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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebs für eine Mischertrommel, einen Antriebsstrang für eine Mischertrommel sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebsstrangs für eine Mischertrommel nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
EP 2 2719 510 A1 ist ein Antriebsstrang für eine Mischertrommel mit einem elektrischen Motor bekannt. Dieser Motor kann über einen Generator und/oder eine Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Das erfindungsgemäße Steuergerät zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebs für eine Mischertrommel bzw. der erfindungsgemäße Antriebsstrang für eine Mischertrommel bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebs für eine Mischertrommel mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass in Abhängigkeit von einem Zustand der Hochvoltbatterie und der Drehzahl und/oder eine Auslastung eines Verbrennungsmotors ein Ansteuersignal für einen Stromrichter zur Zufuhr von elektrischer Energie an ein Hochvoltgleichspannungsnetz erzeugt wird. Damit kann der Fall abgefangen werden, dass bei einem laufenden Verbrennungsmotor eine Batteriestörung zuverlässig behandelt werden kann, indem dann ein Generator das Hochvoltgleichspannungsnetz mit elektrischer Energie versorgt, aus dem sich dann der Stromrichter für den Elektromotor mit Energie versorgen kann. Damit wird ein Batterieausfall erfolgreich bekämpft. Über das Ansteuersignal wird dem Stromrichter für den Generator angewiesen, dass der Generator nun Strom erzeugen soll, der für das Hochvoltgleichspannungsnetz benötigt wird. Aus dem Hochvoltgleichspannungsnetz können sich dann verschiedene Komponenten mit elektrischer Energie versorgen.
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Demnach wird ein Steuergerät zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebs für eine Mischertrommel vorgeschlagen. Dieses Steuergerät weist eine erste Schnittstelle auf, die ein einen Zustand einer Hochvoltbatterie kennzeichnendes erstes Signal bereitstellt. Die Hochvoltbatterie ist parallel an das Hochvoltgleichspannungsnetz angeschlossen. Weiterhin ist eine zweite Schnittstelle vorgesehen, die ein eine Drehzahl und/oder eine Auslastung eines Verbrennungsmotors kennzeichnendes zweites Signal bereitstellt. Der Verbrennungsmotor weist dabei einen Nebenabtrieb auf, an dem ein Generator angeschlossen ist. Weiterhin weist das Steuergerät einen Prozessor auf, der in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Signal ein Ansteuersignal für einen ersten Stromrichter zur Zufuhr von elektrischer Energie an das Hochvoltgleichspannungsnetz erzeugt. Der erste Stromrichter wird von dem Generator mit elektrischer Energie gespeist. Weiterhin ist eine dritte Schnittstelle vorgesehen, die das Ansteuersignal für ein Versenden an den ersten Stromrichter bereitstellt. Darüber hinaus wird ein Antriebsstrang für eine Mischertrommel mit dem Hochvoltgleichspannungsnetz vorgeschlagen. Weiterhin ist ein erster Stromrichter vorgesehen, der an das Hochvoltgleichspannungsnetz und an einen Generator angeschlossen ist. Der Generator wird von dem Verbrennungsmotor über den Nebenabtrieb angetrieben. Eine Hochvoltbatterie, die an das Hochvoltgleichspannungsnetz angeschlossen ist, ist ebenso vorgesehen. Weiterhin wird ein zweiter Stromrichter vorgesehen, der an das Hochvoltgleichspannungsnetz und an den Elektromotor angeschlossen ist. Das vorgenannte Steuergerät steuert den Energiefluss im Hochvoltgleichspannungsnetz.
