DE102020215491A1 - Energieversorgungsvorrichtung und Baumaschine - Google Patents

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Abstract

Energieversorgungsvorrichtung (100) zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern (1, 2) mit elektrischer Energie, aufweisend:- einen Zwischenkreis (3),- einen ersten Netzanschluss (4), an den bestimmungsgemäß ein erstes Wechselspannungsnetz (5) anschließbar ist,- einen ersten Gleichrichter (6), der dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung, die einer an dem ersten Netzanschluss (4) anstehenden Wechselspannung entspricht oder auf dieser basiert, gleichzurichten und die gleichgerichtete Spannung in den Zwischenkreis (3) einzuspeisen,- einen zweiten Netzanschluss (7), an den bestimmungsgemäß ein zweites Wechselspannungsnetz (8) anschließbar ist,- einen zweiten Gleichrichter (9), der dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung, die einer an dem zweiten Netzanschluss (7) anstehenden Wechselspannung entspricht oder auf dieser basiert, gleichzurichten,- einen steuerbaren DC/DC-Wandler (10), der an einer ersten Seite mit der mittels des zweiten Gleichrichters (9) gleichgerichteten Spannung beaufschlagt ist und der an einer zweiten Seite mit dem Zwischenkreis (3) verbunden ist,- einen ersten Stromrichter (11), der aus dem Zwischenkreis (3) gespeist ist und zur Versorgung eines ersten elektrischen Verbrauchers (2) mit elektrischer Energie ausgebildet ist,- eine Leistungsmesseinrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, eine an dem ersten Netzanschluss (4) aufgenommene elektrische Leistung zu messen, und- eine Steuereinrichtung (13), die mit der Leistungsmesseinrichtung (12) in Datenverbindung steht und die dazu ausgebildet ist, den DC/DC-Wandler (10) in Abhängigkeit von der an dem ersten Netzanschluss (4) aufgenommenen elektrischen Leistung anzusteuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung und eine Baumaschine.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgungsvorrichtung und eine Baumaschine zur Verfügung zu stellen, die möglichst flexibel einsetzbar sind.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung dient zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern mit elektrischer Energie.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist einen herkömmlichen Zwischenkreis auf, der beispielsweise eine gepufferte Zwischenkreisgleichspannung führt.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiter einen ersten Netzanschluss auf, an den bestimmungsgemäß ein erstes, insbesondere dreiphasiges, Wechselspannungsnetz anschließbar ist.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiter einen ersten Gleichrichter auf, der dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung, die einer an dem ersten Netzanschluss anstehenden Wechselspannung entspricht oder auf dieser basiert, gleichzurichten und die gleichgerichtete Spannung in den Zwischenkreis einzuspeisen. Der erste Gleichrichter kann ein einphasiger oder ein mehrphasiger Gleichrichter sein.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiter einen zweiten Netzanschluss auf, an den bestimmungsgemäß ein zweites, insbesondere dreiphasiges, Wechselspannungsnetz anschließbar ist.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiter einen zweiten Gleichrichter auf, der dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung, die einer an dem zweiten Netzanschluss anstehenden Wechselspannung entspricht oder auf dieser basiert, gleichzurichten. Der zweite Gleichrichter kann ein einphasiger oder ein mehrphasiger Gleichrichter sein.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiter einen steuerbaren unidirektionalen oder bidirektionalen DC/DC-Wandler auf, der an einer ersten Seite mit der mittels des zweiten Gleichrichters gleichgerichteten Spannung beaufschlagt ist und der an einer zweiten Seite mit dem Zwischenkreis verbunden ist. Der DC/DC-Wandler ist dazu ausgebildet, bei Bedarf elektrische Energie/Leistung vom zweiten Gleichrichter in Richtung des Zwischenkreises zu übertragen.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiter einen ersten Stromrichter auf, der aus dem Zwischenkreis gespeist ist und der zur Versorgung eines ersten elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie ausgebildet ist. Der Stromrichter kann beispielsweise ein Wechselrichter sein, der aus der Zwischenkreisgleichspannung eine oder mehrere sinusförmige Wechselspannungen zur Versorgung des ersten elektrischen Versorgers erzeugt. Der Stromrichter kann alternativ oder zusätzlich auch als DC/DC-Wandler ausgebildet sein, der einen Pegel der Zwischenkreisspannung in eine Gleichspannung mit einem Pegel wandelt, der für den ersten elektrischen Verbraucher geeignet ist.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiter eine herkömmliche Leistungsmesseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine an dem ersten Netzanschluss aufgenommene elektrische Leistung zu messen.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiter eine Steuereinrichtung auf, beispielsweise in Form einer Mikroprozessorsteuereinrichtung, die mit der Leistungsmesseinrichtung in Datenverbindung steht und die dazu ausgebildet ist, den DC/DC-Wandler in Abhängigkeit von der an dem ersten Netzanschluss aufgenommenen elektrischen Leistung anzusteuern, damit der DC/DC-Wandler bedarfsabhängig mehr oder weniger elektrische Energie/Leistung vom zweiten Netzanschluss in Richtung des Zwischenkreises überträgt.
