DE102020210108A1 - Power distribution unit for a mobile work machine and mobile work machine with the power distribution unit - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine Stromverteilereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine zur Verteilung elektrischer Energie einer Spannungsquelle der Arbeitsmaschine an deren elektrifizierte Funktionen, insbesondere Antriebs-, Arbeits-, Schutz-, Absicherungs-, Lade und/oder Energiespeicher-Funktionen, mit einem Gehäuse, in dem den Funktionen zugeordnete Funktionsbaugruppen elektrisch kontaktiert sind.Offenbart ist weiterhin eine mobile Arbeitsmaschine mit der Stromverteilereinheit.Disclosed is a power distribution unit for a mobile working machine for distributing electrical energy from a voltage source of the working machine to its electrified functions, in particular drive, work, protection, protection, charging and/or energy storage functions, with a housing in which the functions associated functional assemblies are electrically contacted. Also disclosed is a mobile working machine with the power distribution unit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromverteilereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine mobile Arbeitsmaschine damit gemäß Patentanspruch 15.The invention relates to a power distribution unit for a mobile machine according to the preamble of patent claim 1, and a mobile machine with it according to patent claim 15.
Stromverteilereinheiten, oder Power Distribution Units (PDUs), dienen der Verteilung von elektrischer Energie in Fahrzeugen. Im Falle von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen handelt es sich hierbei auch um Hochvolt-Spannungen (HV). Diese gehen heutzutage bis 800V DC. Neben der Verteilung der elektrischen Energie übernehmen PDUs oft noch weitere Funktionen, wie beispielsweise eine Absicherung der DC-Anschlüsse gegen Überstrom, eine Abschaltung von DC-Anschlüssen mittels Hochvoltschütze, Isolationsüberwachung und Meldung von Isolationsfehlern, sowie Aufgaben der Kommunikation und der Sensorik und dergleichen. Je nach Anwendung ist der Aufbau, der Funktionsumfang und die Realisierung der PDUs für HV-Anwendungen sehr unterschiedlich.Power Distribution Units (PDUs) are used to distribute electrical energy in vehicles. In the case of electrically powered vehicles, these are also high-voltage voltages (HV). Nowadays these go up to 800V DC. In addition to distributing electrical energy, PDUs often perform other functions, such as protecting the DC connections against overcurrent, switching off DC connections using high-voltage contactors, insulation monitoring and reporting of insulation faults, as well as communication and sensor technology tasks and the like. Depending on the application, the structure, the range of functions and the implementation of the PDUs for HV applications are very different.
Im Automotive-Bereich ist in den letzten Jahren zunehmend der Trend zur verstärkten Integration verschiedener Funktionen in eine Subsystembaugruppe erkennbar. Hier ist auch die PDU eingeschlossen. Stellvertretend für diese fortschreitende Integration sei die Entwicklung des Nissan Leaf von seiner ersten Generation 2010 hin zur Generation von 2017 genannt. Wechselrichter, Elektromotor, Getriebe und auch PDU sind dabei zu einer kompakten Einheit integriert.In the automotive sector, the trend towards increased integration of various functions in a subsystem assembly has become increasingly noticeable in recent years. The PDU is also included here. Representative of this progressive integration is the development of the Nissan Leaf from its first generation in 2010 to the generation of 2017. The inverter, electric motor, gearbox and PDU are integrated into a compact unit.
Diese Steigerung der Integration bietet sich im Automotive- oder Kfz-Bereich an, da so die Anzahl an Steckverbindungen, die Menge an benötigten Kabeln, der Montageaufwand und der vom PDU okkupierte Bauraum reduziert werden, was einen Preisvorteil bietet und eine kompaktere Ausführung ermöglicht. Hohe Stückzahlen im Kfz-Bereich rechtfertigen den für solch hochintegrierte Lösungen gesteigerten Entwicklungsaufwand.This increase in integration is useful in the automotive or motor vehicle sector, as it reduces the number of plug connections, the number of cables required, the installation work and the installation space occupied by the PDU, which offers a price advantage and enables a more compact design. Large quantities in the automotive sector justify the increased development effort for such highly integrated solutions.
