Gleichspannungsnetz 14 bereit.
Über das Internet oder aber von dem intelligenten Stromzähler 22 kann die Kommunikationseinrichtung 5 Informationen über die aktuellen und/oder zukünftigen Energiepreise empfangen. Ergänzend oder alternativ kann die Kommunikationseinrichtung 5 auch Informationen über die Erzeugungsart bzw. über die Quelle der zur Verfügung stehenden Energie und/oder Informationen über den aktuellen Belastungszustand des öffentlichen Wechselspannungsnetzes 13 empfangen. Abhängig von diesen Informationen kann die Kommunikationseinrichtung 5 dann die Ladevorgänge des Energiespeichers 7 steuern.
Ergänzend oder alternativ können die Ladevorgänge des Energiespeichers 7 auch mittels des Steuergeräts 21 gesteuert werden, nämlich unter Vermittlung der Kommunikationseinrichtung 5. Hier werden Steuersignale von dem Steuergerät 21 an die Kommunikationseinrichtung 5 abgegeben, und die Ladevorgänge werden aufgrund der Steuersignale gestartet und unterbrochen. Von dem Steuergerät 21 kann die Kommunikationseinrichtung 5 auch Informationen empfangen, ob momentan elektrische Energie von der Photovoltaikanlage 23 zur Verfügung steht oder nicht. Bevorzugt wird der Energiespeicher 7 nämlich mit elektrischer Energie aufgeladen, welche durch die Photovoltaikanlage 23 erzeugt wird.
Unabhängig davon, ob die Ladevorgänge des Energiespeichers 7 alleine mittels der Kommunikationseinrichtung 5 anhand der empfangenen Informationen oder aber mittels des externen Steuergeräts 21 gesteuert werden, werden die Ladevorgänge des Energiespeichers 7 derart durchgeführt, dass vorgegebene Kriterien bezüglich der elektrischen Energie erfüllt sind. Diese können umfassen, dass der Energiespeicher 7 ausschließlich mit elektrischer Energie aufgeladen werden kann, deren Preis unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt und/oder welche auf „saubere“ Art und Weise erzeugt wurde. Ergänzend oder alternativ kann Energie aus dem Gleichspannungsnetz 14 verwendet werden, wenn eine solche Gleichspannung momentan zur Verfügung steht.
Der Benutzer kann dann die Betriebsprozesse des Haushaltsgeräts 2 zu beliebigen Zeitpunkten starten und muss somit keine Verzögerung in Kauf nehmen. Eine mögliche Vorgehensweise kann folgendermaßen aussehen:
Der Benutzer konfiguriert zunächst – insbesondere einmalig – das Haushaltsgerät 2 zur Teilnahme an der Kommunikation mit dem Steuergerät 21 und/oder dem Stromzähler 22 und/oder dem Server 20. Außerdem erlaubt der Benutzer, etwa durch Betätigen eines entsprechenden Schalters oder Auswahl einer entsprechenden Option in den Geräteeinstellungen, die Ausführung des automatischen Ladevorgangs für den internen Energiespeicher 7.
Die Kommunikationseinrichtung 5 empfängt dann die benötigten Informationen über die Energie oder aber die entsprechenden Steuersignale von zumindest einer der externen Einheiten 20, 21, 22. Beispielsweise empfängt die Kommunikationseinrichtung 5 Informationen über den Zeitpunkt, zu welchem ein Ladevorgang des Energiespeichers 7 gestartet werden soll. Dabei ist die Zeit in dem Haushaltsgerät 2 über das Datennetzwerk 6 mit der Zeit der externen Einheiten 20, 21, 22 synchronisiert.
Die Kommunikationseinrichtung 5 startet in einem Steuerungsprozess automatisch zu dem mitgeteilten Zeitpunkt den Ladevorgang des Energiespeichers 7, also zum Zeitpunkt, zu welchem beispielsweise ein preisgünstiger Strom und/oder elektrische Energie von der Photovoltaikanlage 23 zur Verfügung steht. Hierbei steuert die Kommunikationseinrichtung 5 den Gleichspannungswandler 11 und/oder den AC/DC-Wandler 8 entsprechend an.
