DE102008004269A1 - Energieversorgungseinrichtung für Nebenaggregate und Betriebsverfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung für Nebenaggregate (7, 8), beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Lastkraftwagen, umfassend einen von einem Motor (1) angetriebenen Generator (3) und einen zur Versorgung mindestens eines Nebenaggregats (7, 8) bestimmten und vom Generator (3) gespeisten Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzer (5, 6) mit Gleichspannungszwischenkreis, bei dem die Erregung des Generators (3) abhängig von dem Energiebedarf der Nebenaggregate (7, 8) eingestellt werden kann. Dazu wird in einem ersten Regelkreis (14, 10, 4) der Erregerstrom für den Genrator (3) eingestellt, während in einem zweiten Regelkreis die Zwischenkreisspannung überwacht wird und ein Sollwert für den Erregerstrom ermittelt wird. Auf diese Weise kann die vom Generator (3) erzeugte elektrische Leistung stets optimal auf den Leistungsbedarf der angeschlossenen Nebenaggregate (7, 8) angepasst werden. Vorzugsweise kann bei Bedarf auch vorgesehen sein, die Leerlaufdrehzahl des den Generator (3) antreibenden Motors (1) zu erhöhen, um die erforderliche Leistung zur Verfügung stellen zu können.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung für Nebenaggregate, umfassend einen von einem Motor angetriebenen Generator und einen zur Versorgung mindestens eines Nebenaggregats bestimmten und vom Generator gespeisten Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzer mit Gleichspannungszwischenkreis, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energieversorgungseinrichtung.
  • Eine derartige Energieversorgungseinrichtung ist beispielsweise in der US 6,622,505 B2 offenbart. Diese betrifft eine Energieversorgungseinrichtung für eine Kühlanlage in einem Lastwagen, bei der ein Generator vom Hauptmotor des Lastwagens angetrieben wird und eine Wechselspannung erzeugt. Die vom Generator erzeugte Wechselspannung wird zunächst gleichgerichtet und dann wieder wechselgerichtet, wobei durch die Einstellung von Spannung und/oder Frequenz des Ausgangs des Wechselrichters, der auch ein Dreiphasensystem zur Verfügung stellen kann, die benötigte Leistung für die Kühlanlage eingestellt werden kann. Dabei können am Ausgang des Gleichspannungszwischenkreises zwei Wechselrichter vorgesehen werden, die zum Betrieb verschiedener Aggregate, beispielsweise eines Kompressors und eines Ventilators der Kühlanlage, dienen können. Die an die Aggregate abgegebene Leistung kann dabei abhängig vom Bedarf der Kühlanlage eingestellt werden, wozu verschiedene Systemparameter gemessen werden.
  • Der Generator muss also die an den Ausgängen der Wechselrichter entnommene Leistung bereitstellen, wobei aber lediglich die vom Motor drehzahlabhängig abnehmbare Maximalleistung über eine Kennlinie berücksichtigt wird. Wenn die zum Betrieb der Kühlanlage erforderliche Leistung größer ist als die vom Motor zur Verfügung gestellte – beispielsweise wenn der Motor im Leerlauf weniger Energie zur Verfügung stellt –, dann muss durch den Regelalgorithmus mindestens eines der Aggregate heruntergefahren werden, um mit der verfügbaren Energie auszukommen. Es ist somit nicht auszuschließen, dass unter Umständen die Kühlung des transportierten Guts nicht in einwandfreier Weise gewährleistet werden kann und beispielsweise in dem Lastwagen transportierte empfindliche Ware beeinträchtigt werden kann.