Im Falle mobiler Arbeitsmaschinen oder im Off-Highway-Bereich dagegen sind die erzielbaren Stückzahlen je Fahrzeug deutlich geringer und es ist meist eine höhere Variantenvielfalt gefordert. So unterscheiden sich die Anzahl von benötigten Antrieben und die Leistung der Antriebe von Anwendung zu Anwendung und von Maschinengröße zu Maschinengröße sehr stark. Wird dann auf günstige Standard-PDUs zurückgegriffen, sind diese entweder über- oder unterdimensioniert für den konkreten Anwendungsfall. Als Standard-PDU ist beispielsweise eine bereits am Markt erhältliche PDU, beispielsweise die eines Vorgängers der mobilen Arbeitsmaschine, zu verstehen. Wird hingegen eine Sonderanfertigung der PDU gewählt, bringt dies einen hohen Aufwand für Engineering, damit einhergehend höhere Kosten und eine längere Entwicklungszeit mit sich. Dadurch entsteht ein ungünstiges Verhältnis von Entwicklungs- und Absicherungskosten zum mit der Maschine erzielbaren Umsatz.In the case of mobile work machines or in the off-highway area, on the other hand, the achievable quantities per vehicle are significantly lower and a greater variety of variants is usually required. The number of drives required and the power of the drives vary greatly from application to application and from machine size to machine size. If inexpensive standard PDUs are then used, these are either oversized or undersized for the specific application. A standard PDU is, for example, a PDU that is already available on the market, for example that of a predecessor of the mobile working machine. If, on the other hand, a custom-made PDU is selected, this entails a high level of engineering effort, which is associated with higher costs and a longer development time. This results in an unfavorable ratio of development and validation costs to the turnover that can be achieved with the machine.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Stromverteilereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine mit elektrifizierten Funktionen zu schaffen, die mit geringerem Aufwand bedarfsgerecht ausgestaltet ist, und eine mobile Arbeitsmaschine zu schaffen, die bezüglich ihrer elektrifizierten Funktionen hinsichtlich der Energieverteilung mit weniger Aufwand konfigurierbar ist.In contrast, the invention is based on the object of creating a power distribution unit for a mobile machine with electrified functions, which is designed to meet requirements with less effort, and to create a mobile machine that can be configured with less effort with regard to its electrified functions with regard to energy distribution .
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Stromverteilereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.These objects are achieved by a power distribution unit having the features of patent claim 1 and a mobile working machine having the features of patent claim 15.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Stromverteilereinheit sind in den Patentansprüchen 2 bis 14 beschrieben.Advantageous developments of the power distribution unit are described in
Eine Stromverteilereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine dient der Verteilung elektrischer Energie einer Spannungsquelle der Arbeitsmaschine an deren elektrifizierte Funktionen, insbesondere Antriebs-, Arbeits-, Schutz-, Absicherungs-, Lade- und/oder Energiespeicher-Funktionen. Die Spannungsquelle kann beispielsweise eine Batterie oder ein mit einem Generator gekoppelter DC-Charger oder dergleichen sein. Die Stromverteilereinheit hat ein, insbesondere nach IP69 oder IP6K9K geschütztes, Gehäuse, in dem den Funktionen zugeordnete elektrische und/oder elektronische Funktionsbaugruppen elektrisch kontaktiert sind. Erfindungsgemäß sind die Funktionsbaugruppen jeweils Teil eines Moduls. Dieses ist als ein Teil, also mit wenige Montage und Demontageaufwand gehäuseseitig befestigt und im Gehäuse kontaktiert. Durch diese Kontaktierung erfolgt die Kontaktierung der Funktionsbaugruppe.A power distribution unit for a mobile working machine is used to distribute electrical energy from a voltage source of the working machine to its electrified functions, in particular drive, work, protection, protection, charging and/or energy storage functions. The voltage source can be, for example, a battery or a DC charger coupled to a generator or the like. The power distribution unit has a housing that is protected, in particular according to IP69 or IP6K9K, in which electrical and/or electronic functional assemblies assigned to the functions are electrically contacted. According to the invention, the functional assemblies are each part of a module. This is attached to the housing as one part, ie with little assembly and disassembly effort, and is contacted in the housing. This contacting establishes contact with the functional assembly.
Durch die modulare Bauweise ist eine Stromverteilereinheit mit einfach, weil modulartig, zu befestigenden und zu kontaktierenden, funktionsspezifischen Funktionsbaugruppen geschaffen. Die Stromverteilereinheit kann dadurch flexibler und mit geringerem Aufwand für eine konkrete Arbeitsmaschine bedarfsgerecht konfiguriert werden, was insbesondere die Anpassung an Anzahl, Strombelastbarkeit, Funktionsumfang (z.B. Lasttrenneinrichtungen) der Module und die Integration von zusätzlichen Funktionsbaugruppen betrifft.Due to the modular design, a power distribution unit is created with function-specific functional assemblies that are easy to attach and contact because they are modular. As a result, the power distribution unit can be configured more flexibly and with less effort for a specific working machine, which particularly affects the adaptation to the number, current carrying capacity, range of functions (e.g. load disconnectors) of the modules and the integration of additional functional assemblies.
