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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Transportfahrzeug mit einer Mehrzahl
elektrischer Maschinen, einem Gleichstromzwischenkreis und einer
Einspeiseeinrichtung, sowie mit Stromrichtern, über die die
elektrischen Maschinen an den Gleichstromzwischenkreis angeschlossen
sind, und mit wenigstens einem Stromrichter, über den die
Einspeiseeinrichtung elektrische Energie in den Gleichstromzwischenkreis
einspeisen kann.
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Ein
solches Transportfahrzeug ist aus der
DE 10 2004 028 353 A1 bekannt.
Diese Schrift beschreibt ein Energiemanagementsystem für
ein Transportfahrzeug, insbesondere für ein kraftstoffelektrisches
Fahrzeug mit einer Energiequelle, einem Energiezwischenspeicher,
und einem elektrischen Energieverbraucher, insbesondere einem elektrischen
Antrieb. Als Energiequelle wird ein Dieselmotor offenbart, der Generatoren
antreibt.
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Die
Generatoren speisen ihren Strom über erste Stromrichter
und ein Energiebussystem in eine als Energiespeicher dienende Anordnung
von Kondensatoren oder eine Batterie. Bei abgestelltem Dieselmotor
wird in dem Energiezwischenspeicher noch so viel Energie vorgehalten,
dass der Dieselmotor mit dieser Energie und einem dann als Motor
fungierenden Generator startbar ist.
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Die
Kondensatoren und/oder die Batterie sind über weitere Stromrichter
des Energiebussystems mit elektrischen Fahrwerksmotoren, einem elektrischen
Laufkatzenantrieb, einer elektrisch angetriebenen Hebevorrichtung
und einer elektrischen Hilfseinrichtung, beispielsweise einer Sensorvorrichtung
verbunden.
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Die
Stromrichter sind als rückspeisefähige Stromrichter
realisiert. Eine Rückspeisung erfolgt beispielsweise dann,
wenn eine Last abgesenkt wird und ein beteiligter elektrischer Motor
im generatorisch betrieben wird und dabei als Bremseinrichtung arbeitet.
Ein weiterer Anwendungsfall ist dann gegeben, wenn eine sich bewegende
Transporteinrichtung gebremst werden soll. Auch dabei ist der beteiligte
elektrische Motor im generatorischen Betrieb als Motorbremse nutzbar.
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Alle
Stromrichter sowie die gesamte Steuerungsebene der Transporteinrichtung
sind datentechnisch mit dem Energiemanagementsystem verbunden und
liefern diesem Informationen, welche in einem zentralen Energiemanagementsystem
der Transporteinrichtung ausgewertet werden. Anhand dieser Informationen
wird die Regelung/Steuerung der Stromrichter optimiert.
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Hierdurch
wird der Energiefluss so geregelt, dass zu erwartende Lastspitzen
bewältigt werden können und gleichzeitig eine
Kraftstoffreduzierung erreicht wird. Das Energiemanagementsystem
ist über ein Datenbussystem mit steuerbaren und/oder regelbaren
Komponenten verbunden. Diese Komponenten sind beispielsweise der
Generator, der Dieselmotor, die elektrischen Maschinen und/oder
die Stromrichter.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in einer weiteren Verbesserung des
Transportfahrzeugs der eingangs genannten Art.
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Diese
Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch,
dass sämtliche Stromrichter alternativ als Wechselrichter
oder als DC/DC-Wandler betreibbar sind und sich nur in ihrer Einstellung
als Wechselrichter oder als DC/DC-Wandler unterscheiden, wird die
Ersatzteilhaltung und, im Falle eines defekten Stromrichters, eine
Reparatur des Transportfahrzeugs wesentlich vereinfacht.
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Dabei
wird hier unter einem Wechselrichter ganz allgemein ein elektrisches
Gerät verstanden, das eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom
in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom umrichtet und/oder
das umgekehrt eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom in eine
Gleichspannung oder einen Gleichstrom umrichtet.
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Unter
einem DC/DC-Wandler wird jedes elektrische Gerät verstanden,
dass eine Gleichspannung oder eine Gleichstrom in eine Gleichspannung oder
einen Gleichstrom mit verändertem Spannungs- oder Stromstärkenwert
umwandelt.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen,
der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 einen
Stromlaufplan eines Transportfahrzeuges als Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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2 eine
Blockdarstellung eines Stromrichters aus der 1.
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Im
Einzelnen zeigt die 1 einen Stromlaufplan eines
Transportfahrzeugs 10 mit einer Mehrzahl elektrischer Maschinen 12, 14, 16, 18, 20,
einem Gleichstromzwischenkreis 22 und einer ersten Einspeiseeinrichtung 24 und/oder
einer zweiten Einspeiseeinrichtung 26.