  • Es stellt sich also die Aufgabe, eine Energieversorgungseinrichtung für Nebenaggregate zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, den jeweiligen Energiebedarf der versorgten Nebenaggregate möglichst gut zu decken.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Energieversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche über eine Einrichtung zur Einstellung der Erregung des Generators verfügt, die so eingerichtet ist, dass die Erregung des Generators abhängig von einem am Ausgang des Generators oder/und im Gleichspannungszwischenkreis gemessenen Spannungswert eingestellt wird. Durch die so geschaffene Möglichkeit, die Erregung des Generators einzustellen, kann direkt auf die vom Generator zur Verfügung gestellte Ausgangsspannung Einfluss genommen werden. Dazu kann ein am Ausgang des Generators oder/und im Gleichspannungszwischenkreis gemessener Spannungswert mit einem Sollwert verglichen werden und aus der Differenz die nötige Anpassung der Erregung des Generators ermittelt werden, wobei vorzugsweise eine Regelkreisstruktur eingesetzt werden kann.
  • Der Generator ist vorzugsweise ein fremderregter Synchrongenerator oder ein Asynchrongenerator. Im ersten Fall kann es vorgesehen werden, eine Erregermaschine und einen Erregergleichrichter zur Zuführung einer zur Erregung erforderlichen elektrischen Energie vorzusehen. Alternativ kann die zur Erregung erforderliche elektrische Energie auch durch mindestens ein Schleifringpaar zugeführt werden. Wird ein Asynchrongenerator eingesetzt, so kann ein selbstgeführter Gleichrichter zur Einstellung eines Magnetisierungsstroms des Generators vorgesehen werden. Dieser selbstgeführte Gleichrichter kann als Eingangsgleichrichter des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers eingesetzt werden und beispielsweise als aktiver Gleichrichter in Form eines selbstgeführten Stromrichters in Drehstrombrückenschaltung ausgebildet sein.
  • Der Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzer kann beispielsweise einen Gleichrichter als Eingang und mindestens einen Wechselrichter als Ausgang umfassen, wobei der Gleichrichter und der mindestens eine Wechselrichter über den Gleichspannungszwischenkreis verbunden sind. Es wird so die vom Generator abgegebene Wechselspannung zunächst gleichgerichtet und über den Gleichspannungszwischenkreis dem mindestens einen Wechselrichter zugeführt, dessen Ausgangsspannung wiederum in bekannter Weise hinsichtlich ihrer Amplitude und/oder Frequenz eingestellt werden kann. Dabei kann der mindestens eine Wechselrichter auch eine mehrphasige, insbesondere dreiphasige, Wechselspannung, etwa in Form eines Drehspannungssystems, zur Verfügung stellen. Es können mehrere Wechselrichter vorgesehen werden, die von dem einen Gleichspannungszwischenkreis gespeist werden, um mehrere Nebenaggregate unabhängig voneinander mit elektrischer Energie zu versorgen. Am Ausgang des oder der Wechselrichter kann auch jeweils ein Filter angeschlossen sein, das insbesondere bei einer PWM-Ansteuerung des oder der Wechselrichter für eine Glättung sorgen kann.
  • Ferner kann eine erste Regeleinrichtung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, aus Messwerten und/oder Vorgabewerten Sollwerte für Stellgrößen des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers zu ermitteln. Dabei kann die erste Regeleinrichtung eingerichtet sein, aus den Messwerten und/oder Vorgabewerten eine Ausgangsfrequenz für den mindestens einen Wechselrichter zu ermitteln. Diese Ausgangsfrequenz kann auf ein vorherbestimmtes Intervall, beispielsweise zwischen 25 Hz und 70 Hz, begrenzt sein. Weiterhin kann im Gleichspannungszwischenkreis ein Spannungsregler vorgesehen sein, wobei der Spannungsregler eingerichtet ist, die Zwischenkreisspannung im Gleichspannungszwischenkreis abhängig von einem von der ersten Regeleinrichtung ermittelten Sollwert einzustellen. Auch diese Zwischenkreisspannung kann auf ein vorherbestimmtes Intervall, beispielsweise zwischen 200 V und 800 V, begrenzt werden.
