DE10346796A1 - Diesel-electric straddle carrier for transporting, stacking containers in container terminals and dockyards temporarily stores energy generated by motors in electrical braking mode and returns to intermediate d.c. circuit in motor mode - Google Patents

Diesel-electric straddle carrier for transporting, stacking containers in container terminals and dockyards temporarily stores energy generated by motors in electrical braking mode and returns to intermediate d.c. circuit in motor mode Download PDF

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Abstract

The device has a diesel engine (1) driving a generator (2) that feeds electrical energy via a rectifier (3) to an intermediate d.c. circuit (4) connected to inverters (6) for feeding drive and lift motors (7,8) with polyphase electricity and with an energy storage device (12) of connected ultra capacitors (13) connected to the intermediate d.c. circuit via an electronic switch (10) with an anti-parallel connected diode (11) and a controller (15). Energy produced by motors acting as generators in electrical braking mode is temporarily stored in the storage device and returned to the intermediate d.c. circuit in motor mode.

Description

Die Erfindung betrifft einen dieselelektrischen Portalhubstapler (Straddle Carrier) entsprechend dem ersten Patentanspruch.The The invention relates to a diesel-electric straddle carrier (Straddle Carrier) according to the first claim.

Die Erfindung ist anwendbar für Portalhubstapler, sogenannte Straddle Carrier.The Invention is applicable to Straddle carrier, so-called straddle carrier.

Portalhubstapler sind weltweit zu Tausenden in Seehäfen und Containerterminals zum Transportieren und Stapeln von Containern eingesetzt. So sind z. B. in Hafenstädten wie Hamburg oder Bremerhaven tagtäglich Hunderte solcher dieselgetriebenen Fahrzeuge im Einsatz, die entsprechende Mengen Kraftstoff verbrauchen und mit ihren Abgasen die (oft städtische) Umwelt belasten. Eine Technik, die den Energieverbrauch und Schadstoffausstoß dieser Fahrzeuge bis auf ein absolut notwendiges Mindestmaß reduziert, ist daher sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvoll.straddle There are thousands of seaports and container terminals worldwide used for transporting and stacking containers. So are z. B. in port cities like Hamburg or Bremerhaven every day hundreds of such diesel-powered vehicles in use, consume the appropriate amounts of fuel and with their exhaust gases the (often urban) Burden the environment. A technology that reduces the energy consumption and pollutant emissions of these vehicles reduced to an absolutely necessary minimum, is therefore both economical as well as ecological meaningful.

Dieselelektrische Antriebssysteme für solche Straddle Carrier sind bekannt. Im allgemeinen bestehen sie aus einem Dieselgeneratorsatz zur Erzeugung elektrischer Energie, einem Gleichspannungszwischenkreis, und mehreren, daran angeschlossenen regelbaren Wechselrichtern zur Drehstromspeisung von Fahr- und Hubwerksmotoren. Diese bisher bekannten Antriebssysteme haben jedoch den Nachteil, daß die elektrische Energie, welche beim generatorischen Bremsen der Fahr- und Hubmotoren (z. B. beim Absenken der Last, oder beim elektrischen Bremsen des Fahrwerks) in den Zwischenkreis zurückgespeist wird, mit Bremswiderständen vernichtet wird und so für immer verloren geht.diesel Electric Drive systems for Such straddle carriers are known. In general, they exist from a diesel generator set for generating electrical energy, a DC intermediate circuit, and several connected thereto Adjustable inverters for three-phase current supply of traction and hoist motors. However, these previously known drive systems have the disadvantage that the electrical energy which is generated during regenerative braking of the vehicle and lifting motors (eg when lowering the load, or during electric braking of the chassis) is fed back into the DC link, is destroyed with braking resistors and so for always gets lost.

