专利名称：热电电耗检测装置及方法
技术领域：
本发明是有关于一种电耗检测装置及其电耗检测方法，且特别是有关于一种可自供电的电耗检测装置及其电耗检测方法。
背景技术：
电网的最小单位可从家庭算起，至每一栋大楼或每一小区，最后连结到全国的大电网上。随着气温的变化，早晨与黄昏都有不同的需求与供应，因此，发电厂必须要产出备用电量，以保持电力不虞匮乏。然而，备用电量往往高于实际需求的16% _20%，导致发电厂的负担增大。此外， 虽然有些发电方式(例如水力抽蓄发电)可将部分过剩的电量进行回收，但是回收效率不佳且回收的电量十分有限，浪费的电量仍然相当高。
发明内容
本发明有关于一种自行供电的热电电耗检测装置及其电耗检测方法，藉由取得耗电组件的电耗值，进行耗电供应管制，使发电厂产出对应的电量，降低发电厂的备用电力需求。根据本发明的第一方面，提出一种热电电耗检测装置。电耗检测装置设于一耗电组件上。电耗检测装置包括一热电感测组件、一单芯片处理器及一无线发射�？�。热电感测组件受到耗电组件运转时所产生的表面温差驱动而输出一电压信号。单芯片处理器用以依据电压信号取得耗电组件的一电耗值并据以输出一电耗信号，其中电耗信号含有耗电组件的电耗值的信息。无线发射�？橛靡越逵梢坏缌糠⑸涞绾男藕�。根据本发明的第二方面，提出一种热电电耗检测方法。电耗检测方法包括以下步骤。检测一耗电组件的运转电量，其中一热电感测组件受到耗电组件运转时所产生的表面温差的驱动而输出一电压信号及一电量；依据电压信号取得耗电组件的一电耗值并据以输出一电耗信号，其中电耗信号含有耗电组件的电耗值的信息；以及，藉由电量，以一无线发射�？榉⑸涞绾男藕拧Ｎ硕员痉⒚鞯纳鲜黾捌渌矫嬗懈训牧私猓挛奶鼐俳霞咽凳├⑴浜细酵迹飨晗杆得魅缦�
图1为依照本发明较佳实施例的电耗检测系统的示意图；图2为图1的电耗检测装置的功能方块图；图3为依照本发明另一实施例的电耗检测装置的功能方块图；图4为图1的耗电组件的表面温差与图2的热电感测组件的输出电压的关系图；图5为图2的热电感测组件装设在耗电组件的示意图；图6为图5的热电感测组件与无线发射�？榈牡缧粤邮疽馔�7为本发明一实施态样的多个热电感测组件并联的示意图；图8为本发明另一实施态样的多个热电感测组件串联的示意图；图9为依照本发明较佳实施例的电耗检测方法流程图。其中，附图标记100:电耗检测系统102、202 电耗检测装置104 电耗管理装置106:耗电组件108、108'热电感测组件108a 第一面108b 第二面108c 半导体结构层108d、108d' :P型半导体材料108eU08e' :N型半导体材料108f 第一绝缘导热板108g 第二绝缘导热板110:通讯�？�112:电耗数据收集器116:无线发射模块118:散热片120 电源管理系统服务器122 单芯片处理器224:内部电力供应系统Cl 电流El:电量Vl 电压信号Si:电耗信号S2:需求电量信号Q 热
具体实施例方式请参照图1，其为依照本发明较佳实施例的电耗检测系统的示意图。电耗检测系统100包括多个电耗检测装置102及电耗管理装置104。该些电耗检测装置102分别设于不同的耗电组件106上。此处的耗电组件106例如是依靠电力网络的供电而工作的电子装置，例如计算机、家电、冷气机、电冰箱、列表机或复印机等等。电耗检测装置102可为一自驱动(self-powered)电耗检测装置(后续将详细说明)。一般而言，耗电组件106在工作时都会产生热而导致温度上升，耗电组件106的温度因此高于外界的温度，耗电组件106与外界之间的温降方向系朝向外界。在本实施例中，每个电耗检测装置102可检测对应的耗电组件106所导致的温差，并据以产生电耗信号Sl及电量El (电量El为于图2)。电耗信号Sl表示耗电组件106运转状态时的消耗功率，电耗检测装置102使用自产生的电量El发射电耗信号Sl至电耗管理装置104。电耗管理装置104例如是与区域电网连接的服务器，其包括通讯�？�110及电耗数据收集器112。