  • Die erste Regeleinrichtung kann mit Sensoren zur Messung des Erregerstroms und/oder der Ausgangsspannung des Generators und/oder der Zwischenkreisspannung verbunden sein und eingerichtet sein, Messwerte von den jeweiligen Sensoren entgegenzunehmen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die erste Regeleinrichtung auf Grundlage eines Sollwerts einer Stellgröße des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers und eines Messwerts der Stellgröße und/oder eines Sollwerts der Ausgangsspannung des Generators und eines Messwerts dieser Ausgangsspannung einen Sollwert eines Erregerstroms oder Magnetisierungsstroms des Generators zu ermitteln. Dabei kann die erste Regeleinrichtung auch die jeweiligen Sollwerte selbst bestimmen, beispielsweise auf Basis externer Vorgabewerte, wie weiter unten noch beschrieben wird. Die Einstellung des Erregerstroms kann dabei vorzugsweise in Form eines geschlossenen Regelkreises erfolgen. Auf diese Weise kann entsprechend den Anforderungen des Betriebs der Nebenaggregate die im Generator erforderliche Erregung bestimmt und entsprechend eingestellt werden. Unter Zuhilfenahme eines derartigen rückgekoppelten Regelkreises kann der tatsächliche, gemessene Erregerstrom dem Sollwert möglichst nahe angenähert werden und auch bei Änderungen des Sollwerts diesem nachgeführt werden. Der erforderliche Erregerstrom wird dabei von dem überlagerten Zwischenkreisspannungsregler, der ebenfalls in der ersten Regeleinrichtung integriert sein kann, berechnet und dem Generator beispielsweise über einen Erregerstromrichter zugeführt.
  • Weiterhin kann die Regeleinrichtung eingerichtet sein, auf Basis von Messwerten aus den Sensoren einen Betriebszustand von Komponenten der Energieversorgungseinrichtung zu bestimmen. Dabei können beispielsweise Messgrößen wie Generatorstrom und -spannung, Ausgangsstrom und -spannung, Zwischenkreisspannung etc. erfasst werden und unter anderem zum Überlastschutz der Komponenten der Energieversorgungseinrichtung, also etwa des Generators, des Wechselrichters etc. oder auch der betriebenen Nebenaggregate herangezogen werden. Dabei kann in der Regeleinrichtung insbesondere ein Überspannungs- und/oder Überstromschutz vorgesehen werden.
  • Neben der ersten Regeleinrichtung kann eine zweite Regeleinrichtung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, Messwerte und/oder Vorgabewerte aus den Nebenaggregaten entgegenzunehmen und auf Basis der Messwerte und/oder Vorgabewerte eine Leistungsanforderung der Nebenaggregate zu bestimmen. Dabei kann die zweite Regeleinrichtung beispielsweise Temperaturen, Drücke und andere Messgrößen in den Nebenaggregaten erfassen und daraus deren Leistungsanforderung bestimmen, im Falle einer Kühlanlage also etwa die erforderliche Kühlleistung bestimmen.
  • Dabei kann zwischen der ersten Regeleinrichtung und der zweiten Regeleinrichtung eine Verbindung zum Austausch von Messwerten oder/und ermittelten Sollwerten vorgesehen sein, wobei auch die erste und zweite Regeleinrichtung in einer einzigen Regeleinrichtung zusammengefasst sein können.
  • Zwischen dem Motor und dem Generator kann eine übliche Getriebeeinrichtung, etwa in Form eines Riemen-, Planeten- oder Stirnradgetriebes eingesetzt werden. Es kann dann vorgesehen werden, dass abhängig von der erforderlichen Ausgangsspannung des Generators eine Schaltstufe des Getriebes ausgewählt und eingelegt wird. So kann eine einfache Regelung der Drehzahl des Generators ermöglicht werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung kann ferner eine Verbindung zwischen der zweiten Regeleinrichtung und einer Steuereinrichtung für den Motor vorgesehen sein, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, den Motor abhängig von Vorgabewerten von der zweiten Regeleinrichtung anzusteuern. Auf diese Weise kann entsprechend den Energieanforderungen der Nebenaggregate sichergestellt werden, dass der Generator in der Lage ist, die erforderliche Leistung bereitzustellen, wobei erforderlichenfalls die Drehzahl des Motors hochgeregelt wird, falls beispielsweise im Leerlauf die verfügbare Leistung zu gering sein sollte.