Für andere Fahrzeuge sind daher schon lange Antriebssysteme entwickelt worden, welche die Bremsenergie in einem elektrischen Energiespeicher zwischenspeichern und so beim Beschleunigen wieder nutzbar machen. Eine Vielzahl von derartigen Patenten ist bekannt. Hier sei als Beispiel nur DE 197 45 094 A1 genannt. Diese Offenlegungsschrift zeigt ein solches Antriebssystem für Hybridelektrofahrzeuge, bei dem an den Gleichspannungs-Zwischenkreis eine Batterie angeschlossen ist und eine Energieflußregelung das laden und entladen der Batterie steuert, je nach Energiebedarf oder Energieüberschuß des Fahrzeuges. Die meisten anderen Patentanmeldungen zu diesem Thema benutzen ebenfalls Batterien als Energiespeicher. Hier ist allerdings als Nachteil anzusehen, daß Batterien, wie z. B. Blei-Säure-Akkumulatoren, nur eine begrenzte Lebensdauer, relativ hohen Wartungaufwand und nur eine begrenzte Leistungsaufnahme beim Laden haben. Außerdem mindern sie wegen ihres hohen Gewichtes die mögliche Nutzlast des Fahrzeuges. Batterien kommen daher auf Portalstaplern bisher nicht zum Einsatz.Therefore, drive systems have long been developed for other vehicles, which buffer the braking energy in an electrical energy store and thus make it usable again during acceleration. A variety of such patents are known. Here is an example only DE 197 45 094 A1 called. This publication shows such a drive system for hybrid electric vehicles, in which a battery is connected to the DC link and a power flow control controls the charging and discharging of the battery, depending on the energy requirements or energy surplus of the vehicle. Most other patent applications on this subject also use batteries as energy storage. Here, however, is to be regarded as a disadvantage that batteries such. As lead-acid batteries, have a limited life, relatively high maintenance and only a limited power consumption when loading. In addition, they reduce the possible payload of the vehicle because of their high weight. Batteries are therefore not yet used on portal stackers.

Aber auch wartungsfreie, langlebige und leichte Energiespeicher mit hoher Leistungsdichte sind bekannt. Es sind Doppelschichtkondensatoren mit sehr hohen Kapazitäten, die unter den Namen „Ultra-Kondensatoren" oder „Ultracaps" inzwischen zu halbwegs akzeptablen Preisen auf dem Markt erhältlich sind. Erste Versuche mit einem dieselelektrischen Omnibus, der mit Ultracaps als Bremsenergiespeicher ausgerüstet war, haben erhebliche Kraftstoffeinsparungen (10 – 15 %) und Emissionsreduktionen im Stadtverkehr ergeben.But Also maintenance-free, durable and lightweight energy storage with high Power density is known. There are double-layer capacitors with very high capacities, under the name of "Ultra Capacitors" or "Ultracaps" meanwhile too halfway acceptable prices are available in the market. First try with a diesel-electric bus, with ultracaps as brake energy storage equipped was, have significant fuel savings (10 - 15%) and emission reductions in city traffic.

Allerdings läßt sich diese Technik, die für Omnibusse oder andere Hybridfahrzeuge entwickelt wurde, nicht ohne weiteres direkt auf Portalhubstapler übertragen: Jene Fahrzeuge haben nur Fahrantriebe, ein Straddle Carrier hat jedoch zusätzlich ein Hubwerk und weitere Hilfsantriebe. Daher muß für die Entwicklung eines kraftstoffsparenden Antriebssystems für Straddle Carrier vor allem die Energieflußsteuerung derart weiterentwickelt werden, daß nicht nur die kinetische Energie des Fahrzeuges, sondern auch die potentielle Energie der gehobenen Last bei der Lade- und Entladestrategie für den Ultracap-Energiespeicher mit berücksichtigt wird. Weiterhin ist der Einbauplatz auf Portalstaplern sehr begrenzt. Zusätzliche Komponenten sind auf ihm kaum noch unterzubringen. Dies gilt vor allem für den bei Omnibussen und anderen Anwendungen eingesetzten DC/DC-Wandler (elektronischer Hoch/Tiefsetzsteller), der für das gesteuerte laden/entladen des Speichers gebraucht wird, um dessen Kapazität optimal zu nutzen.Indeed let yourself this technique for buses or other hybrid vehicles has been developed, not readily Transfer directly to straddle carrier: Those vehicles have only travel drives, a straddle carrier has however, in addition a hoist and other auxiliary drives. Therefore, for the development of a fuel-efficient Drive system for Straddle carriers in particular, the energy flow control developed so will not do that only the kinetic energy of the vehicle, but also the potential Energy of the upper load in the charging and discharging strategy for the Ultracap energy storage taken into account becomes. Furthermore, the slot on portal trucks is very limited. additional Components are hardly to be accommodated on it. This is true everything for the DC / DC converters used in buses and other applications (electronic up / down converter), which for the controlled charge / discharge the memory is needed to optimally use its capacity.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die oben angegebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein kraftstoffsparendes und umweltfreundliches Antriebssystem speziell für die Erfordernisse von dieselelektrischen Straddle Carriern aufzuzeigen.It Therefore, the object of the invention, the disadvantages mentioned above to eliminate the prior art and a fuel-efficient and environmentally friendly drive system especially for the requirements of diesel-electric Show straddle carriers.