Als Funktionen der Arbeitsmaschine sind insbesondere zu nennen: Wechselrichter, Hochvolt-Batterien, On-Board-Charger, DC/DC-Wandler, DC-Charging, alle in verschiedenen Leistungsklassen, sowie Isolationswächter (Insulation Monitoring Device - IMD) oder Kommunikations- und Sensoreinheiten.The following functions of the working machine should be mentioned in particular: inverters, high-voltage batteries, on-board chargers, DC/DC converters, DC charging, all in different performance classes, as well as insulation monitors (Insulation Monitoring Device - IMD) or communication and sensor units.
Die Funktion der Stromverteilereinheit ist, diese mit der elektrischen Energiequelle zu verbinden. Als Funktionen der Stromverteilereinheit sind also insbesondere zu nennen: Anschluss Wechselrichter, Anschluss Hochvolt-Batterien, Anschluss On-Board-Charger, Anschluss DC/DC-Wandler, Möglichkeit DC-Charging, alle in verschiedenen Leistungsklassen, und Isolationswächter (Insulation Monitoring Device - IMD) oder Kommunikations- und Sensoreinheiten.The function of the power distribution unit is to connect it to the electrical energy source. The following functions of the power distribution unit are particularly worth mentioning: Connection of inverter, connection of high-voltage batteries, connection of on-board charger, connection of DC/DC converter, DC charging option, all in different power classes, and insulation monitor (Insulation Monitoring Device - IMD ) or communication and sensor units.
Als Funktionsbaugruppen sind insbesondere zu nennen: Absicherungen von Strompfaden zur Querschnittsreduzierung angeschlossener Kabel durch Schmelzsicherungen in verschiedenen Größen und Charakteristiken, Kapazitäten zur Stabilisierung eines elektrischen Zwischenkreises im Gehäuse, Filterelemente, beispielsweise EMV Filter, Schütze zum Abschalten von einzelnen Strompfaden, Strommesseinrichtungen, Spannungsmesseinrichtungen, Isolationsmessgeräte, Steuereinheiten, beispielsweise Ladecontroller, leitfähige Strukturen oder Strompfade ohne zusätzliche Funktion.The following functional assemblies should be mentioned in particular: protection of current paths to reduce the cross-section of connected cables using fuses of various sizes and characteristics, capacitances to stabilize an electrical intermediate circuit in the housing, filter elements, for example EMC filters, contactors to switch off individual current paths, current measuring devices, voltage measuring devices, insulation measuring devices, Control units, such as charging controllers, conductive structures or current paths without additional functions.
In einer Weiterbildung sind die Module zerstörungsfrei lösbar befestigt. So kann ein Wechsel der Module, beispielsweise zur Anpassung an eine geänderte Funktion der Arbeitsmaschine oder zur Wartung oder Reparatur, noch einfacher erfolgen.In a further development, the modules are detachably fastened in a non-destructive manner. Changing the modules, for example to adapt to a changed function of the working machine or for maintenance or repair, can thus be carried out even more easily.
In einer Weiterbildung sind Funktionsbaugruppen häufig in Kombination auftretender Funktionen zu einem der Module zusammengefasst, wodurch eine Montage oder ein Wechseln der zusammengefassten Funktionsbaugruppen vereinfacht und beschleunigt ist.In a further development, functional modules are combined into one of the modules, which often occurs in combination with functions, which simplifies and accelerates assembly or changing of the combined functional modules.
Den Modulen entsprechen gehäuseseitige Modulplätze, kurz Plätze, an denen die Module befestigt und kontaktiert sind. Dabei sind wenigstens zwei, vorzugsweise mehr, insbesondere eine an den Funktionsumfang der Arbeitsmaschine angepasste Anzahl von Plätzen vorgesehen.The modules correspond to module slots on the housing side, in short slots to which the modules are attached and contacted. At least two, preferably more, in particular a number of places adapted to the range of functions of the work machine are provided.
In einer Weiterbildung ist wenigstens einer der Plätze unbesetzt vorgehalten, es ist also dort kein Modul angeordnet. So ist auf einfache Weise eine Zukunftsfähigkeit der Stromverteilereinheit gewährleistet, da an dem oder den vakanten Plätzen nachträglich weitere Module für weitere Funktionen hinzugefügt werden können. Außerdem kann bei defektem Modul dieses mit kürzerem oder gar keinem Stillstand unkompliziert ersetzt werden. Weiterhin ist auch denkbar eine Upgrade-Funktionalität durch den Tausch von Modulen zu ermöglichen, was im Lebenszyklus eines Fahrzeugs beispielsweise ein Retrofit darstellt.In a further development, at least one of the places is kept unoccupied, ie no module is arranged there. In this way, future viability of the power distribution unit is ensured in a simple manner, since further modules for further functions can be subsequently added to the vacant place or places. In addition, if a module is defective, it can be easily replaced with less downtime or no downtime at all. Furthermore, it is also conceivable to enable an upgrade functionality by exchanging modules, which represents a retrofit in the life cycle of a vehicle, for example.