  • Ferner kann eine Einrichtung zur Kühlung von Komponenten des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers vorgesehen sein. Dadurch kann eine eventuelle durch die Erwärmung im Betrieb mögliche Überhitzung der Komponenten verhindert werden. Insbesondere wenn ein Nebenaggregat eine Kühleinrichtung ist, können Komponenten des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers so angeordnet sein, dass sie von der Kühleinrichtung gekühlt werden. Dies bietet den Vorteil, dass eine ohnehin schon vorhandene Kühleinrichtung auch zu diesem Zweck mitgenutzt werden kann und keine separate Kühleinrichtung zur Kühlung des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers vorgesehen werden muss.
  • Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung, wobei die Erregung des Generators abhängig von einem am Ausgang des Generators oder/und im Gleichspannungszwischenkreis gemessenen Spannungswert eingestellt wird. Dabei können insbesondere aus Messwerten und/oder Vorgabewerten von dem mindestens einen Nebenaggregat Sollwerte für Stellgrößen des Wechselspannungs-Wechselspannung-Umsetzers ermittelt werden. Insbesondere kann aus diesen Messwerten und/oder Vorgabewerten ein Sollwert einer Ausgangsfrequenz eines vom Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzer umfassten Wechselrichters ermittelt und eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann natürlich auch die Ausgangsspannung des entsprechenden Wechselrichters angesteuert werden. Weiterhin kann aus den Messwerten und/oder Vorgabewerten ein Sollwert einer Zwischenkreisspannung des Gleichspannungszwischenkreises ermittelt und eingestellt werden.
  • Insbesondere kann ein Sollwert eines Erregerstroms oder Magnetisierungsstroms des Generators auf Grundlage eines Sollwerts einer Stellgröße des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers und eines Messwerts dieser Stellgröße ermittelt und eingestellt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Motor auf Grundlage dieses Sollwerts und/oder eines Sollwerts eines Stellgröße des Generators und eines entsprechenden Messwerts angesteuert werden.
  • Im Übrigen ergeben sich erfindungsgemäße Verfahrensabläufe aus der oben beschriebenen Funktionsweise der Komponenten einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren eingehend erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung,
  • 2 ein Blockschaltbild einer alternativen Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung und
  • 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung.
  • Das Blockschaltbild in 1 zeigt eine erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung, umfassend einen von einem Motor 1 über ein Riemengetriebe 2 angetriebenen Generator 3, der hier beispielsweise ein fremderregter Synchrongenerator sein kann und somit an seinem Ausgang eine dreiphasige Wechselspannung zur Verfügung stellt. Die Erregung des Generators 3 kann dabei über einen Stromrichter 4 eingestellt werden. Der Ausgang des Generators 3 ist elektrisch mit einer Gleichrichterschaltung 5 verbunden, die aus der zugeführten Wechselspannung eine Gleichspannung erzeugt. Die von der Gleichrichterschaltung 5 erzeugte Gleichspannung wird von einem Wechselrichter 6 wieder in eine einstellbare Wechselspannung, hier wieder in Form eines Drehspannungssystems umgesetzt. Die so erzeugte Wechselspannung kann zum Betrieb der Nebenaggregate 7, 8 genutzt werden, wobei die Nebenaggregate 7, 8 hier lediglich symbolisch dargestellt sind und beispielsweise Komponenten einer Kühlanlage, etwa Kompressor und Lüfter, aber auch beliebige andere mit elektrischer Energie betriebene Aggregate sein können. Mit Zahlen versehene Schrägstriche durch Verbindungen einzelner Blöcke des Blockschaltbilds in 1 deuten die jeweilige hier vorgesehene Anzahl von Leitungen an, wobei etwa eine „3" andeutet, dass ein dreiphasiges System, insbesondere ein Drehspannungssystem, vorliegt.