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Bei
dem Transportfahrzeug 10 handelt es sich in der dargestellten
Ausgestaltung um einen mobilen Kran wie einen mobilen Hafenkran,
einen gummibereiften Stapelkran oder einen mobilen Baustellenkran
mit einem Diesel-elektrischen Hybridantrieb. Es versteht sich aber,
dass die Erfindung auch bei einem ortsgebundenen Kran wie einem
ortsfest aufgebauten Baustellenkran oder einen Hallenkran realisierbar
ist. Solche Kräne sind häufig an eine elektrische
Netzstromversorgung angeschlossen.
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Die
elektrischen Maschinen 12, 14, 16, 18, 20 sind über
Stromrichter 28, 30, 32, 34, 36 an
den Gleichstromzwischenkreis 22 angeschlossen. Die elektrische
Maschine 12 dient zum Antreiben einer Hubvorrichtung. Die
elektrischen Maschinen 14, 16, 18, 20 dienen
zum Antrieb von Fahrwerksmotoren. Diese Ausgestaltung wird zum Beispiel
bei einem gummibereiften Stapelkran mit vier Rädern verwendet,
bei dem jedes Rad von einem der vier elektrischen Maschinen angetrieben
wird. Es versteht sich aber, dass die Erfindung nicht auf eine solche
Ausgestaltung beschränkt ist.
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Die
erste Einspeiseeinrichtung 24 ist als kraftstoffelektrischer
Antrieb realisiert und weist einen Verbrennungsmotor 38 sowie
eine als Generator und als Elektromotor betreibbare elektrische
Maschine 40 auf. Über einen ersten Einspeisestromrichter 42 ist
die erste Einspeiseeinrichtung 24 mit dem Gleichstromzwischenkreis 22 verbunden.
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Alternativ
oder ergänzend zu der ersten Einspeiseeinrichtung 24 ist
die zweite Einspeiseeinrichtung 26 über einen
zweiten Einspeisestromrichter 44 an den Gleichstromzwischenkreis 22 angeschlossen. Bei
der zweiten Einspeiseeinrichtung 26 handelt es sich in
einer Ausgestaltung um einen Anschluss zur Verbindung des Transportfahrzeugs 10 mit
einem externen Stromnetz.
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Über
weitere Stromrichter 46, 48 und/oder 50 sind
eine Hilfsstromversorgung 52 des Transportfahrzeugs 10 sowie
ein oder mehrere Energiespeicher 54, 56 des Transportfahrzeugs 10 an
den Gleichstromzwischenkreis 22 angeschlossen.
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Die
Hilfsstromversorgung 52 dient zum Betreiben elektrischer
Hilfseinrichtungen des Transportfahrzeugs 10, beispielsweise
seiner Beleuchtung 57. Bei dem Energiespeicher 54 handelt
es sich in der dargestellten Ausgestaltung um einen Gleichstromspeicher
wie eine wiederaufladbare Batterie und/oder eine Kondensatoranordnung.
Andere Ausgestaltungen weisen alternativ oder ergänzend
zu dem Gleichstromspeicher 54 einen Wechselstromspeicher
als Energiespeicher 56 auf. Ein Wechselstromspeicher 56 wird
zum Beispiel durch einen mit großem Trägheitsmoment
rotierenden Läufer einer elektrischen Maschine realisiert.
Diese elektrische Maschine wird als Schwungradspeicher betrieben.
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Die
elektrischen Maschinen 12, 14, 16, 18, 20, 40, 56 sind
in einer bevorzugten Ausgestaltung sowohl als Elektromotoren als
auch als Generatoren betreibbar. Bei den Stromrichtern 28, 30, 32, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 50 handelt
es sich bevorzugt um rückspeisefähige Stromrichter.
Diese Ausgestaltung ermöglicht einen Energieaustausch über
den Gleichstromzwischenkreis 22. Wenn z. B. eine Last abgesenkt
wird, wird die zugehörige elektrische Maschine 12 generatorisch
betrieben und der von ihr erzeugte elektrische Strom kann zum Antrieb
der gleichzeitig als Fahrmotoren arbeitenden elektrischen Maschinen 14, 16, 18, 20 und/oder
zum Laden des Energiespeichers 54 und/oder 56 verwendet
werden.
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Daher
muss die momentan erforderliche elektrische Leistung zumindest nicht
vollständig durch den Generator 40 erzeugt werden.
Sowohl der Generator 40 als auch der antreibende Verbrennungsmotor 38 können
dadurch kleiner dimensioniert werden. Außerdem können
Belastungsspitzen, die in einer oder mehreren elektrischen Maschinen 12, 14, 16, 18, 20 auftreten,
durch Beiträge des elektrischen Energiespeichers 54 und/oder 56 und/oder
zeitgleich aus anderen elektrischen Maschinen rückgespeiste elektrische
Energie ganz oder teilweise kompensiert werden.
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Dadurch
kann zum Beispiel ein Ausstoß von Rußwolken beim
plötzlichen Lastanstieg eines den Generator 40 antreibenden
Dieselmotors als Verbrennungsmotor 38 vermieden oder zumindest
verringert werden.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung sieht darüber hinaus vor, dass
der Generator 40 dazu eingerichtet ist, als Elektrostarter
für den Verbrennungsmotor 38 betrieben zu werden.
