[發明專利]能源終端芯片

有效

• 申請號: 201010602760.1
• 申請日: 2010-12-21
• 公開（公告）號: CN102540916A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 董勝龍;甘中學;蔡奇志
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及一種能源終端芯片，更具體地涉及用于泛能網的能源終端芯片。

背景技術

提高能源的綜合利用效率是實現低碳經濟的關鍵之一。本申請人在中國專利申請201010173519.1和201010173433.9中提出了泛能網的方案，以實現各種能源和物質的智能化和信息化，以及多能源(多種類型的能源和/或來自多個地理位置的能源)的耦合利用、管理和交易服務，其全文內容以引用方式結合在本文中。

泛能網基于系統能效技術，通過能源生產、儲存、應用與再生四環節的能量和信息的耦合，形成能量輸入和輸出跨時域地域的實時協同，實現系統全生命周期的最優化和能量的增效。能效控制系統對各能量流進行供需轉換匹配，梯級利用、時空優化、以達到系統能效最大化，最終輸出一種自組織的高度有序的高效智能能源。

作為泛能網的基礎的終端設備提供了上述四環節的基本功能，并且還包括自身的控制實施單元，提供了自動控制功能和外部通信功能。終端設備的控制實施單元承擔著模擬信號采集、轉換計算以及控制與決策的任務，包含泛能網最基礎的系統傳感器和執行器。終端設備的控制實施單元還必須滿足低功耗、低成本、小尺寸、結構穩定、環境適應性等性能需求。

可以采用常規的機械計量、熱敏的和壓敏的電子元件(以下稱為“敏感電子元件”)和控制方法來提供終端設備的控制實施單元，如包含無線抄表功能的機械表計、超聲波電子計量表計，以及帶有自動開關功能家用電器等。

然而，常規的機械計量在使用過程中因為機械老化而出現精度下降的現象，進而造成計量收費上的損失。以天然氣的機械式表計和控制系統為例，由于機械老化磨損造成的綜合計量/控制損耗在6％以上。以一個中等規模(100萬戶民用用戶，1000個工業用戶)為例，每年僅天然氣一種能源，因為機械式計量和控制精度造成的經濟損失就接近1億，并且隨著時間的推移，會造成越來越多的控制泄露安全隱患和工程維護的工作量。

敏感電子元件可以用來代替機械計量，在泛能網中檢測各種物理參數(如溫度、濃度、壓力、密度等)。然而，敏感電子元件的工作需要消耗電能，從而增加上述終端設備的控制實施單元的功耗，減小設備中包含的電池的使用壽命，提高了設備的運行和維護成本。常規的敏感電子元件的尺寸較大，不能用于檢測小區域中的物理參數，并且容易受到來自環境的干擾。而且，常規的敏感電子元件的精度較低。如果希望提高精度，則成本過高。以熱敏元件為例，普通精度的熱敏電阻的市場售價在0.2元左右，而高精度的PT1K電阻，則市場售價在20～30元人民幣。因此，常規的敏感電子元件的尺寸、精度、功耗等方面的局限性，限制了它在泛能終端中的應用。

還可以采用超聲波測量裝置在泛能網中檢測各種物理參數。超聲波測量裝置的工作原理是：首先主動產生一束超聲波；超聲波在通過被測介質的時候，其傳播速度、方向、相位等特性發生變化；再通過一個可檢測超聲波傳播特性的器件，檢測上述變化，最后轉換為需要的物理量。然而，針對每一個物理量的測量，都需要額外增加若干個的超聲波發射裝置，超聲波發射裝置的成本、尺寸、重量、功耗等往往會占整個設備的50％以上，降低了產品的成本優勢。

在現有技術的基于敏感電子元件的測量和控制裝置中，物理參數的模擬感知、數字運算、控制與傳輸是分別由不同的芯片處理。各種芯片提供密封的接口，以導線的方式相互連接，經過A/D轉換后進行數值計算。然而，分立的芯片增加了系統的復雜性和裝配難度。無論何種原理的敏感電子元件，其測量表面都比較脆弱，很容易受到測量環境的污染，甚至在運輸和裝配過程中，也極易受到損害，其測量精度則會大打折扣，甚至會影響其使用壽命。并且，模擬信號通過較長導線時容易受到外界的電磁干擾，為了保證信號的可靠度，不得不通過放大信號的方法增強其抗干擾性，這樣又增加了功耗。因此，分立的芯片設計在存在著較差的抗干擾性，不能以高精度、可靠的方式長期運行。

以上常規的機械計量、敏感電子元件和超聲波測量裝置僅僅適用于智能化程度較低、結構單一的現有的能源網絡。泛能網的終端設備的控制實施單元需要采用感測和處理多個物理參數，因此必須使用大量的敏感電子元件。泛能網涉及多能源的耦合利用，而且四環節終端設備均應當智有化、數字化，以實現能量流、物質流、信息流相互耦合協同而形成的邏輯智能流。因此，泛能網中采用的敏感電子元件的類型及數量顯著增加。常規的機械計量、敏感電子元件和超聲波測量裝置由于體積大、精度低、抗干擾能力差、可靠性差而不能滿足泛能網的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種可以用作泛能網的終端設備的控制實施單元的能源終端芯片。