  • Die Steuerung der gesamten Energieversorgungseinrichtung wird von der Regeleinrichtung 10 vorgenommen, die ihrerseits als Eingang Vorgabewerte von einer Regeleinheit 12 der Nebenaggregate erhält. Dabei kann die Verbindung zwischen der Regeleinheit 12 und der Regeleinrichtung 10 mit einem analogen oder einem digitalen Signal oder über einen Datenbus erfolgen. Insbesondere in modernen Kraftfahrzeugen sind für die fahrzeuginterne Datenübertragung in dem Fachmann bekannter Weise Bussysteme vorgesehen, die hierzu genutzt werden können.
  • Die Regeleinheit 12 kann beispielsweise die Klimaregeleinheit der Kühlanlage, die die Nebenaggregate 7, 8 umfasst, sein. Diese Regeleinheit 12 erfasst verschiedene Größen, wie beispielsweise Temperaturen oder Drücke und berechnet daraus die zum Betrieb der Nebenaggregate erforderliche Leistung, beispielsweise die benötigte Kühlleistung. Aus dem Signal der Regeleinheit 12 berechnet die Regeleinrichtung 10 die zum Betrieb der Nebenaggregate, also beispielsweise zur Kühlung, erforderliche Zwischenkreisspannung. An die Regeleinrichtung 10 angeschlossen sind verschiedene Sensoren 14, 16, 18, mit denen der vom Stromrichter 4 erzeugte Erregerstrom, die Ausgangsspannung und/oder der Ausgangsstrom des Generators 3 und die Zwischenkreisspannung im Gleichspannungszwischenkreis gemessen werden können. Dabei wird der Erregerstrom mittels eines durch den Sensor 14, die Regeleinrichtung 10 und den Stromrichter 4 gebildeten Regelkreises eingestellt. Über einen zweiten, überlagerten Zwischenkreisspannungsregelkreis wird die Zwischenkreisspannung entsprechend dem Energiebedarf der zu betreibenden Nebenaggregate eingeregelt, wobei ein in der Regeleinrichtung 10 untergebrachter Zwischenkreisspannungsregler die Zwischenkreisspannung mit dem Sensor 18 erfasst und daraus einen Sollwert für den ebenfalls in der Regeleinrichtung 10 enthaltenen Erregerstromregler vorgibt. Es ist dem Fachmann klar, dass bei einem dreiphasigen Ausgang des Generators 3, insbesondere bei einem Drehspannungssystem, auch der Sensor 16 zur Messung der Ausgangsspannung mindestens zwei Messkreise umfassen muss, um die jeweiligen Größen zu erfassen. In der Regel werden jedoch, wie auch in der Figur angedeutet, drei Messkreise eingesetzt, von denen einer redundant ist, um etwa einen Ausfall eines Sensors detektieren zu können.
  • Die Ausgangsspannung des Wechselrichters 6 wird dabei abhängig von der Zwischenkreisspannung in ihrer Frequenz verstellt, wobei die Frequenz der Ausgangsspannung auch in einem bestimmten Frequenzbereich, beispielsweise zwischen 25 Hz und 70 Hz, begrenzt werden kann.
  • Falls sich die mit dem Sensor 16 gemessene erforderliche Ausgangsspannung des Generators trotz Einstellung des Erregerstroms mittels des Stromrichters 4 nicht erzeugen lassen sollte, so kann die Regeleinrichtung 10 über eine Verbindung mit dem Motorsteuergerät 20 dafür sorgen, bei Bedarf die Leerlaufdrehzahl des Motors 1 zu erhöhen. Die Verbindung zwischen der Regeleinrichtung 10 und dem Motorsteuergerät 20 kann dabei analog zu derjenigen zwischen der Regeleinheit 12 und der Regeleinrichtung 10 mit einem analogen Signal, einem digitalen Signal oder über einen Datenbus realisiert werden. Es ist dabei hervorzuheben, dass eine derartige Verbindung zwischen der Regeleinrichtung 10 und dem Motorsteuergerät 20 nicht zwingend vorhanden sein muss, sondern nur vorteilhafterweise vorgesehen werden kann.