Der sonst erforderliche separate Elektrostarter kann daher weggelassen werden.
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2 zeigt
eine Funktionsblockdarstellung eines Stromrichters 58.
Der Stromrichter 58 weist einen Gleichstrominnenkreis 60 und
die Funktion eines AC/DC-Wandlers 62 und eines DC/DC-Wandlers 64 auf.
Der Gleichstrominnenkreis 60 ist elektrisch leitend mit
einem ersten Gleichstromanschluss 66 des Stromrichters 58 verbunden,
der zum Anschluss an den Gleichstromzwischenkreis 22 des
Transportfahrzeugs 10 dient.
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Darüber
hinaus ist der Gleichstrominnenkreis 60 des Stromrichters 58 über
einen Schalter, eine Steckbrücke oder eine andere lösbare
elektrisch leitende Verbindung 68 alternativ mit einem
Gleichstromanschluss 70 des AC/DC-Wandlers 62 oder
mit einem ersten Gleichstromanschluss 72 des DC/DC-Wandlers 64 verbunden.
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Ein
Wechselstromanschluss 74 des AC/DC-Wandlers 62 ist
elektrisch leitend mit einem Wechselstromanschluss 76 des
Stromrichters 58 verbunden. Ein zweiter Gleichstromanschluss 78 des DC/DC-Wandlers 64 ist
elektrisch leitend mit einem zweiten Gleichstromanschluss 78 des
Stromrichters 58 verbunden.
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Mit
der dargestellten Verbindung des Gleichstromanschlusses 70 des
AC/DC-Wandlers 62 mit dem Gleichstrominnenkreis 60 des
Stromrichters 58 arbeitet der Stromrichter 58 als
Wechselrichter.
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Mit
der alternativ zur Verbindung des Gleichstrominnenkreises 60 zum
Gleichstromanschluss 70 des AC/DC-Wandlers hergestellten
Verbindung des Gleichstrominnenkreises 60 zum ersten Gleichstromanschluss 72 des
DC/DC-Wandlers 64 arbeitet der Umrichter 58 als
DC/DC-Wandler.
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In
der Ausgestaltung, die in der 1 dargestellt
ist, wird ein als Wechselrichter eingestellter Stromrichter 58 als
Stromrichter 28, 30, 32, 34, 36, 42, 44, 50 verwendet.
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Ein
als DC/DC-Wandler eingestellter Stromrichter 58 wird dort
als Umrichter 46, 48 verwendet.
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Die
Stromrichter 28, 30, 32, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 50, 58 sind
dazu eingerichtet, modular für jeden Teil des Systems,
also sowohl für die Einspeisung als auch für die
Antriebe und das Laden und Entladen des Energiespeichers verwendet
werden zu können.
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Es
versteht sich, dass die dargestellte Topologie der Funktionsblöcke 60, 62, 64 von
der schaltungstechnischen Realisierung des Stromrichters 58 abweichen
kann. Für die schaltungstechnische Realisierung werden
IGBT-Stromrichter bevorzugt. Wesentlich ist in jedem Fall, dass
der Stromrichter 58 alternativ eine Schnittstelle zwischen
einer mit Wechselstrom arbeitenden elektrischen Maschine oder einer
mit Gleichstrom arbeitenden Komponente auf der einen Seite und dem
Gleichstromzwischenkreis auf der anderen Seite bilden kann.
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In
einer schaltungstechnischen Realisierung könnte diese Schnittstellenfunktion
auch dadurch bereitgestellt werden, dass der Wechselstromanschluss 74 des
AC/DC-Wandlers 62 alternativ direkt mit dem Wechselstromanschluss 76 des
Stromrichters 58 oder über einen Gleichrichter
mit dem zweiten Gleichstromanschluss 78 des Stromrichters 58 verbunden
ist.
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Sofern
an einer Schnittstelle des Transportfahrzeugs 10 wesentlich
größere elektrische Leistungen zu übertragen
sind als an anderen Schnittstellen, sieht eine Ausgestaltung eine
Parallelschaltung von zwei oder mehreren modularen Stromrichtern 58 an dieser
Schnittstelle vor.
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Bevorzugt
ist auch, dass das Transportfahrzeug 10 einen Schaltschrank
mit Steckplätzen für die Stromrichter 28, 30, 32, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 50, 58 aufweist,
die bevorzugt als steckbare IGBT-Stromrichter realisiert sind. Dadurch
wird eine übersichtliche und kompakte Anordnung der Stromrichter 28, 30, 32, 34, 36, 42, 44, 46, 48, 50, 58 gewährleistet, die
eine Installation und einen gegebenenfalls erforderlichen Austausch
der Stromrichtermodule erleichtert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004028353
A1 [0002, 0008]