  • In einer Ausführungsform steuert die Steuereinrichtung den DC/DC-Wandler derart an, dass elektrische Leistung von dem zweiten Netzanschluss in Richtung des Zwischenkreises übertragen wird, wenn die an dem ersten Netzanschluss aufgenommene elektrische Leistung einen Schwellenwert überschreitet. Auf diese Weise lässt sich dynamisch bei Bedarf elektrische Leistung von dem zweiten Anschluss abrufen, so dass die verfügbare elektrische Gesamtleistung optimiert wird.
  • In einer Ausführungsform steuert die Steuereinrichtung den DC/DC-Wandler derart an, dass eine maximale von der Energieversorgungsvorrichtung abgebbare elektrische Leistung einer Summe der an dem ersten Netzanschluss maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung und der an dem zweiten Netzanschluss maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung entspricht.
  • In einer Ausführungsform weist die Energieversorgungsvorrichtung weiter einen zweiten Stromrichter auf, beispielsweise in Form eines ein- oder mehrphasigen Wechselrichters oder eines DC/DC-Wandlers, der aus dem Zwischenkreis gespeist ist und der zur Versorgung eines zweiten elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie ausgebildet ist.
  • In einer Ausführungsform weist die Energieversorgungsvorrichtung einen galvanisch trennenden Transformator (Trenntransformator) auf, wobei eine erste Wicklung bzw. Primärwicklung des galvanisch trennenden Transformators mit dem zweiten Netzanschluss verbunden ist und eine zweite Wicklung bzw. Sekundärwicklung des galvanisch trennenden Transformators mit dem zweiten Gleichrichter verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform ist der erste Netzanschluss ein Netzanschluss mit 32 A Strombelastbarkeit, wie er beispielsweise auf Baustellen typisch Verwendung findet.
  • In einer Ausführungsform ist der zweite Netzanschluss ein Netzanschluss mit 16 A Strombelastbarkeit, wie er beispielsweise auf Baustellen typisch Verwendung findet.
  • Die erfindungsgemäße Baumaschine weist eine oben beschriebene Energieversorgungsvorrichtung und einen elektrischen Antrieb auf, der den ersten elektrischen Verbraucher der Energieversorgungseinrichtung bildet und der folglich mittels des ersten Stromrichters der Energieversorgungsvorrichtung mit elektrischer Energie versorgt ist.
  • In einer Ausführungsform ist die Baumaschine eine Dickstoffaustragevorrichtung zum Austragen von Dickstoff, insbesondere Mörtel, wobei die Dickstoffaustragevorrichtung einen elektrischen Mischerantrieb zum Mischen des Dickstoffes aufweist, der den oben genannten elektrischen Antrieb bildet und der folglich mittels des ersten Stromrichters der Energieversorgungsvorrichtung mit elektrischer Energie versorgt ist.