  • In der in 1 gezeigten Ausbildungsform der Energieversorgungseinrichtung werden die beiden Nebenaggregate 7 und 8 von einem einzigen Wechselrichter 6 mit elektrischer Energie versorgt, erhalten also beide im Wesentlichen dieselbe Versorgungsspannung. Alternativ dazu kann auch eine Ausbildungsform vorgesehen sein, wie sie in 2 gezeigt ist. Diese entspricht im Wesentlichen der Energieversorgungseinrichtung aus 1, jedoch sind hier am Ausgang der Gleichrichterschaltung 5 zwei Wechselrichter 6 und 6' vorgesehen, wobei der erste Wechselrichter 6 das erste Nebenaggregat 7 und der zweite Wechselrichter 6' das zweite Nebenaggregat 8 versorgt. Durch eine unterschiedliche Ansteuerung der beiden Wechselrichter 6, 6' kann nun den beiden Nebenaggregaten 7, 8 jeweils eine bezüglich Spannung und/oder Frequenz unterschiedliche Versorgungsspannung zugeführt werden, um deren eventuell unterschiedlichen Energiebedarf zu decken. So kann beispielsweise das erste Nebenaggregat 7 ein Kompressor für eine Kühlanlage sein, während das zweite Nebenaggregat 8 ein Lüfter für die Kühlanlage ist. Hierbei benötigt der Kompressor 7 mehr Energie zum Betrieb als der Lüfter 8, so dass die Ausgangsspannung der Wechselrichter 6, 6' entsprechend angepasst werden kann. In gleicher Weise können auch mehr als zwei Wechselrichter 6, 6' vorgesehen werden, um eine Vielzahl verschiedener Nebenaggregate, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, zu betreiben.
  • Wie die Beschreibung der in den 1 und 2 dargestellten Ausbildungsformen der Erfindung deutlich macht, kann also die Erregung des Generators 3 abhängig von dem Energiebedarf der Nebenaggregate 7 und 8 eingestellt werden, indem in einem ersten Regelkreis 14, 10, 4 der Erregerstrom für den Generator 3 eingestellt wird, während in einem zweiten, überlagerten Regelkreis die Zwischenkreisspannung überwacht wird und daraus ein Sollwert für den Erregerstrom ermittelt wird. Auf diese Weise kann die vom Generator 3 erzeugte Ausgangsspannung stets optimal auf den Leistungsbedarf der angeschlossenen Nebenaggregate 7 und 8 angepasst werden.
  • Eine weitere Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung ist in 3 dargestellt. In dieser Ausbildungsform ist als Generator 3 ein Asynchrongenerator 3 vorgesehen, der wiederum vom Motor 1 über ein Riemengetriebe 2 angetrieben wird. Zum Gleichrichten der Ausgangsspannung des Generators kommt hier ein selbstgeführter Stromrichter 5a in Drehstrombrückenschaltung als aktiver Gleichrichter zum Einsatz. Die Regeleinrichtung 10 stellt über den so gebildeten selbstgeführten Gleichrichter 5a den Magnetisierungsstrom des Asynchrongenerators 3 ein, der wiederum unmittelbar die Ausgangsspannung des Asynchrongenerators 3 beeinflusst. Dadurch können im Vergleich zu den in den 1 und 2 gezeigten Ausbildungsformen der Erregerstromrichter 4 und der entsprechende Sensor 14 entfallen. Über die Ausgangsspannung des Asynchrongenerators kann somit die Zwischenkreisspannung eingeregelt werden und so die zum Betrieb der Nebenaggregate 7, 8 erforderliche Leistung bereitgestellt werden.
  • Die übrigen in 3 dargestellten Komponenten der Energieversorgungseinrichtung entsprechen den in 1 bzw. 2 dargestellten, wobei aber beispielsweise auch nur ein Wechselrichter 6 zur Ansteuerung beider Nebenaggregate 7, 8 analog zu dem in 1 gezeigten vorgesehen werden kann.