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Weiterhin ist ein Verfahren vorgesehen, das zur Ansteuerung des elektrischen Antriebs für eine Mischertrommel vorgesehen ist. Dabei sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen:
- - Bereitstellen eines einen Zustand einer Hochvoltbatterie kennzeichnendes erstes Signal, wobei die Hochvoltbatterie an ein Hochvoltgleichspannungsnetz angeschlossen ist,
- - Bereitstellen eines an eine Drehzahl und/oder eine Auslastung eines Verbrennungsmotors kennzeichnendes zweites Signal, wobei der Verbrennungsmotor einen Nebenabtrieb aufweist, an den ein Generator angeschlossen ist,
- - Erzeugen eines Ansteuersignals durch einen Prozessor in Abhängigkeit vom ersten und vom zweiten Signal für einen ersten Stromrichter zur Zufuhr von elektrischer Energie an das Hochvoltgleichspannungsnetz, wobei der erste Stromrichter von dem Generator gespeist wird,
- - Bereitstellen des Ansteuersignals für das Versenden an den ersten Stromrichter.
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Unter einem Steuergerät ist eine Einrichtung zu verstehen, die in Abhängigkeit von Eingabesignalen ein Ansteuersignal erzeugt. Diese Eingabesignale sind bspw. Signale von anderen Komponenten wie der Batterie oder von Stromrichtern oder auch Eingabesignale eines Bedieners. Auch Sensorsignale können solche Eingabesignale sein. Das Ansteuersignal geht vorliegend an einen Stromrichter, um elektrische Energie durch den Generator bereitzustellen. Das Ansteuersignal kann jedoch auch an andere Komponenten versendet werden. Dafür weist das Steuergerät üblicherweise einen Prozessor auf, beispielsweise einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor, einen Grafikprozessor oder eine Kombination oder Mehrzahl daraus oder eine andere Einrichtung, die derart eingerichtet ist, dass sie die notwendigen Rechenoperationen durchführen kann, um das Ansteuersignal zu bestimmen. Solch ein Steuergerät hat üblicherweise ein Gehäuse mit Schnittstellen und kann auch noch eine Energieversorgung aufweisen. Auch Kühlaggregate wie ein Lüfter oder eine Wasserkühlung können vorgesehen sein.
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Dieses Steuergerät ist zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebs für eine Mischertrommel vorgesehen. Über das Steuergerät werden beispielsweise auch Eingabebefehle von einem Bediener verarbeitet, um den Elektromotor, den Stromrichter für den Elektromotor und für den Generator und andere Komponenten, die an das Hochvoltgleichspannungsnetz angeschlossen sind, zu steuern. Die Mischertrommel wird demnach vorliegend elektrisch angetrieben, was die Verwendung eines Elektromotors bedingt, wobei zwischen dem Elektromotor und der Mischertrommel auch noch ein Getriebe, beispielsweise ein Reduziergetriebe, vorgesehen sein kann.
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Mit einer Mischertrommel wird Schüttgut, beispielsweise Kies oder Baumaterial, beispielsweise Beton oder Zement oder ein anderes Material gemischt und/oder transportiert. Um eine optimale Durchmischung zu erreichen und dieses an der Baustelle an entsprechenden Stellen zum Bau eines Objekts abzugeben, kann eine Mischertrommel auf einen sogenannten Trailer, aber auch auf einem einstückigen Fahrzeug angeordnet sein, wobei die Mischertrommel während der Fahrt als auch im Stand drehbar ist.