  • In einer Ausführungsform weist die Dickstoffaustragevorrichtung weiter einen elektrischen Kompressor zum Erzeugen von Druckluft auf, der den zweiten elektrischen Verbraucher der Energieversorgungseinrichtung bildet und der folglich mittels des zweiten Stromrichters der Energieversorgungsvorrichtung mit elektrischer Energie versorgt ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt:
    • 1 schematisch ein Blockdiagramm einer Baumaschine mit einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern der Baumaschine mit elektrischer Energie.
  • 1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Baumaschine in Form einer Dickstoffaustragevorrichtung 1000 zum Austragen von Dickstoff mit einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung 100 zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in Form eines Kompressors 1 und eines Mischerantrieb 2 der Dickstoffaustragevorrichtung 1000 mit elektrischer Energie/Leistung.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist einen Zwischenkreis 3 auf, auf dem eine Zwischenkreisgleichspannung von beispielsweise DC 550 V bei einem Netzspannungsanschluss von 3AC 400 V anliegt.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter einen ersten Netzanschluss 4 auf, an den bestimmungsgemäß ein erstes Wechselspannungsnetz 5 anschließbar ist, beispielsweise ein Baustromnetz mit 32 A Strombelastbarkeit.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter ein optionales herkömmliches Netzfilter 16 und eine optionale nachgeschaltete Glättungsdrossel 17 auf, der ein erster Gleichrichter 6 nachgeschaltet ist. Der erste Gleichrichter 6 ist dazu ausgebildet, eine an dem ersten Netzanschluss 4 anstehende Wechselspannung gleichzurichten und die gleichgerichtete Spannung in den Zwischenkreis 3 einzuspeisen.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter einen zweiten Netzanschluss 7 auf, an den bestimmungsgemäß ein zweites Wechselspannungsnetz 8 anschließbar ist, beispielsweise ein Baustromnetz mit 16 A Strombelastbarkeit.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter ein optionales herkömmliches Netzfilter 18 und einen galvanisch trennenden Transformator 15 auf, wobei eine erste Wicklung bzw. Primärwicklung 15a des galvanisch trennenden Transformators 15 mit dem zweiten Netzanschluss 7 über das Netzfilter 18 verbunden ist und eine zweite Wicklung bzw. Sekundärwicklung 15b des galvanisch trennenden Transformators 15 mit einem zweiten Gleichrichter 9 verbunden ist. Der zweite Gleichrichter 9 ist dazu ausgebildet, eine an der zweiten Wicklung 15b des galvanisch trennenden Transformators 15 anstehende Wechselspannung, die auf einer an dem zweiten Netzanschluss 7 anstehenden Wechselspannung basiert, gleichzurichten.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter einen steuerbaren DC/DC-Wandler 10 auf, der an einer ersten Seite mit der mittels des zweiten Gleichrichters 9 gleichgerichteten Spannung beaufschlagt ist und der an einer zweiten Seite unter Zwischenschaltung einer optionalen Glättungsdrossel 19 mit dem Zwischenkreis 3 verbunden ist.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter einen ersten Stromrichter in Form eines Wechselrichters 11 auf, der aus dem Zwischenkreis 3 gespeist ist und der zur Versorgung des Mischerantriebs 2 mit elektrischer Energie ausgebildet ist.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter einen zweiten Stromrichter in Form eines Wechselrichters 14 auf, der aus dem Zwischenkreis 3 gespeist ist und zur Versorgung des Kompressors 1 mit elektrischer Energie ausgebildet ist.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter eine Leistungsmesseinrichtung 12 auf, die dazu ausgebildet ist, eine an dem ersten Netzanschluss 4 aufgenommene elektrische Leistung zu messen.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist weiter eine Steuereinrichtung 13 auf, die mit der Leistungsmesseinrichtung 12 in Datenverbindung steht und die dazu ausgebildet ist, den DC/DC-Wandler 10 in Abhängigkeit von der an dem ersten Netzanschluss 4 aufgenommenen elektrischen Leistung anzusteuern. Für den Fall, dass die an dem ersten Netzanschluss 4 aufgenommene elektrische Leistung einen Schwellenwert überschreitet, steuert die Steuereinrichtung 13 den DC/DC-Wandler 10 derart an, dass elektrische Leistung von dem zweiten Netzanschluss 7 in Richtung des Zwischenkreises 3 übertragen wird. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass eine maximale von der Energieversorgungsvorrichtung 100 abgebbare elektrische Leistung einer Summe der an dem ersten Netzanschluss 4 maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung und der an dem zweiten Netzanschluss 7 maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung entspricht.