Der Energiespeicher 7 wird über zumindest einen der Spannungswandler 8, 11 mit elektrischer Energie aufgeladen. Hierbei wird die entstehende Abwärme im Energiespeicher 7 über die Wärmeübertragungseinrichtung 19 an das Wasser im Wasserspeicher 16 abgeführt.
Nach abgeschlossenem Ladevorgang meldet der Spannungswandler 8 und/oder 11 der Kommunikationseinrichtung 5 diesen Statuswechsel sowie die geladene Energiemenge. Wenn dies durch das eingesetzte Energiemanagementprotokoll gefordert wird, übermittelt dann die Kommunikationseinrichtung 5 Informationssignale an zumindest eine der Einheiten 20, 21, 22, dass der Ladevorgang abgeschlossen wurde. Zusätzlich kann die Kommunikationseinrichtung 5 auch eine Information über den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers 7 übermitteln. Ergänzend oder alternativ kann auch über eine Ausgabeeinrichtung des Haushaltsgeräts 2 eine Information an den Benutzer ausgegeben werden, dass der Energiespeicher 7 aufgeladen wurde. Dies kann beispielsweise über eine LED und/oder über das Datennetzwerk 6 mit Hilfe einer entsprechenden Nachricht erfolgen. Danach kann das gesamte Haushaltsgerät 2 durch die Kommunikationseinrichtung 5 wieder ausgeschaltet oder in den Standby-Zustand versetzt werden.
Der Benutzer kann nun das Haushaltsgerät 2 einschalten und zu einem ihm passenden Zeitpunkt den Waschvorgang starten, unabhängig von den aktuellen Preisen und Verfügbarkeitsbedingungen der lokalen Stromversorgung oder der Stromversorgung des Energieanbieters. Der Waschprozess wird nun unabhängig von den externen Informationen und ohne Unterbrechungen seitens des externen Energiemanagements durchgeführt. Der im Waschprozess benötigte Strom für die elektrischen Verbraucher 4, nämlich für den Betrieb eines Motors, einer Heizung, einer Pumpe, eines Sensors, der Steuereinrichtung 3, der Kommunikationseinrichtung 5 und dergleichen wird primär durch den aufgeladenen Energiespeicher 7 bereitgestellt. Zusätzlich wird auch das gespeicherte Warmwasser aus dem Wasserspeicher 16 beim Waschprozess zugeführt. Dies ermöglicht die Senkung des Gesamtenergiebedarfs für die Heizung im Waschprozess.
Nach Beendigung des Waschprozesses wird dies der Kommunikationseinrichtung 5 von der Steuereinrichtung 3 mitgeteilt. Abhängig vom aktuellen Ladezustand des Energiespeichers 7 und/oder der aktuellen Konfiguration des Benutzers wird der Ladevorgang wieder neu gestartet oder das Haushaltsgerät 2 wird automatisch ausgeschaltet oder in den Standby-Zustand versetzt.