  • Eine erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung kann in vielfältiger Weise eingesetzt werden, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Lastwagen, aber auch an Bord eines Schiffes oder Flugzeugs, auf einer Eisenbahn oder in einem Container, aber auch stationär in Gebäuden etc.. Beim Einsatz in motorbetriebenen Fahr- und Fluggeräten kann als Motor zum Antrieb des Generators vorzugsweise ein ohnehin vorhandener Motor, der beispielsweise der Hauptmotor des Fahr- oder Fluggerätes ist, eingesetzt werden; es kann aber auch ein separater Motor eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6622505 B2 [0002]

Claims (36)

  1. Energieversorgungseinrichtung für Nebenaggregate (7, 8), umfassend einen von einem Motor (1) angetriebenen Generator (3) und einen zur Versorgung mindestens eines Nebenaggregats (7, 8) bestimmten und vom Generator (3) gespeisten Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzer (5, 5a; 6) mit Gleichspannungszwischenkreis, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (4) zur Einstellung der Erregung des Generators (3), die so eingerichtet ist, dass die Erregung des Generators (3) abhängig von einem am Ausgang des Generators (3) oder/und im Gleichspannungszwischenkreis gemessenen Spannungswert (16, 18) eingestellt wird.
  2. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (3) ein fremderregter Synchrongenerator oder ein Asynchrongenerator ist.
  3. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Erregermaschine und einen Erregergleichrichter zur Zuführung einer zur Erregung erforderlichen elektrischen Energie.
  4. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens ein Schleifringpaar zur Zuführung einer zur Erregung erforderlichen elektrischen Energie.
  5. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen selbstgeführten Gleichrichter (5a) zur Einstellung eines Magnetisierungsstroms des Generators (3).
  6. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzer (5, 5a; 6) einen Gleichrichter (5, 5a) als Eingang und mindestens einen Wechselrichter (6, 6') als Ausgang umfasst, wobei der Gleichrichter (5, 5a) und der mindestens eine Wechselrichter (6, 6') über den Gleichspannungszwischenkreis verbunden sind.
  7. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein am Ausgang des mindestens einen Wechselrichters (6, 6') angeschlossenes Filter.
  8. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Regeleinrichtung (10), die eingerichtet ist, aus Messwerten und/oder Vorgabewerten Sollwerte für Stellgrößen des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers (5, 5a; 6) zu ermitteln.
  9. Energieversorgungseinrichtung nach dem auf Anspruch 6 oder 7 rückbezogenen Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regeleinrichtung (10) eingerichtet ist, aus den Messwerten und/oder Vorgabewerten eine Ausgangsfrequenz für den mindestens einen Wechselrichter (6, 6') zu ermitteln.
  10. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Begrenzung der Ausgangsfrequenz auf ein vorherbestimmtes Intervall.
  11. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch einen Spannungsregler für den Gleichspannungszwischenkreis, wobei der Spannungsregler eingerichtet ist, die Zwischenkreisspannung im Gleichspannungszwischenkreis abhängig von einem von der ersten Regeleinrichtung (10) ermittelten Sollwert einzustellen.
  12. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Begrenzung der Zwischenkreisspannung auf ein vorherbestimmtes Intervall.
  13. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regeleinrichtung (10) mit Sensoren (14, 16, 18) zur Messung des Erregerstroms und/oder der Ausgangsspannung des Generators und/oder der Zwischenkreisspannung verbunden ist und eingerichtet ist, Messwerte von den jeweiligen Sensoren (14, 16, 18) entgegenzunehmen.
  14. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regeleinrichtung (10) eingerichtet ist, auf Grundlage eines Sollwerts einer Stellgröße des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers (5, 5a; 6) und eines Messwerts der Stellgröße und/oder eines Sollwerts einer Ausgangsspannung des Generators (3) und eines Messwerts der Ausgangsspannung einen Sollwert eines Erregerstroms oder Magnetisierungsstroms des Generators (3) zu ermitteln.
  15. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Regelkreis (4, 14, 10) zur Regelung der Erregung des Generators.