Diese Aufgabe wird von einem Portalhubstapler nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.These Task is by a straddle carrier truck according to the characteristics of the first Claim solved. under claims give advantageous embodiments of the invention again.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht einen Portalhubstapler mit dieselelektrischem Antriebssystem, bestehend aus einem Dieselmotor vor, der einen Generator antreibt, welcher seine erzeugte elektrische Energie über einen Gleichrichter in einen Gleichspannungszwischenkreis einspeist, an welchem wiederum Wechselrichter zur Speisung der Fahr- und Hubmotoren mit Drehstrom angeschlossen sind. Erfindungsgemäß ist am Gleichspannungszwischenkreis ein elektrischer Energiespeicher aus zusammengeschalteteten Ultrakondensatoren über einen elektronischen Schalter mit einer antiparallel geschalteter Diode angeschlossen. Er steuert über eine Steuereinrichtung mit diesem elektronischen Schalter den Ladezustand des Speichers so, daß die im elektrischen Bremsbetrieb von den Fahr- und Hubmotoren generatorisch zurückgespeiste Energie im Speicher zwischengespeichert wird und bei anschließendem motorischen Betrieb über die Diode wieder in den Zwischenkreis und damit an die Fahr- Hub- und Hilfsantriebe abgegeben wird.The solution according to the invention provides a straddle lift truck with a diesel-electric drive system consisting of a diesel engine which drives a generator which feeds its generated electrical energy via a rectifier into a DC intermediate circuit to which in turn inverters for feeding the traction and lifting motors with three-phase current are connected. According to the invention, an electrical energy store composed of interconnected ultracapacitors via an electronic switch with an antiparallel connected diode is connected to the DC voltage intermediate circuit. He controls via a control device with this electronic Switch the state of charge of the memory so that the regenerative energy fed back in the electric braking operation of the drive and lifting motors in the memory and is delivered in subsequent motor operation via the diode back into the DC bus and thus to the driving hub and auxiliary drives.

Vorteilhaft ist es, durch eine elektronische Steuerung die Generatorspannung durch Verstellen der Dieseldrehzahl an den momentanen Spannungsbedarf der Antriebsmotore anzupassen und damit den Energiespeicher besser auszunutzen.Advantageous is it, by an electronic control the generator voltage by adjusting the diesel speed to the current voltage requirement adapt the drive motors and thus the energy storage better exploit.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der elektronische Schalter der in handelsüblichen Umrichtern schon vorhanden Bremschopper oder sonst ein handelsüblicher Bremschopper ist.Farther It is advantageous if the electronic switch of commercially available Converters already present brake chopper or otherwise a commercial one Bremschopper is.

Die Steuereinrichtungen sollte eine speicherprogrammierbare Steuerung oder ein Rechner sein, in welchem eine speziell zum Zwecke der Ladezustandsregelung des Energiespeichers und zur Drehzahlverstellung des Dieselmotors entwickelte Software implementiert ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung die ohnehin zum Bremschopper mitgelieferte Steuereinrichtung ist, welche bei Erreichen der maximalen Zwischenkreisspannung den Bremschopper einschaltet und damit den Energiespeicher lädt.The Control devices should have a programmable logic controller or a computer in which one especially for the purpose of state of charge control the energy storage and speed adjustment of the diesel engine developed software is implemented. Furthermore, it is advantageous if the control device already supplied to the brake chopper Control device is which, upon reaching the maximum DC link voltage turns on the brake chopper and thus loads the energy storage.