Die vorgeschlagene Kombination eines wasserführenden Haushaltsgeräts 2 mit einem integrierten Energiespeicher 7 und dessen kostenoptimierter Aufladung durch eine intelligente Netzwerksteuerung ermöglicht eine optimale Einbindung des Haushaltsgeräts in ein zentrales Energiemanagementsystem sowie zentrale Prozesse mit den damit verbundenen Kostenvorteilen für den Benutzer, ohne dass Nachteile hinsichtlich der Beeinträchtigung des gewohnten zeitlichen Nutzungsverhaltens in Kauf genommen werden müssen. Die Nutzung des Energiespeichers 7 in einem wasserführenden Haushaltsgerät ermöglicht neben dem Betrieb in einem normalen Wechselspannungsnetz 13 auch eine hocheffiziente Einbindung in ein Gleichspannungsnetz 14 im Haushalt 15 mit der diskontinuierlichen Eigenstrombereitstellung durch beispielsweise eine lokale Solarenergieanlage. Zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass nach Empfang entsprechender Steuersignale die Kommunikationseinrichtung 5 zumindest einen der Spannungswandler 8, 11 derart ansteuert, dass die im Energiespeicher 7 abgespeicherte Energie dem Gleichspannungsnetz 14 und/oder dem Wechselspannungsnetz 13 zur Verfügung gestellt wird. Hierbei wird durch die Kommunikationseinrichtung 5 das Haushaltsgerät 2 zusätzlich als „Distributed Energy Ressource“ (DER) angemeldet und gesteuert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Verfügbarkeit der Energie im Energiespeicher 7 auch eine einfache Aufrechterhaltung des permanenten Standby-Zustands der Kommunikationseinrichtung 5 ohne eine zusätzliche Versorgung über die Anschlusseinrichtung 10 erlaubt. Auch im ausgeschalteten Zustand des Haushaltsgeräts 2 kann somit die Kommunikationseinrichtung 4 mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher 7 versorgt werden. Nicht zuletzt erlaubt die Integration des Energiespeichers 7 und des Warmwasserspeichers 16 in einem Haushaltsgerät 2 zusätzlich die Speicherung anderer zurückgewonnener Energien im Gerät, z.B. aus Abwasser bei Heizprogrammen und Motorabbremsungen.
Bezugszeichenliste

1: System
2: Haushaltsgerät
3: Steuereinrichtung
4: elektrischer Verbraucher
5: Kommunikationseinrichtung
6: Datennetzwerk
7: elektrischer Energiespeicher
8: AC/DC-Wandler
9: Wechselspannungsanschluss
10: Anschlusseinrichtung
11: Gleichspannungswandler
12: Gleichspannungsanschluss
13: Wechselspannungsnetz
14: Gleichspannungsnetz
15: Haushalt
16: Wasserspeicher
17: Wasseranschluss
18: Heizvorrichtung
19: Wärmeübertragungseinrichtung
20a: Router
20: Internetserver
21: Steuergerät
22: Stromzähler
23: Photovoltaikanlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10338710 A1 [0003]
WO 97/35374 A1 [0005]
US 7783389 B2 [0006]
US 2011/0107123 A1 [0006]
US 7979166 B2 [0006]
WO 2007/060059 A1 [0024]

Claims

Wasserführendes Haushaltsgerät (2) mit zumindest einem elektrischen Verbraucher (4), mit einer elektronischen Steuereinrichtung (3) zum Steuern von Betriebsprozessen des Haushaltsgeräts (2) unter Abgabe von Steuersignalen an den zumindest einen elektrischen Verbraucher (4), mit einem elektrischen Energiespeicher (7) zur Speicherung von elektrischer Energie für den elektrischen Verbraucher (4), wobei zum Aufladen des Energiespeichers (7) mit elektrischer Energie der Energiespeicher (7) mit einer elektrischen Anschlusseinrichtung (10) des Haushaltsgeräts (2) elektrisch koppelbar ist, und mit einer Kommunikationseinrichtung (5) zur Kommunikation mit einer geräteexternen Einheit (20, 21, 22) und zum Steuern von Ladevorgängen des Energiespeichers (7) über die Anschlusseinrichtung (10) in Abhängigkeit von geräteexternen Informationen, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) einen Wasserspeicher (16) sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung (19) aufweist, welche zum Übertragen von während eines Ladevorgangs und/oder eines Entladevorgangs des elektrischen Energiespeichers (7) erzeugter Abwärme auf den Warmwasserspeicher (16) ausgebildet ist.
Haushaltsgerät (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (5) dazu ausgelegt ist, von der geräteexternen Einheit (20, 21, 22) Informationen über die Energie, insbesondere Informationen über Energiekosten und/oder Informationen über eine Erzeugungsart der Energie und/oder über Informationen über einen Belastungszustand eines elektrischen Stromnetzes (13, 14), zu empfangen und die Ladevorgänge des elektrischen Energiespeichers (7) nach vorbestimmten Kriterien abhängig von den empfangenen Informationen zu steuern.