In einer Weiterbildung sind die Module einander gleich und/oder die Plätze. Besonders vorteilhaft sind sie standardisiert ausgeführt. Davon ausgenommen können notwendig funktionsspezifische Merkmale der Module und/oder Plätze sein. So kann noch einfacher eine am Bedarf der Arbeitsmaschine orientierte Stromverteilereinheit aus maßgeblich gleichen oder standardisierten Modulen und/oder Plätzen des Gehäuses modular und mit besonders wenig Aufwand bereitgestellt werden. Eine Unter- oder Überdimensionierung ist so mit noch geringerem Aufwand verhindert und Aufwände im Engineering sind minimiert. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass durch Gleichheit und/oder Standardisierung eine Anordnung oder Reihenfolge der Module sehr leicht variiert werden kann. Zu beachten ist hier jedoch, dass aufgrund der Strombelastbarkeiten bestimmte Anordnungen/Reihenfolgen der Module bei der Integration in das Gehäuse zu bevorzugen sind.In a further development, the modules are the same and/or the places are the same. It is particularly advantageous for them to have a standardized design. Function-specific features of the modules and/or places may be an exception to this. In this way, a power distribution unit based on the needs of the working machine can be provided in a modular manner and with particularly little effort from modules and/or locations of the housing that are essentially the same or standardized. Under- or over-dimensioning is thus prevented with even less effort and the engineering effort is minimized. An additional advantage is that an arrangement or sequence of the modules can be varied very easily through equality and/or standardization. However, it should be noted here that due to the current carrying capacity, certain arrangements/sequences of the modules are to be preferred when integrating them into the housing.
Der einleitend geschilderte nachteilige Effekt geringer Stückzahlen der Arbeitsmaschine entfällt somit. Der Vorteil hoher Stückzahlen kann so auf Modulebene aber auch Gehäuseebene ausgenutzt werden.The previously described disadvantageous effect of low unit numbers of the working machine is thus eliminated. The advantage of high quantities can thus be exploited at the module level but also at the housing level.
Verstärkt werden diese Vorteile, wenn in einer Weiterbildung die Module, mit oder ohne Funktionsbaugruppe, und/oder das Gehäuse, insbesondere dessen Plätze, zur Standardisierung jeweils abgenommen und getestet sind.These advantages are reinforced if, in a further development, the modules, with or without a functional assembly, and/or the housing, in particular its locations, are each removed and tested for standardization.
Verstärkt werden diese Vorteile, wenn in einer Weiterbildung Befestigungsschnittstellen und/oder Kontaktschnittstellen der Module im Gehäuse und/oder der Plätze gleich sind, und/oder standardisiert sind.These advantages are reinforced if, in a development, attachment interfaces and/or contact interfaces of the modules in the housing and/or the places are the same and/or are standardized.
Verstärkt werden diese Vorteile, wenn in einer Weiterbildung die Module zueinander und/oder die Plätze zueinander gleiche Hauptmaße haben.These advantages are reinforced if, in a further development, the modules and/or the spaces have the same main dimensions as one another.
Ergänzend können Module, und darauf abgestimmt Plätze, vorgesehen sein, die ein Vielfaches dieser Hauptmaße aufweisen. Die Hauptmaße sind insbesondere eine Breite und Höhe des Moduls und die darauf abgestimmte Breite und Höhe seines Platzes oder einer Montageöffnung oder einer Platte oder Frontplatte des Moduls oder eines Ausschnitts im Gehäuse, der von der Platte oder Frontplatte abgedeckt ist.In addition, modules and spaces tailored to them can be provided that have a multiple of these main dimensions. The main dimensions are in particular a width and height of the module and the corresponding width and height of its place or a mounting opening or a panel or front panel of the module or a cutout in the housing that is covered by the panel or front panel.
Insbesondere ist der Ausschnitt so bemessen, dass er eine Montageöffnung für das Modul ist. So ist eine sehr einfache und schnelle Montage und Demontage des Moduls möglich.In particular, the cutout is dimensioned such that it is a mounting opening for the module. This enables very simple and quick assembly and disassembly of the module.