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Unter den Schnittstellen sind vorliegend hard- und/oder softwaremäßige Schnittstellen zu verstehen, beispielsweise sind die Schnittstellen derart ausgebildet, dass sie einen Anschluss an einen CAN-Bus oder einen anderen Multimasterbus oder eine andere geartete Datenverbindung anschließbar sind. Daher könnten diese Schnittstellen auch CAN-Controller sein, aber es können auch andere Verbindungen, auch drahtlose Verbindungen, gemeint sein. Unter Hochvoltbatterie ist eine Batterie zu verstehen, die eine Gleichspannung von 400 bis über 1000 V, vorzugsweise 650 V abgibt. Unter dem Zustand dieser Hochvoltbatterie ist beispielsweise ein Energiebestand, eine Ausgangsspannung, die Zwischenkreisspannung (nach den Schützen), eine Kommunikationsstörung oder andere Zustände, die den Betrieb der Batterie beeinflussen, zu verstehen. Das Signal, das diesen Zustand kennzeichnet, ist entsprechend beispielsweise eine CAN-Botschaft oder ein anderes Signal, je nachdem in welchem Format es übertragen wird. Das Hochvoltgleichspannungsnetz verbindet die Hochvoltbatterie mit den anderen Komponenten, die an diese hohe Gleichspannung zwischen 400 und über 1000 V angeschlossen sind, beispielsweise bei 650 V. Bezüglich der Stromrichter ist dieses Hochvoltgleichspannungsnetz auch als Zwischenkreis zu verstehen.
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Unter der Drehzahl des Verbrennungsmotors ist beispielsweise die Zahl der Umdrehungen zu verstehen, die der Verbrennungsmotor pro Minute oder einer anderen Zeiteinheit abliefert. Dies kann direkt über einen Sensor oder indirekt über andere Signale abgeleitet werden. Über diese Drehzahl des Verbrennungsmotors kann auf den Betrieb des Verbrennungsmotors geschlossen werden. Liefert nämlich der vom Verbrennungsmotor angetriebene Generator Strom für das Hochvoltgleichspannungsnetz, dann wird der Verbrennungsmotor belastet. Um hier im Leerlauf ein Abwürgen des Verbrennungsmotors auszuschließen, wird dann gemäß der abhängigen Ansprüche eine entsprechende Maßnahme ergriffen. Ein Maß für dieses sogenannte Abwürgen des Verbrennungsmotors ist die Drehzahl und die Auslastung des Verbrennungsmotors. Auch um während der Fahrt eine negative Beeinflussung des Verbrennungsmotors zu minimieren, wird gemäß der abhängigen Ansprüche eine Maßnahme ergriffen. Der Verbrennungsmotor muss dabei über die Drehzahl überwacht werden. Man spricht dabei auch von der sogenannten Drückung des Verbrennungsmotors. Unter der Drückung ist die Abweichung von Soll- und Ist-Drehzahl beim Aufbringen einer Last zu verstehen.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch die Auslastung des Verbrennungsmotors herangezogen werden. Die Auslastung kann bspw. das aktuelle Drehmoment, das der Verbrennungsmotor liefert, im Verhältnis zum maximalen Drehmoment des Verbrennungsmotors sein. Das Drehmoment kann mit einem Drehmomentsensor erfasst werden, bspw. mit Dehnungsmessstreifen. Solche Drehmomentsensoren beruhen auf der Erfassung von Dehnungs- oder Spannungseigenschaften eines Materials. Das Drehmoment kann jedoch auch indirekt über andere Parameter ermittelt werden.
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Der Verbrennungsmotor hat neben seinem Hauptantrieb auch einen oder mehrere Nebenabtriebe und über einen solchen Nebenabtrieb wird der Generator angetrieben. Daher ist der Generator an diesem Nebenantrieb angeschlossen. Bei dem Generator handelt es sich um eine Elektromaschine, beispielsweise einen Asynchronmotor, der als Generator geschaltet ist.
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Unter einem Prozessor ist wie oben angegeben beispielsweise ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor oder Ähnliches zu verstehen. In Abhängigkeit von dem Zustand der Batterie bestimmt der Prozessor und dabei auch im Hinblick auf den Zustand des Verbrennungsmotors über die Drehzahl und/oder der Auslastung das Ansteuersignal für den ersten Stromrichter zur Zufuhr von elektrischer Energie an das Hochvoltgleichspannungsnetz, wobei dieser erste Stromrichter von dem Generator gespeist wird. Es ist insbesondere möglich, dass der Prozessor das zweite Signal erst zu Rate zieht, nachdem das erste Signal ein Problem mit der Hochvoltbatterie anzeigt. Dieses dann gebildete Ansteuersignal wird dann über die dritte Schnittstelle versendet, beispielsweise wiederum über den CAN-Bus. Das erfindungsgemäße Verfahren ist entsprechend ausgebildet.