Haushaltsgerät (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (5) dazu ausgelegt ist, von der geräteexternen Einheit (20, 21, 22) Steuersignale zu empfangen und aufgrund der Steuersignale einen Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers (7) einzuleiten und/oder zu unterbrechen.
Haushaltsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (10), insbesondere zusätzlich zu einem Wechselspannungsanschluss (9), einen Gleichspannungsanschluss (12) aufweist, über welchen der elektrische Energiespeicher (7) mit einem Gleichspannungsnetz (14) elektrisch koppelbar und hierdurch mit elektrischer Energie aufzuladen ist.
Haushaltsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (7) über einen Spannungswandler (8, 11), insbesondere einen AC/DC-Wandler (8) und/oder einen DC/DC-Wandler (11), mit der Anschlusseinrichtung (10) koppelbar ist.
Haushaltsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) umfasst: – einen Warmwasseranschluss (17) für Warmwasser, der mit dem Wasserspeicher (16) fluidisch gekoppelt ist, und/oder – eine Heizvorrichtung (18) zum Aufheizen von in dem Wasserspeicher (16) enthaltenem Wasser.
Haushaltsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, während eines Betriebsprozesses des Haushaltsgeräts (2) elektrische Energie zumindest überwiegend, insbesondere ausschließlich, aus dem elektrischen Energiespeicher (7) zu verbrauchen und nach Unterschreiten eines vorgegebenen Ladezustands des Energiespeichers (7) den Betriebsprozess mit einer an der Anschlusseinrichtung (10) bereitgestellten geräteexternen Spannung unabhängig von den geräteexternen Informationen bestimmungsgemäß abzuschließen.
Haushaltsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (5) dazu ausgelegt ist, nach Abschluss eines Ladevorgangs des Energiespeichers (7) eine Information über den Abschluss des Ladevorgangs und/oder eine Information über den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers (7) an die geräteexterne Einheit (20, 21, 22) zu übermitteln.
Haushaltsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (5) dazu ausgelegt ist, abhängig von den geräteexternen Informationen den elektrischen Energiespeicher (7) mit der Anschlusseinrichtung (10) zu koppeln, um die Energie aus dem Energiespeicher (7) für ein elektrisches Stromnetz bereitzustellen, an welches die Anschlusseinrichtung (10) anschließbar ist.
Haushaltsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) ein Gerät zur Pflege von Wäschestücken, insbesondere eine Waschmaschine, ist.
System (1) mit einem Haushaltsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer geräteexternen Einheit (20, 21, 22), wobei die Kommunikationseinrichtung (5) des Haushaltsgeräts (2) und die geräteexterne Einheit (20, 21, 22) zur Datenkommunikation miteinander ausgebildet sind und abhängig von Informationen der geräteexternen Einheit (20, 21, 22) Ladevorgänge des Energiespeichers (7) steuerbar sind.
Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgeräts (2), bei welchem: – mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (3) Betriebsprozesse des Haushaltsgeräts (2) unter Abgabe von Steuersignalen an zumindest einen elektrischen Verbraucher (4) gesteuert werden, – in einem elektrischen Energiespeicher (7) des Haushaltsgeräts (2) elektrische Energie für den elektrischen Verbraucher (4) gespeichert wird, – zum Aufladen des Energiespeichers (7) mit elektrischer Energie der Energiespeicher (7) mit einer elektrischen Anschlusseinrichtung (10) des Haushaltsgeräts (2) elektrisch gekoppelt wird und – eine Kommunikationseinrichtung (5) des Haushaltsgeräts (2) mit einer geräteexternen Einheit (20, 21, 22) kommuniziert und mittels der Kommunikationseinrichtung (5) Ladevorgänge des Energiespeichers (7) über die Anschlusseinrichtung (10) in Abhängigkeit von geräteexternen Informationen gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (2) einen Wasserspeicher (16) sowie eine Wärmeübertragungseinrichtung (19) aufweist, mittels welcher während eines Ladevorgangs und/oder eines Entladevorgangs des elektrischen Energiespeichers (7) erzeugte Abwärme auf den Warmwasserspeicher (16) übertragen wird.