  • Verfügbare Netzanschlussdosen zum elektrischen Versorgen von Baumaschinen führen häufig zu Problemen hinsichtlich der verfügbaren elektrischen Anschlussleistung. Um beispielsweise eine elektrische Leistung von 30 kW zur Verfügung zu stellen, ist ein 63 A Anschluss notwendig. Da dieser Anschluss nicht immer verfügbar ist und übliche Baustromverteiler überwiegend auch nur mit 63 A abgesichert sind, verbleiben für elektrische Antriebe von Baumaschinen üblicherweise nur 32 A und 16 A Anschlüsse. Die maximale Leistung des elektrischen Verbrauchers wird derzeit begrenzt von der maximalen Anschlussleistung eines Anschlusses.
  • 1 zeigt nun ein Beispiel einer möglichen Schaltung mit einem 32 A Anschluss 4 und einem 16 A Anschluss 7.
  • Am 16 A Anschluss 7 erfolgt eine Potentialtrennung mit Spannungsanhebung. Der DC/DC-Wandler oder -Steller 10 „schiebt“ elektrische Leistung stromgeregelt in den Zwischenkreis 3. Der Potenzialbezug stellt sich über die Kopplung im Zwischenkreis 3 ein. Über die Messeinrichtung 12 am 32 A Anschluss 4 prüft die zentrale Steuerung 13, wann zusätzliche Leistung vom 16 A Anschluss 7 erforderlich ist. Werden alle Verbraucher 1, 2 am 32 A Pfad angeschlossen, so kann die Baumaschine 1000 wahlweise auch nur am 32 A Anschluss 4 betrieben werden.
  • Erfindungsgemäß werden mehrere Energiepfade bzw. mehrere Anschlüsse 4 und 7 derart kombiniert, dass die nutzbare Leistung sich auf die Summe der Anschlussleistungen erhöht. Mit anderen Worten wird elektrische Energie/Leistung von weiteren Anschlüssen nach Bedarf dem Haupt-Anschluss 4 beigesteuert, ohne dass eine feste Zuordnung zwischen Verbrauchern 1, 2 und Anschlüssen 4 und 7 vorhanden ist. Durch die Messung der Leistungsaufnahme am Haupt-Anschluss 4 wird die Leistung des weiteren Anschlusses 7 dem Zwischenkreis 3 zugeführt und insgesamt die Leistungsausbeute maximiert.
  • Es versteht sich, dass auch weitere zweite Netzanschlüsse 7 vorhanden sein können. Die weiteren Anschlusspfade entsprechen dann dem Pfad am zweiten Netzanschluss 7 mit den Komponenten: optionales Netzfilter 18, galvanisch trennender Transformator 15, Gleichrichter 9 und DC/DC-Wandler 10, der den Zwischenkreis 3 (mit) speist.
  • Es versteht sich, dass auch mehr als zwei aus dem Zwischenkreis 3 gespeiste Stromrichter 11 und 14 zur Versorgung weiterer elektrischer Verbraucher vorhanden sein können.
  • Mittels der Erfindung ist eine maximale Leistungsausbeute der elektrischen Anschlussleistung beispielsweise einer Baumaschine mit zwei (oder mehr) Netz-Anschlüssen möglich. Aufgrund des galvanisch trennenden Transformators 15 findet keine Beeinflussung der Anschlüsse 4 und 7 untereinander statt.