Einfach umgesetzt ist die Gleichheit und/oder Standardisierung mit einer Weiterbildung, in der die Module je einen Träger haben, an dem die Funktionsbaugruppe angeordnet und von Leiterbahnen des Trägers kontaktiert ist. Der Träger besteht insbesondere aus einem nichtleitfähigem Werkstoff, worauf leitfähige Strukturen zur Kontaktierung der Funktionsbaugruppe aufgebracht sind. Die leitfähigen Strukturen stellen so beispielsweise die Strompfade der DC-Anschlüsse dar und können sich sowohl auf der Unter- als auch der Oberseite des nichtleitfähigen Werkstoffs befinden. Insbesondere ist der Träger als Leiterkarte oder Printed Circuit Board (PCB) ausgestaltet. Die Verwendung einer davon abweichenden Technologie, wie beispielsweise eine einfache Kunststoffplatte mit Strompfaden ist natürlich möglich. Der Träger kann liegend, also mit einer Fläche horizontal, oder stehend, mit einer Hauptfläche vertikal, in das Gehäuse eingesetzt sein.Equality and/or standardization is easily implemented with a development in which the modules each have a carrier on which the functional assembly is arranged and contacted by conductor tracks of the carrier. The carrier consists in particular of a non-conductive material on which conductive structures for contacting the functional assembly are applied. The conductive structures represent the current paths of the DC connections, for example, and can be located on the top or bottom of the non-conductive material. In particular, the carrier is designed as a printed circuit board or printed circuit board (PCB). The use of a different technology, such as a simple plastic plate with current paths, is of course possible. The carrier can be placed in the housing lying down, ie with one surface horizontal, or standing up, with a main surface vertical.
Eine besonders wenig aufwändige Kontaktierung der Module im Gehäuse, und damit der Funktionsbaugruppen, ist in einer Weiterbildung realisiert, die wenigstens eine Stromschiene im Gehäuse aufweist. Insbesondere ist eine Plus- oder eine Masseschiene vorgesehen. Vorzugsweise sind beide vorgesehen. Auf diese Weise sind die Module über einen, insbesondere DC-, Zwischenkreis kontaktiert und verbunden.A particularly uncomplicated contacting of the modules in the housing, and thus of the functional assemblies, is implemented in a development that has at least one busbar in the housing. In particular, a plus or ground rail is provided. Preferably both are provided. In this way, the modules are contacted and connected via an intermediate circuit, in particular a DC circuit.
Die Stromschiene oder Stromschienen kann/können gehäuseseitig oder modulseitig oder auf diese verteilt angeordnet sein.The busbar or busbars can be arranged on the housing side or on the module side or distributed over these.
In einer Weiterbildung erstreckt sich die wenigstens eine Stromschiene entlang der Plätze durchgängig oder, insbesondere gestückelt, von Modul zu Modul, sodass Abschnitte der Stromschiene von den Modulen gebildet sind.In one development, the at least one busbar extends along the locations continuously or, in particular in sections, from module to module, so that sections of the busbar are formed by the modules.
In einer Weiterbildung erstreckt sich die Stromschiene entlang einer Seite des Gehäuses, insbesondere gerade. So ist eine übersichtliche und einfache Kontaktierung möglich.In a development, the busbar extends along one side of the housing, in particular in a straight line. This enables clear and simple contacting.
Die Kontaktierung des Moduls im Gehäuse, und damit der Funktionsbaugruppe, insbesondere von der Stromschiene, erfolgt in einer Weiterbildung über eine Feder- oder Klemmaufnahme oder über Verschraubungen. Letztgenannte basieren insbesondere auf Einpresselementen mit Gewinde. Die Feder- oder Klemmaufnahme oder die Einpresselemente und Verschraubungen können am Modul oder alternativ dazu an den Plätzen angeordnet sein.In a further development, the contacting of the module in the housing, and thus of the functional assembly, in particular of the busbar, takes place via a spring or clamp mount or via screw connections. The latter are based in particular on press-in elements with a thread. The spring or clamp mount or the press-in elements and screw connections can be arranged on the module or, alternatively, on the sites.
Vorzugsweise hat das Modul je einen Kontakt pro Stromschiene.The module preferably has one contact per busbar.
In einer Weiterbildung sind die Plätze in einer oder in mehreren Reihen neben- und/oder übereinander angeordnet.In a further development, the seats are arranged in one or more rows next to and/or on top of one another.
Der jeweilige Platz weist in einer Weiterbildung zumindest einen Ausschnitt in einer Seite des Gehäuses und einen Raumabschnitt im Gehäuse rückwärtig des Ausschnitts auf. Die Ausschnitte weisen bevorzugt alle den gleichen Querschnitt, Durchmesser, die gleiche Breite und/oder Höhe auf. Auch die Raumabschnitte sind bezüglich ihres Volumens, ihrer Länge, Breite und/oder Höhe vorzugsweise gleich.In one development, the respective space has at least one cutout in one side of the housing and a space section in the housing to the rear of the cutout. The cutouts preferably all have the same cross section, diameter, width and/or height. The space sections are also preferably the same in terms of their volume, length, width and/or height.
Vorzugsweise durchsetzt oder -greift das Modul den Ausschnitt.The module preferably penetrates or grips the cutout.
In einer Weiterbildung deckt eine Platte oder Frontplatte des Moduls den Ausschnitt ab und/oder verschließt ihn.In a development, a panel or front panel of the module covers and/or closes the cutout.