Um den Schalter nicht mit kurzzeitigen Stromspitzen zu überlasten ist es vorteilhaft zwischen dem elektronischen Schalter und dem Energiespeicher eine Drossel zu schalten.Around Do not overload the switch with short-term current peaks it is advantageous between the electronic switch and the Energy storage to turn on a choke.

Der Portalhubstapler weist eine spezielle Energieflußsteuerung und einen elektrischen Energiespeicher mit Ultrakondensatoren auf.Of the Portal lift truck has a special power flow control and an electrical Energy storage with ultracapacitors on.

Die vorgeschlagene Lösung weist die folgenden Vorteile auf:

  • – Der Kraftstoffverbrauch des Portalhubstaplers wird deutlich geringer
  • – Die Schadstoffemmissionen im Abgas werden geringer
  • – Der Energiespeicher wird in seiner Speicherkapazität optimal ausgenutzt
  • – Es wird kein zusätzlicher Hoch/Tiefsetzsteller (DC/DC-Wandler) zur Ankopplung des Energiespeicherss an das Antriebssystem gebraucht.
  • – Der Energiespeicher kann an Stelle eines Bremswiderstandes direkt an einen schon vorhandenen Bremschopper angeschlossen werden.
  • – Schon ausgelieferte und eingesetzte Portalstapler können nachträglich problemlos mit einem Energiespeicher nachgerüstet werden
The proposed solution has the following advantages:
  • - The fuel consumption of the straddle lift truck is significantly lower
  • - The pollutant emissions in the exhaust gas are reduced
  • - The energy storage is optimally utilized in its storage capacity
  • - No additional boost / buck converter (DC / DC converter) is needed to connect the energy storage unit to the drive system.
  • - The energy storage can be connected instead of a braking resistor directly to an existing brake chopper.
  • - Already delivered and used portal stacker can be retrofitted easily with an energy storage

Die Erfindung wird an Hand eines typischen Antriebssystems für Portalstapler beschrieben das der einzigen Figur zur Anmeldung zu entnehmen ist.The The invention is based on a typical drive system for gantry forklifts described that the single figure can be found in the application.

Der Energiespeicher 12 besteht aus einer Vielzahl von zusammengeschalteten Ultrakondensatoren 13 und ist über den elektronischen Schalter 10 (z. B. IGBT mit antiparalleler Diode 11) an den Zwischenkreis 4 eines herkömmlichen Frequenzumrichtersystems angeschlossen. Mit diesem elektronischen Schalter 10 ist die Ladespannung und damit der Ladezustand der Ultrakondensatoren 13 steuerbar. Bei vielen handelsüblichen Frequenzumrichtern kann der ohnehin vorhandene Bremschopper für diesen Zweck genutzt werden, d. h. der Energiespeicher 12 wird an Stelle eines Bremswiderstandes an den Bremschopper angeschlossen. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Drossel 14 eingefügt, um den Bremschopper nicht mit kurzzeitigen Stromspitzen zu überlasten.The energy storage 12 consists of a large number of interconnected ultracapacitors 13 and is over the electronic switch 10 (eg IGBT with antiparallel diode 11 ) to the DC link 4 connected to a conventional frequency converter system. With this electronic switch 10 is the charging voltage and thus the state of charge of the ultracapacitors 13 controllable. In many commercially available frequency converters the already existing brake chopper can be used for this purpose, ie the energy storage 12 is connected to the brake chopper instead of a braking resistor. In the present example became a choke 14 inserted so as not to overload the brake chopper with short-term current peaks.