Claims (10)

  1. Energieversorgungsvorrichtung (100) zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern (1, 2) mit elektrischer Energie, aufweisend: - einen Zwischenkreis (3), - einen ersten Netzanschluss (4), an den bestimmungsgemäß ein erstes Wechselspannungsnetz (5) anschließbar ist, - einen ersten Gleichrichter (6), der dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung, die einer an dem ersten Netzanschluss (4) anstehenden Wechselspannung entspricht oder auf dieser basiert, gleichzurichten und die gleichgerichtete Spannung in den Zwischenkreis (3) einzuspeisen, - einen zweiten Netzanschluss (7), an den bestimmungsgemäß ein zweites Wechselspannungsnetz (8) anschließbar ist, - einen zweiten Gleichrichter (9), der dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung, die einer an dem zweiten Netzanschluss (7) anstehenden Wechselspannung entspricht oder auf dieser basiert, gleichzurichten, - einen steuerbaren DC/DC-Wandler (10), der an einer ersten Seite mit der mittels des zweiten Gleichrichters (9) gleichgerichteten Spannung beaufschlagt ist und der an einer zweiten Seite mit dem Zwischenkreis (3) verbunden ist, - einen ersten Stromrichter (11), der aus dem Zwischenkreis (3) gespeist ist und der zur Versorgung eines ersten elektrischen Verbrauchers (2) mit elektrischer Energie ausgebildet ist, - eine Leistungsmesseinrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, eine an dem ersten Netzanschluss (4) aufgenommene elektrische Leistung zu messen, und - eine Steuereinrichtung (13), die mit der Leistungsmesseinrichtung (12) in Datenverbindung steht und die dazu ausgebildet ist, den DC/DC-Wandler (10) in Abhängigkeit von der an dem ersten Netzanschluss (4) aufgenommenen elektrischen Leistung anzusteuern.
  2. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - für den Fall, dass die an dem ersten Netzanschluss (4) aufgenommene elektrische Leistung einen Schwellenwert überschreitet, die Steuereinrichtung (13) den DC/DC-Wandler (10) derart ansteuert, dass elektrische Leistung von dem zweiten Netzanschluss (7) in Richtung des Zwischenkreises (3) übertragen wird.
  3. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinrichtung (13) den DC/DC-Wandler (10) derart ansteuert, dass eine maximale von der Energieversorgungsvorrichtung (100) abgebbare elektrische Leistung einer Summe der an dem ersten Netzanschluss (4) maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung und der an dem zweiten Netzanschluss (7) maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung entspricht.
  4. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsvorrichtung (100) weiter aufweist: - einen zweiten Stromrichter (14), der aus dem Zwischenkreis (3) gespeist ist und der zur Versorgung eines zweiten elektrischen Verbrauchers (1) mit elektrischer Energie ausgebildet ist.
  5. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsvorrichtung (100) weiter aufweist: - einen galvanisch trennenden Transformator (15), wobei eine erste Wicklung (15a) des galvanisch trennenden Transformators (15) mit dem zweiten Netzanschluss (7) verbunden ist und eine zweite Wicklung (15b) des galvanisch trennenden Transformators (15) mit dem zweiten Gleichrichter (9) verbunden ist.
  6. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Netzanschluss (4) ein 32 A Netzanschluss ist.
  7. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der zweite Netzanschluss (7) ein 16 A Netzanschluss ist.
  8. Baumaschine (1000), aufweisend: - eine Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und - einen elektrischen Antrieb (2), der mittels des ersten Stromrichters (11) der Energieversorgungsvorrichtung (100) mit elektrischer Energie versorgt ist.
  9. Baumaschine (1000) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - die Baumaschine eine Dickstoffaustragevorrichtung (1000) zum Austragen von Dickstoff, insbesondere Mörtel, ist, wobei die Dickstoffaustragevorrichtung (1000) einen elektrischen Mischerantrieb (2) zum Mischen des Dickstoffes aufweist, der mittels des ersten Stromrichters (11) der Energieversorgungsvorrichtung (100) mit elektrischer Energie versorgt ist.
  10. Baumaschine (1000) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickstoffaustragevorrichtung (1000) weiter aufweist: - einen elektrischen Kompressor (1) zum Erzeugen von Druckluft, der mittels des zweiten Stromrichters (14) der Energieversorgungsvorrichtung (100) mit elektrischer Energie versorgt ist.
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