Ausschnitte unbesetzter Plätze sind in einer Weiterbildung von einer Platte, insbesondere einer steckerlosen Platte, verschlossen.In a further development, sections of unoccupied spaces are closed off by a plate, in particular a plate without a plug.
Vorzugsweise ist zwischen der Platte und der Seite des Gehäuses ein Dichtmittel angeordnet, über das der Ausschnitt abgedichtet ist, insbesondere nach einem den Anforderungen entsprechenden, insbesondere dem hochwertigen, für schmutzbelastete Außeneinsätze bevorzugten IP69 oder IP6K9K Standard.A sealant is preferably arranged between the plate and the side of the housing, via which the cutout is sealed, in particular according to an IP69 or IP6K9K standard that meets the requirements, in particular the high-quality IP69 or IP6K9K standard that is preferred for dirt-loaded outdoor applications.
In einer Weiterbildung ist an der Frontplatte eine elektrische Schnittstelle der Funktionsbaugruppe hin zur Funktion angeordnet, insbesondere in Form eines Steckers oder eines Schraubsteckers oder einer Kabelverschraubung oder dergleichen. Diese „äußeren“ elektrischen Schnittstellen sind funktionsspezifisch, also in der Regel einander ungleich, jedoch vorzugsweise standardisiert.In a further development, an electrical interface of the functional module towards the function is arranged on the front panel, in particular in the form of a plug or a screw plug or a cable gland or the like. These "external" electrical interfaces are function-specific, i.e. they are usually different from one another, but are preferably standardized.
Eine mobile Arbeitsmaschine hat eine Stromverteilereinheit, die gemäß wenigstens einem Aspekt der vorhergehenden Beschreibung ausgestaltet ist. Des Weiteren hat sie eine elektrische Spannungsquelle als Energiequelle, die an das Modul einer ihr zugeordneten Funktionsbaugruppe der Stromverteilereinheit angeschlossen ist. Zudem hat sie wenigstens zwei Funktionen, an die Energie zu verteilen ist. Diese sind Antriebs, Arbeits-, Schutz-, Absicherung, und/oder Energiespeicher-Funktionen. Diese sind ebenso an das Modul der ihnen zugeordneten Funktionsbaugruppe der Stromverteilereinheit angeschlossen.A mobile working machine has a power distribution unit that is configured in accordance with at least one aspect of the preceding description. It also has an electrical voltage source as the energy source, which is connected to the module of a functional assembly of the power distribution unit that is assigned to it. In addition, it has at least two functions to which power is to be distributed. These are propulsion, work, protection, protection, and/or energy storage functions. These are also connected to the module of the functional assembly of the power distribution unit assigned to them.
Die mobile Arbeitsmaschine ist beispielsweise ein Kommunalfahrzeug, Radlader, Bagger, Teleskoplader, Umschlagslader für Container, oder dergleichen.The mobile work machine is, for example, a municipal vehicle, wheel loader, excavator, telehandler, handling loader for containers, or the like.
Die erfindungsgemäße Ausführung der Stromverteilereinheit und deren Verwendung in der mobilen Arbeitsmaschine löst die eingangs besprochenen Probleme, die sich aus den geringen Stückzahlen und der hohen Variantenvielfalt mobiler Arbeitsmaschinen, bzw. der „Off-Highway“-Mobilität, ergeben. So ist eine mobile Arbeitsmaschine geschaffen, die bezüglich ihrer elektrifizierten Funktionen mit weniger Aufwand konfigurierbar ist.The design of the power distribution unit according to the invention and its use in the mobile machine solves the problems discussed above, which result from the small number of units and the high variety of mobile machines, or the "off-highway" mobility. A mobile work machine is thus created which can be configured with less effort in terms of its electrified functions.
Abgesehen von genannten Arbeitsmaschinen, bzw. der „Off-Highway“-Mobilität, sind weitere Verwendungen der Erfindung denkbar. Hier stehen vor allem Fahrzeuge im Fokus, die in geringen Stückzahlen hergestellt werden, und auch ein hohes Maß an Flexibilität fordern.Apart from the work machines mentioned, or “off-highway” mobility, further uses of the invention are conceivable. The focus here is primarily on vehicles that are manufactured in small numbers and also require a high degree of flexibility.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Stromverteilereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine, sowie eine mobile Arbeitsmaschine damit, anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 zwei Ausführungsbeispiele eines Gehäuses einer Stromverteilereinheit mit drei und mit fünf Plätzen in perspektivischer Ansicht, -
2 ein Ausführungsbeispiel eines Moduls der Stromverteilereinheiten gemäß1 in perspektivischer Ansicht, -
3 ein Ausführungsbeispiel einer Frontplatte mit Stecker des Moduls gemäß2 in einer Vorder-, einer Schnitt- und einer Detailansicht, -
4 zwei Ausführungsbeispiele eines Gehäuses einer Stromverteilereinheit mit elektrischem Zwischenkreis mit einmal vier und einmal sechs Plätzen, in transparenter Draufsicht, -
5 ein Ausführungsbeispiel einer Stromverteilereinheit mit dem Gehäuse gemäß4 mit vier Plätzen, und mit montierten Modulen mit Frontplatten, -
6 drei Ausführungsbeispiele von mit Funktionsbaugruppen bestückten Modulen in einer Draufsicht, -
7 drei Ausführungsbeispiele von Kontaktierungen von Modulen im Zwischenkreis mittels Verschraubungen, und -
8 ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktierung eines Moduls im Zwischenkreis mittels Federkontaktierung.