Der Energiefluß zwischen Speicher 12, Generator 2 und Antrieben 7, 8, 9 wird folgendermaßen gesteuert:
Beim generatorischen Bremsen der Fahr- oder Hubantriebe 7, 8, also etwa beim Abbremsen des Fahrwerks oder beim Senken der Hubwerkslast, speisen diese Antriebe Bremsenergie in den Zwischenkreis 4 zurück und erhöhen dadurch die Zwischenkreisspannung über die Generatorspannung hinaus. Dadurch sperrt der Einspeisegleichrichter 3 und der Diesel-Generator 2 speist keine Energie mehr in den Zwischenkreis ein. Die Zwischenkreisspannung erhöht sich bis zum Einsetzpunkt des Bremschoppers 10. Dessen elektronische Steuerung 15 schaltet ihn dann ein und läßt Ladestrom in den Energiespeicher 12 fließen. Dessen Spannung steigt bei der Aufladung ebenfalls über die Generatorspannung hinaus an.The energy flow between memory 12 , Generator 2 and drives 7 . 8th . 9 is controlled as follows:
During regenerative braking of the travel or lifting drives 7 . 8th For example, when braking the landing gear or lowering the hoist load, these drives feed braking energy into the DC link 4 This increases the DC link voltage beyond the generator voltage. This blocks the feed-in rectifier 3 and the diesel generator 2 no longer feeds energy into the DC link. The DC link voltage increases until the point of insertion of the brake chopper 10 , Its electronic control 15 then turns it on and allows charging current in the energy storage 12 flow. Its voltage also increases during charging beyond the generator voltage.

Werden anschließend die Fahr- oder Hubantriebe 7, 8 wieder motorisch betrieben, so bleibt der IGBT 10 des Bremschoppers gesperrt und der Energiespeicher entlädt sich über die Diode 11 in den Zwischenkreis 4 solange, bis seine Spannung kleiner ist als die vom Generator 2 erzeugte Spannung. Dann sperrt die Diode 11, und der Einspeisegleichrichter 3 wird leitend, so daß die Energie für Fahr- und Hubmotore 6, 7 wieder dem Generator 2 entnommen wird. Während des motorischen Betriebes der Antriebe 7, 8 erreicht die Zwischenkreisspannung nicht die Einschaltschwelle des Bremschoppers 10. Der Energiespeicher 12 bleibt daher entladen, und kann beim nächsten Bremsen wieder die Bremsenergie aufnehmen.Then become the travel or lifting drives 7 . 8th powered by motor, that leaves the IGBT 10 the brake chopper locked and the energy storage discharges through the diode 11 in the DC link 4 until its voltage is lower than that of the generator 2 generated voltage. Then the diode locks 11 , and the feed-in rectifier 3 becomes conductive, so that the energy for driving and lifting engines 6 . 7 back to the generator 2 is removed. During the motor operation of the drives 7 . 8th the intermediate circuit voltage does not reach the switch-on threshold of the brake chopper 10 , The energy storage 12 therefore remains discharged, and can absorb the braking energy again at the next braking.

Bei dieser Schaltung kann die Spannung im entladenen Zustand des Speichers 12 jedoch nicht unter die Generatorspannung absinken. Damit ist die Speicherkapazität begrenzt, denn die maximal speicherbare Energie errechnet sich nach der Kondensator-Formel: Wsp = 0,5·C·(Umax2 – Umin2)Wobei
C die Gesamtkapazität des Ultracap-Speichers 12 in Farad,
Umax die maximale Ladespannung und
Umin die minimal mögliche Spannung im entladenen Zustand des Speichers ist.In this circuit, the voltage in the discharged state of the memory 12 However, do not fall below the generator voltage. Thus, the storage capacity is limited, because the maximum storable energy is calculated according to the capacitor formula: Wsp = 0.5 · C · (Umax 2 - Umin 2 ) In which
C is the total capacity of the Ultracap memory 12 in Farad,
Umax the maximum charging voltage and
Umin is the minimum possible voltage in the discharged state of the memory.

In der hier vorgestellten Schaltung ist Umax gegeben durch die maximale Zwischenkreisspannung des Frequenzumrichtersystems (Gerätekonstante), und Umin durch die Generatorspannung. Um den Energiespeicher 12 maximal ausnutzen zu können, sollte die Generatorspannung also möglichst niedrig gehalten werden.In the circuit presented here Umax is given by the maximum intermediate circuit voltage of the frequency converter system (device constant), and Umin by the generator voltage. To the energy storage 12 To be able to exploit maximally, the generator voltage should therefore be kept as low as possible.