电耗管理装置104在接收到该些电耗检测装置102所发射的该些电耗信号Sl后，电耗数据收集器112总计该些电耗信号Sl所表示的该些电耗值(该区域电网的耗电量)以取得一总电耗值，通讯模块110据以传送一需求电量信号S2至电源管理系统服务器120，其中需求电量信号S2含有上述总电耗值的信息。上述电源管理系统服务器120 例如为一主服务器，其可汇整所有区域电网的数个电耗管理装置104所传输来的数个总电耗值，以统一进行电量监控。如此一来，藉由电耗检测装置102，发电厂可避免产生过多的备用电量，以减少能源的浪费。另一实施态例中，电耗管理装置104亦可传送需求电量信号S2至电力公司，再由电力公司控制发电厂产生对应的电量。请参照图2，其为图1的电耗检测装置的功能方块图。电耗检测装置102包括热电感测组件108、单芯片处理器122及无线发射�？�116，单芯片处理器122电性连接热电感测组件108与无线发射�？�116。热电感测组件108例如热电芯片(Thermoelectric chip)，当耗电组件106开始运转时，所产生的热量可造成表面温差，此表面温差可驱动热电感测组件108发出电压信号Vl及电量El。单芯片处理器122使用电量El作为能量且依据电压信号Vl取得耗电组件106的电耗值并据以输出电耗信号Si，其中电耗信号Sl含有耗电组件106的电耗值。无线发射�？�116使用电量El作为发射信号的能量而发射电耗信号Si。在另一实施例中，请参照图3，其为依照本发明另一实施例的电耗检测装置的功能方块图。电耗检测装置202更包括内部电力供应系统224，用以提供电量E1。进一步地说， 电耗检测装置202的热电感测组件108可仅作为传感器之用，单芯片处理器122及无线发射�？�116所需的电量El由内部电力供应系统2 供应。内部电力供应系统2 例如是电池。或者，于其它实施例中，电量El可由一外部电力供应系统(未绘示)提供。上述依据电压信号Vl取得耗电组件106的电耗值的方式有多种实现方法。例如， 比对一数据库(未绘示)内的电耗值数据，以取正确的电耗值；或者，可依据校正公式或校正曲线计算出对应电耗信号Sl的电耗值。其中，数据库、校正公式或校正曲线例如是储存于电耗检测装置102的单芯片处理器122内部。当耗电组件106于不同运转状态时，表面温差会随之变化，因此可造成热电感测组件108发出不同的seeback电压，此seeback电压信号与温差成正比，如图4所示，其为图1的耗电组件的表面温差与图2的热电感测组件输出电压的关系图。热电感测组件108的结构简单、无机械动件、使用寿命长且运作时无噪音。热电感测组件108可应用厚膜制程完成，直接于导热基板上进行成长所组成。厚模制程例如电化学方法、离心力下固化法(Solidification)、液相成长法与Bridgman长晶法。热电感测组件108可形成如纳米线的形式，以增加输出功率密度。纳米线可由基材中直接成长形成，以降低接触阻抗。呈纳米线形式的热电感测组件108可直接贴附于耗电组件106的表面，直接回收耗电组件106的热而进行发电。
请参照图5及图6，图5为图2的热电感测组件装设在耗电组件的示意图，图6为图5的热电感测组件与无线发射模块的电性连接示意图。热电感测组件108具有相对的第一面108a与第二面108b并包括半导体结构层108c、第一绝缘导热板108f及第二绝缘导热板108g。其中，半导体结构层108c由P型半导体材料108d及N型半导体材料108e所组成的多组热电偶(Thermocouple)组合而成，每一热电偶皆可藉由温差而形成电流。半导体结构层108c、P型半导体材料108d及N型半导体材料108e位于第一绝缘导热板108f与第二绝缘导热板108g之间，热电感测组件108的第一面108a接触耗电组件106，而热电感测组件108的第二面108b朝向外界。此外，电耗检测装置102更包括散热片118，其设于热电感测组件108的第二面 108b上，藉由散热片118可将热Q对流至外界，以造成热电感测组件108的第一面108a与第二面108b之间更显著的温差。当第一面108a与第二面108b的温差愈大时，所产生的电压亦愈大。于其它实施态样中，电耗检测装置102亦可省略散热片118。