-
1 two exemplary embodiments of a housing for a power distribution unit with three and five places in a perspective view, -
2 an embodiment of a module of the power distribution units according to1 in perspective view, -
3 an embodiment of a front panel with connector of the module according to2 in a front, a sectional and a detail view, -
4 two exemplary embodiments of a housing for a power distribution unit with an electrical intermediate circuit with one for four and one for six places, in a transparent top view, -
5 an embodiment of a power distribution unit with the housing according to4 with four places, and with mounted modules with front panels, -
6 three exemplary embodiments of modules equipped with functional assemblies in a plan view, -
7 three exemplary embodiments of contacting modules in the intermediate circuit using screw connections, and -
8th an exemplary embodiment of contacting a module in the intermediate circuit by means of spring contacts.
Gemäß
Eine Herausforderung für das Gehäuse 2; 102; 202; 302 stellen unabhängig vom Ausführungsbeispiel die elektrischen Schnittstellen der einzelnen Module 4 nach außen, hin zu den Funktionen dar. Diese sind gemäß den Anforderungen an die Schutzart für den Off-Highway-Bereich ausgestaltet, insbesondere nach dem Standard IP69 oder IP6K9K. Dennoch ist die Flexibilität der modularen Baukastenbauweise aufrechtzuerhalten.A challenge for the
Eine Lösung hierfür ist die Verwendung von standardisierter Ausschnitte 5 im jeweiligen Gehäuse 2; 102; 202; 302, mit den bereits genannten gleichen Hauptmaßen B und H. Diese 5 sind dann durch die jeweiligen darauf abgestimmten, ebenfalls standardisierten Frontplatten 14 der Module 6 verschlossen. Die Ausschnitte 5 sind dabei für jeden Platz 4 identisch.A solution to this is the use of
Die jeweilige elektrische Schnittstelle, in Form eines Steckverbinders oder einer Kabelverschraubung, ist vorzugsweise gedichtet in der Frontplatte verbaut.The respective electrical interface, in the form of a plug connector or a cable gland, is preferably installed in a sealed manner in the front panel.
Die Frontplatte kann mit dem Gehäuse verschraubt und/oder stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt oder verschweißt sein. Bevorzugt wird in der Regel eine zerstörungsfrei lösbare Verbindung, sodass die Vorteile bezüglich Flexibilität, Austausch, Wartung, Reparatur und dergleichen der Module zum Tragen kommen.The front panel can be screwed and/or bonded to the housing, in particular glued or welded. A non-destructively releasable connection is generally preferred, so that the advantages in terms of flexibility, replacement, maintenance, repair and the like of the modules come into play.
Die Frontplatte kann mechanisch und/oder stoffschlüssig an dem Träger und die elektrische Schnittstelle kann mechanisch und/oder stoffschlüssig an der Frontplatte befestigt sein.The front panel can be mechanically and/or cohesively attached to the carrier and the electrical interface can be mechanically and/or cohesively attached to the front panel.
Um die Kernfunktion der Stromverteilereinheit 1 zu ermöglichen, nämlich die Verteilung der elektrischen Energie auf die an die elektrischen Schnittstellen 18 anschließbaren Funktionen, ist es notwendig die einzelnen Module 6 im Gehäuse 2; 102; 202; 302 mit dem DC-Zwischenkreis 24, 26 elektrisch zu verbinden.In order to enable the core function of the power distribution unit 1, namely the distribution of the electrical energy to the functions that can be connected to the
Hierzu sind gemäß
In
In den Ausführungsbeispielen gemäß
Alternativ oder ergänzend sind diese elektrischen Schnittstellen 36 beispielsweise als Steckverbindungen mit klemmendem oder klammerndem Wirkprinzip denkbar, was
Darüber hinaus können die Anordnung oder der Verlauf der Stromschienen 24, 26 variabel an insbesondere die Reihigkeit der Module 6 (einstöckig, mehrstöckig) und die Einbaulage der Träger 8 (stehend, liegend) vom gezeigten abweichend, beispielsweise mäandernd oder dergleichen, gestaltet sein. Auch die gezeigte Verbindungstechnik der internen Schnittstellen ist natürlich nicht auf das gezeigte beschränkt.In addition, the arrangement or the course of the
Vorzugsweise weisen die elektrischen Schnittstellen im Gehäuse wenigstens einen Zwischenkreisstrom pfad auf.The electrical interfaces in the housing preferably have at least one intermediate circuit current path.