  16. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regeleinrichtung (10) eingerichtet ist, auf Basis von von den Sensoren (14, 16, 18) entgegengenommenen Messwerten einen Betriebszustand von Komponenten der Energieversorgungseinrichtung zu bestimmen.
  17. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Regeleinrichtung (12), die eingerichtet ist, Messwerte und/oder Vorgabewerte aus den Nebenaggregaten (7, 8) entgegenzunehmen und auf Basis der Messwerte und/oder Vorgabewerte eine Leistungsanforderung der Nebenaggregate (7, 8) zu bestimmen.
  18. Energieversorgungseinrichtung nach dem auf einen der Ansprüche 8 bis 16 rückbezogenen Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Verbindung zwischen der ersten Regeleinrichtung (10) und der zweiten Regeleinrichtung (12).
  19. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Regeleinrichtung (10, 12) in einer einzigen Regeleinrichtung zusammengefasst sind.
  20. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Anspürche, gekennzeichnet durch eine Getriebeeinrichtung (2) zwischen dem Motor (1) und dem Generator (3).
  21. Energieversorgungseinrichtung nach dem auf einen der Ansprüche 8 bis 19 rückbezogenen Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regeleinrichtung (10) eingerichtet ist, abhängig von einer Drehzahl des Motors (1) und eines Sollwerts der Ausgangsspannung des Generators (3) eine Schaltstufe der Getriebeeinrichtung (2) auszuwählen.
  22. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 21, gekennzeichnet durch eine Verbindung zwischen der ersten Regeleinrichtung (10) und einer Steuereinrichtung (20) für den Motor (1), wobei die Steuereinrichtung (20) eingerichtet ist, den Motor (1) abhängig von Vorgabewerten von der ersten Regeleinrichtung (10) anzusteuern.
  23. Energieversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Kühlung von Komponenten des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers (5, 5a; 6).
  24. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nebenaggregat (7, 8) eine Kühleinrichtung ist und Komponenten des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers (5, 5a; 6) so angeordnet sind, dass sie von der Kühleinrichtung gekühlt werden.
  25. Verfahren zum Betrieb einer Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung des Generators (3) abhängig von einem am Ausgang des Generators (3) oder/und im Gleichspannungszwischenkreis gemessenen Spannungswert (16, 18) eingestellt wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass aus Messwerten und/oder Vorgabewerten Sollwerte für Stellgrößen des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers (5, 5a; 6) ermittelt werden.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messwerten und/oder Vorgabewerten eine Ausgangsfrequenz für den mindestens einen Wechselrichter (6, 6') ermittelt wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsfrequenz auf ein vorherbestimmtes Intervall begrenzt wird.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisspannung im Gleichspannungszwischenkreis abhängig von einem von der ersten Regeleinrichtung (10) ermittelten Sollwert eingestellt wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisspannung auf ein vorherbestimmtes Intervall begrenzt wird.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage eines Sollwerts einer Stellgröße des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers (5, 5a; 6) und eines Messwerts der Stellgröße und/oder eines Sollwerts einer Ausgangsspannung des Generators (3) und eines Messwerts der Ausgangsspannung ein Sollwert eines Erregerstroms oder Magnetisierungsstroms des Generators (3) ermittelt wird.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis von von Sensoren (14, 16, 18) entgegengenommenen Messwerten ein Betriebszustand von Komponenten der Energieversorgungseinrichtung bestimmt wird.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis von Messwerten und/oder Vorgabewerten aus den Nebenaggregaten (7, 8) eine Leistungsanforderung der Nebenaggregate (7, 8) bestimmt wird.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer Drehzahl des Motors (1) und einem Sollwert der Ausgangsspannung des Generators (3) eine Schaltstufe einer Getriebeeinrichtung (2) ausgewählt und eingestellt wird.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) abhängig von einem Sollwert der Ausgangsspannung des Generators (3) in seiner Drehzahl eingestellt wird.
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten des Wechselspannungs-Wechselspannungs-Umsetzers (5, 5a; 6) gekühlt werden.
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