如图6所示，当耗电组件106所产生的热Q使第一面108a的温度高于第二面108b 的温度时，产生电流Cl，将热电组件连接于无线发射�？�116，如此一来，电流Cl形成回路而供电给无线发射�？�116，使无线发射�？�116顺利发射电耗信号Si。此外，可藉由串联或并联热电感测组件108来输出不同的电流及电压，以符合无线发射�？�116的输入需求。举例来说，以并联为例，请参照图7，其为本发明一实施态样的多个热电感测组件并联的示意图。热电感测组件108的P型半导体材料108d与热电感测组件108，的P型半导体材料108d’电性连接且热电感测组件108的N型半导体材料108e 与热电感测组件108’的N型半导体材料108e ’电性连接而构成一并联结构，该并联结构可输出更大的电流。又例如，以串联为例，请参照图8，其为本发明另一实施态样的多个热电感测组件串联的示意图。热电感测组件108的N型半导体材料108e与热电感测组件108’的P型半导体材料108d’电性连接而构成一串联结构，该串联结构可输出更大的电压。较佳但非限定地，热电感测组件108在温差5°C下输出每平方公分至少20毫瓦特 (mff/cm2)的能量，其中该面积为热电感测组件108中接触耗电组件的表面，以本实施例来讲，即热电感测组件108的第一面108a的面积。藉由挑选不同种类或性能的热电感测组件 108可达成预期功率的输出。例如当热电感测组件108的热电转换系数愈大或热电感测组件108的厚度愈薄时，热电感测组件108的输出功率愈大，较佳但非限定地，热电感测组件108的厚度约介于0. 35毫米(mm)至0. 75mm之间；或者，亦可透过上述串联/并联多个热电感测组件108的方式来增加热电感测组件108的输出功率。请同时参照图9及图1至图2，图9为依照本发明较佳实施例的电耗检测方法流程图。于步骤S102中，检测耗电组件106的运转电量。其中热电感测组件108受到耗电组件106运转时所产生的表面温差的驱动而输出电压信号Vl及电量El。然后，于步骤S104中，单芯片处理器122依据电压信号Vl取得耗电组件106的电耗值并据以输出电耗信号Si，其中电耗信号Sl含有耗电组件106的电耗值的信息。然后，于步骤S106中，无线发射�？�116藉由电量El持续地发射电耗信号Si。由于温差持续地发生，热电感测组件108持续地输出电量El及电耗信号Sl至无线发射�？�116，无线发射模块116藉由持续供应的电量Wl，持续地发射电耗信号Sl (步骤 S106)。然而，当电耗管理装置104未收到电耗信号Sl时，表示耗电组件106处在不工作 (不耗电)状态。进一步地说，当耗电组件106不工作时便不会热，因此，步骤S104中的热电感测组件108及电耗检测装置102处于休眠状态。由于不需额外供给待机电力给电耗检测装置，因此可降低电耗检测装置102的电力供应。然后，于步骤S108中，电耗管理装置104的电耗数据收集器112总加接收到的数个电耗信号Si所表示的数个电耗值，以取得一总电耗值。然后，于步骤SllO中，电耗管理装置104的通讯�？�110传送一需求电量信号S2 至电力公司或电源管理系统服务器120。其中，需求电量信号S2含有该总电耗值的信息。之后，电源管理系统服务器120在接收由数个电耗管理装置104所传送的数个需求电量信号S2后，统一进行电量监控。其中，该些电耗管理装置104可连接(或通讯)于单个或分别连接于数个区域电网，而电源管理系统服务器120可连接于电力公司的内部或外部。本发明上述实施例所公开的电耗检测装置、电耗管理装置、电耗检测系统及其电耗检测方法，藉由取得耗电组件的电耗值，使发电厂产出对应的电量，以降低发电厂的负担。此外，由于电耗检测装置的用电可自我提供，在此情况下不需使用到外部电源。综上所述，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求保护范围所界定者为准。
权利要求
1.一种热电电耗检测装置，设于一耗电组件上，其特征在于，该电耗检测装置包括一热电感测组件，受到该耗电组件运转时所产生的表面温差的驱动而输出一电压信号；一单芯片处理器，用以依据该电压信号取得该耗电组件的一电耗值并据以输出一电耗信号，其中该电耗信号含有该耗电组件的该电耗值的信息；以及一无线发射�？椋靡越逵梢坏缌糠⑸涓玫绾男藕�。