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Beim erfindungsgemäßen Antriebsstrang sind als die Erfindung definierende Komponenten das Hochvoltgleichspannungsnetz, der erste Stromrichter, der an das Hochvoltgleichspannungsnetz angeschlossen ist und die Energie vom Generator bekommt, die Hochvoltbatterie, die ebenfalls an das Hochvoltgleichspannungsnetz angeschlossen ist sowie ein zweiter Stromrichter, der ebenfalls an das Hochvoltgleichspannungsnetz angeschlossen ist, aber auch an den Elektromotor für die Drehung der Mischertrommel. Zu diesem Antriebsstrang gehört erfindungsgemäß eben auch das oben genannte Steuergerät, das den Energiefluss im Hochvoltgleichspannungsnetz steuert und daher mit den Komponenten, die an das Hochvoltgleichspannungsnetz angeschlossen sind, in Verbindung steht, um diese entsprechend zu steuern.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Steuergeräts bzw. Antriebsstrangs bzw. Verfahrens zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebs für eine Mischertrommel möglich.
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Es ist vorgesehen, dass das Ansteuersignal die Zufuhr der Energie festlegt. Insbesondere im Hinblick auf die Drehzahl des Verbrennungsmotors kann damit eine optimale Belastung des Verbrennungsmotors ausgewählt werden, um diesen nicht abzuwürgen oder derart zu belasten, dass das bewegte Fahrzeug in seiner Bewegung beeinträchtigt wird. Diese Art der Zufuhr kann beispielsweise über verschiedene elektrische Größen festgelegt werden. Die Steuerungsfunktion des ersten Stromrichters empfängt diesen Befehl und setzt ihn dann entsprechend um.
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Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass ein Gradient einer Stromentnahme dabei festgelegt ist. Über diese Größe kann dann die Energie in der Entnahme auch begrenzt werden.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Hochvoltbatterie in Abhängigkeit vom ersten Signal, also dem Zustandssignal der Batterie, vom Hochvoltgleichspannungsnetz getrennt wird. Diese Entscheidung kann das Batteriesteuergerät beispielsweise selber treffen oder aber auch das erfindungsgemäße Steuergerät, indem die Schütze entweder direkt von diesem Steuergerät oder über das Batteriesteuergerät dann angewiesen werden, die Batterie vom Hochvoltgleichspannungsnetz zu trennen. Weiterhin ist vorgesehen, dass das erste Signal einen Kommunikationsfehler und/oder eine Batteriestörung anzeigt. Es sind noch weitere Fehler der Hochvoltbatterie möglich, aber diese beiden sind zwei wahrscheinliche Fehler, die auftreten können.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät und
- 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Antriebsstrang für eine Mischertrommel im Fahrzeug. Dabei sind in der Zugmaschine ZM der Verbrennungsmotor VM und der Generator G vorgesehen. Der Verbrennungsmotor VM treibt über einen Nebenabtrieb den Generator G an, der diese mechanische Drehung in einen Wechselstrom, vorliegend in einen dreiphasigen Wechselstrom, wandelt. Dafür ist der Generator G als eine Asynchronmaschine ausgelegt. Dieser dreiphasige Wechselstrom wird von einem ersten Stromrichter SR1 im sogenannten Trailer oder Anhänger aufgenommen. Der Stromrichter SR1, aber auch andere Komponenten der Leistungselektronik können zusammen in einem Schaltschrank untergebracht sein. Der Stromrichter SR1 ist dabei nunmehr als Gleichrichter geschaltet, kann aber auch in die andere Richtung betrieben werden. An seinem Ausgang gibt er die Hochvoltgleichspannung, beispielsweise 650 V, an das Hochvoltgleichspannungsnetz HVN ab. An dieses Hochvoltgleichspannungsnetz HVN sind auch weitere Komponenten angeschlossen, nämlich ein zweiter Stromrichter SR2, der dabei als Wechselrichter für den Elektromotor CME ausgelegt ist, und Gleichspannungsschütze DC-S, die eine Hochvoltbatterie an das Hochvoltgleichspannungsnetz HVN zuschalten. Diese Zuschaltung erfolgt auf Befehl eines Batteriesteuergeräts bECU, das die Hochvoltbatterie HV-BAT und die DC-Schütze DC-S steuert. Bei den DC-S-Schützen handelt es sich um relaisartige Schalter.