Über die elektrischen Schnittstellen im Gehäuse können in einer Weiterbildung ergänzend diskrete Signale z.B. zur Ansteuerung eines Schützes oder Signale eines HVILs (High Voltage Interlock) oder Kommunikationssignale (z.B. CAN) an benachbarte Module übergeben werden.In a further development, additional discrete signals, e.g. for controlling a contactor or signals from an HVIL (High Voltage Interlock) or communication signals (e.g. CAN) can be transferred to neighboring modules via the electrical interfaces in the housing.
Eine Kontaktierung der Zwischenkreisstrompfad ist über Stromschienen realisierbar.The intermediate circuit current path can be contacted via busbars.
Die Stromschienen können von Träger zu Träger oder über die gesamte Breite der Träger verlaufen.The busbars can run from girder to girder or across the entire width of the girder.
Die Träger können eine Durchgangsausnehmung aufweisen, durch die eine Schraube in eine Gewindebohrung der Stromschiene geschraubt ist.The supports can have a through-hole through which a screw is screwed into a threaded hole in the busbar.
Alternativ ist ein Befestigungselement mit Gewinde auf dem Träger befestigt, auf den die Stromschiene geschraubt wird.Alternatively, a threaded fastener is secured to the support onto which the bus bar is bolted.
Die diskreten-, HVIL- oder Kommunikationssignale können über Kabelstücke oder Steckverbinder weitergegeben werden.The discrete, HVIL, or communication signals can be passed through lengths of cable or connectors.
Offenbart ist eine Stromverteilereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine zur Verteilung elektrischer Energie einer Spannungsquelle der Arbeitsmaschine an deren elektrifizierte Funktionen, insbesondere Antriebs-, Arbeits-, Schutz-, Absicherungs-, Lade- und/oder Energiespeicher-Funktionen, deren den Funktionen zugeordneten Funktionsbaugruppen modular, standardisiert und insbesondere lösbar auf einem Träger oder in einem Gehäuse der Stromverteilereinheit befestigt und kontaktiert sind. Offenbart ist zudem eine mobile Arbeitsmaschine damit.Disclosed is a power distribution unit for a mobile working machine for distributing electrical energy from a voltage source of the working machine to its electrified functions, in particular drive, work, protection, protection, charging and/or energy storage functions, the functional modules assigned to the functions being modular, are standardized and in particular detachably fastened and contacted on a carrier or in a housing of the power distribution unit. Also disclosed is a mobile working machine with it.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Stromverteilereinheitpower distribution unit
- 2; 102; 202; 3022; 102; 202; 302
- Gehäusecasing
- 44
- Platzplace
- 55
- Ausschnittcutout
- 66
- Modulmodule
- 88th
- Trägercarrier
- 1010
- Bereich FunktionsbaugruppeFunctional assembly area
- 1212
- elektrische Schnittstelle interninternal electrical interface
- 1414
- Platteplate
- 1616
- Bereich Schnittstelle externExternal interface area
- 1818
- Schnittstelle externInterface external
- 2020
- Dichtungpoetry
- 2222
- Befestigungsmittel Modul/GehäuseModule/housing fasteners
- 2424
- Stromschiene PlusBusbar Plus
- 24'24'
- Stromschienenabschnitt PlusBusbar section Plus
- 24"24"
- Strompfad Pluscurrent path plus
- 2626
- Stromschiene Massebusbar mass
- 26'26'
- Stromschienenabschnitt MasseBusbar section ground
- 26"26"
- Strompfad Massecircuit ground
- 2828
- Strompfad Pluscurrent path plus
- 3030
- Strompfad Massecircuit ground
- 3232
- Sicherungfuse
- 3434
- Schütz/Trennvorrichtungcontactor/disconnector
- 3636
- elektrische Schnittstelleelectrical interface
Claims (15)
Priority Applications (2)
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PCT/EP2021/061226 WO2022033733A1 (en) | 2020-08-10 | 2021-04-29 | Power distribution unit for a mobile machine, and mobile machine comprising the power distribution unit |
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DE102020210108.6A DE102020210108A1 (en) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | Power distribution unit for a mobile work machine and mobile work machine with the power distribution unit |
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-
2020
- 2020-08-10 DE DE102020210108.6A patent/DE102020210108A1/en active Pending
-
2021
- 2021-04-29 WO PCT/EP2021/061226 patent/WO2022033733A1/en active Application Filing
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022033733A1 (en) | 2022-02-17 |
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