2.如权利要求1所述的热电电耗检测装置，其特征在于，该热电感测组件具有相对的一第一面与一第二面，该第一面与该第二面其中之一接触该耗电组件。
3.如权利要求2所述的热电电耗检测装置，其特征在于，该热电感测组件具有一P型半导体材料及一 N型半导体材料，该P型半导体材料及该N型半导体材料电性连接于该无线发射�？�。
4.如权利要求2所述的热电电耗检测装置，其特征在于，还包括一散热片，设于该第一面与该第二面的其中另一。
5.如权利要求1所述的热电电耗检测装置，其特征在于，还包括多个热电感测组件，该些热电感测组件并联。
6.如权利要求1所述的热电电耗检测装置，其特征在于，还包括多个热电感测组件，该些热电感测组件串联。
7.如权利要求1所述的热电电耗检测装置，其特征在于，该电量由一外部电力供应系统提供。
8.如权利要求1所述的热电电耗检测装置，其特征在于，还包括一内部电力供应系统，用以提供该电量。
9.如权利要求1所述的热电电耗检测装置，其特征在于，该热电感测组件受到该耗电组件运转时所产生的表面温差的驱动而输出该电量。
10.如权利要求1所述的热电电耗检测装置，其特征在于，一电耗管理装置用以接收该电耗信号，该电耗管理装置包括一通讯�？榧耙坏绾氖菔占鳎玫绾墓芾碜爸媒邮盏蕉喔龈玫绾男藕藕螅玫绾氖菔占髯芗聘眯┑绾男藕潘硎镜亩喔龈玫绾闹担匀〉靡蛔艿绾闹担猛ㄑ赌？橛靡源鸵恍枨蟮缌啃藕牛眯枨蟮缌啃藕藕懈米艿绾闹档男偶�、O
11.如权利要求10所述的热电电耗检测装置，其特征在于，一电源管理系统服务器汇整多个该电耗管理装置所传来的多个该需求电量信号，以统一进行电量监控。
12.一种热电电耗检测方法，其特征在于，包括检测一耗电组件的运转电量，其中一热电感测组件受到该耗电组件运转时所产生的表面温差的驱动而输出一电压信号；依据该电压信号取得该耗电组件的一电耗值并据以输出一电耗信号，其中该电耗信号含有该耗电组件的该电耗值的信息；以及藉由一电量，以一无线发射�？榉⑸涓玫绾男藕�。
13.如权利要求12所述的热电电耗检测方法，其特征在于，还包括一外部电力供应系统提供该电量。
14.如权利要求12所述的热电电耗检测方法，其特征在于，还包括一内部电力供应系统提供该电量。
15.如权利要求12所述的热电电耗检测方法，其特征在于，于检测该耗电组件的运转电量的该步骤中，该热电感测组件受到该耗电组件运转时所产生的表面温差的驱动而输出该电量。
16.如权利要求12所述的热电电耗检测方法，其特征在于，还包括总加接收到的多个该电耗信号所表示的该些电耗值，以取得一总电耗值；以及传送一需求电量信号，该需求电量信号含有该总电耗值的信息。
17.如权利要求16所述的热电电耗检测方法，其特征在于，一电耗管理装置用以接收该些电耗信号，该电耗管理装置包括一通讯�？榧耙坏绾氖菔占鳎玫绾墓芾碜爸媒邮盏礁眯┑绾男藕藕螅玫绾氖菔占髯芗聘眯┑绾男藕潘硎镜母眯┑绾闹担匀〉靡蛔艿绾闹担猛ㄑ赌？橛靡源鸵恍枨蟮缌啃藕牛眯枨蟮缌啃藕藕懈米艿绾闹档男偶纭ⅵ�
18.如权利要求17所述的热电电耗检测方法，其特征在于，还包括接收由多个该电耗管理装置所传送的多个该需求电量信号，以统一进行电量监控。
全文摘要
本发明公开了一种热电电耗检测装置及方法。电耗检测装置设于耗电组件上。电耗检测装置包括热电组件、单芯片处理器及无线发射模块。热电组件利用耗电组件运转时，耗电组件表面所产生的温差驱动热电组件由休眠状态启动并进行感测，并输出监测信号及电力。热电组件所产生的电力可做为供给无线发射�？榧暗バ酒砥魇褂茫虼丝梢悦獬獠康缭吹墓┯�。无线发射�？榻逵筛眉嗖庑藕欧⑸涞绾男藕牛杏玫绻芸氐墓τ�。
文档编号G01R22/04GK102486494SQ201110003849
公开日2012年6月6日 申请日期2011年1月4日 优先权日2010年12月1日
发明者周雅文, 徐晓萱, 陈奕瑞 申请人:财团法人工业技术研究院
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