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An den Elektromotor CME ist weiterhin ein Getriebe GT, beispielsweise ein Reduziergetriebe, angeschlossen und dieses dann an die Mischertrommel MT selbst. Der Elektromotor CME gibt eine Drehbewegung ab, die über das Getriebe GT geführt wird und an die Mischertrommel MT weitergegeben wird, die sich dann entsprechend dreht in Richtung und Drehzahl.
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Weiterhin ist ein Steuergerät eECU vorgesehen, das die Komponenten dieses Antriebsstrangs steuert und Signale von ihnen aufnimmt. Daher ist das Steuergerät e-ECU mit dem Verbrennungsmotor VM zur Entnahme der Drehzahl und/oder der Auslastung des Verbrennungsmotors VM, mit dem Stromrichter SR1 verbunden, um diesen Stromrichter SR1 erfindungsgemäß zu aktivieren, Energie vom Generator G an das Hochvoltgleichspannungsnetz HVN abzugeben. Das Steuergerät ECU ist weiterhin mit dem Stromrichter SR2 datentechnisch verbunden, um diesem Stromrichter SR2 entsprechende Anweisungen zu geben, wie der Elektromotor CME anzusteuern ist. Auch mit dem Batteriesteuergerät bECU ist das Steuergerät eECU verbunden, um Daten mit dem Batteriesteuergerät bECU auszutauschen. Weitere Komponenten, die vorliegend nicht dargestellt sind, wie externe Ladevorrichtungen für Gleich- oder Wechselstrom, können ebenfalls vorgesehen sein.
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2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Verfahrensschritt 200 wird das erste Signal, das den Zustand der Batterie kennzeichnet, am Steuergerät eECU bereitgestellt. Diese Bereitstellung erfolgt über das Batteriesteuergerät bECU. Alternativ kann darunter auch verstanden werden, wenn kein Signal vom Batteriesteuergerät bECU kommt, dass dies als Zustandssignal interpretiert wird. Weiterhin empfängt das Steuergerät eECU vom Verbrennungsmotor die Drehzahl und/oder der Auslastung dieses Verbrennungsmotors VM. Dies geschieht in Verfahrensschritt 201. Aus diesem ersten und zweiten Signal erzeugt dann erfindungsgemäß der Prozessor des Steuergeräts eECU das Ansteuersignal. Dies geschieht in Verfahrensschritt 202. Hierbei ist beispielsweise möglich, dass das zweite Signal nur dann abgefragt wird, wenn das erste Signal einen Fehler überhaupt anzeigt. In Verfahrensschritt 203 wird dieses Ansteuersignal dann in der oben beschriebenen Weise für die Übertragung beispielsweise an den Stromrichter SR1 bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- ZM
- Zugmaschine
- TR
- Trailer
- VM
- Verbrennungsmotor
- G
- Generator
- SR1
- Stromrichter
- SR2
- Stromrichter
- HVN
- Hochvoltgleichspannungsnetz
- eECU
- Steuergerät
- bECU
- Batteriesteuergerät
- DC-S
- Gleichspannungsschütze
- HV-BAT
- Hochvoltbatterie
- CME
- Elektromotor
- GT
- Getriebe
- MT
- Mischertrommel
- 200-203
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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