Andererseits muß aber beim motorischen Betrieb der Antriebe 7, 8 und entladenem Speicher 12 die Generatorspannung mindestens etwas größer sein als die benötigte Klemmenspannung der Antriebsmotore 7, 8. Diese Klemmenspannung ist bekanntlich bis zur Nenndrehzahl ungefähr proportional zur aktuellen Drehzahl der Antriebsmotore, darüber hinaus im Feldschwächbereich aber bleibt sie konstant auf Nennspannung.On the other hand, but must in the motor operation of the drives 7 . 8th and discharged memory 12 the generator voltage be at least slightly larger than the required terminal voltage of the drive motors 7 . 8th , This terminal voltage is known to be approximately proportional to the current speed of the drive motors up to the rated speed, but beyond that in the field weakening range, it remains constant at rated voltage.

Die Generatorspannung wird daher, z. B. durch Änderung der Dieseldrehzahl so verstellt, dass sie einerseits immer möglichst klein bleibt, andererseits aber den Spannungsbedarf der Antriebsmotore 7, 8 sicher stellt, sobald die Spannung des sich entladenden Energiespeichers 12 und damit die Zwischenkreisspannung unter die von den Motoren 7, 8 benötigte Spannung abzusinken droht. Das kann man erreichen, indem man über die elektronische Steuerung 15 die Dieseldrehzahl abhängig von der aktuellen Drehzahl des momentan am schnellsten drehenden Antriebsmotors macht. Dann übernimmt der Generator 2 sozusagen automatisch wieder die Energieversorgung, sobald der Energiespeicher 12 auf eine Spannung kleiner als die Generatorspannung entladen ist. Diese Übernahme erfolgt relativ langsam und stetig, so daß der Ausstoß von rußigem schwarzen Rauch, wie sonst bei plötzlichen Belastungen des Diesels üblich, vermieden wird. Bei Stillstand oder kleinen Fahr- und Hubgeschwindigkeiten wird die Dieseldrehzahl und damit die Generatorspannung unter die Nennwerte abgesenkt, so daß der Energiespeicher noch tiefer entladen wird und weitere Energie in das System einspeist. Er wird damit deutlich besser ausgenutzt.The generator voltage is therefore, for. B. so adjusted by changing the diesel speed that on the one hand always remains as small as possible, on the other hand, but the voltage requirement of the drive motors 7 . 8th ensures as soon as the voltage of the discharging energy storage 12 and thus the intermediate circuit voltage below that of the motors 7 . 8th needed voltage drops threatening. This can be achieved by talking about the electronic control 15 makes the diesel speed depending on the current speed of the currently fastest rotating drive motor. Then the generator takes over 2 the energy supply automatically returns, as it were, as soon as the energy storage device 12 is discharged to a voltage less than the generator voltage. This takeover is relatively slow and steady, so that the emission of sooty black smoke, as usual in sudden loads of diesel, is avoided. At standstill or small driving and lifting speeds, the diesel speed and thus the generator voltage is lowered below the nominal values, so that the energy storage is discharged even deeper and feeds more energy into the system. He is thus much better exploited.

Die Absenkung der Dieseldrehzahl spart darüber hinaus noch zusätzlich Kraftstoff, da Dieselmotoren bei mittleren Drehzahlen verbrauchsgünstiger arbeiten als bei Maximaldrehzahl.The Lowering the diesel speed also saves additional fuel, diesel engines operate at lower engine speeds as at maximum speed.

Zur Erläuterung werden die typischen Daten eines auf Portalstaplern üblichen Antriebssystems genannt:to explanation become the typical data of a common on forklift trucks Drive system called:

Diesel-Generatorsatz:Diesel generator set:

  • bei nmax = 1800 U/min: Un,g = 3AC 480 V (enstpr. Uzk = 650 VDC im Zwischenkreis)at nmax = 1800 rpm: Un, g = 3AC 480 V (enstpr. Uzk = 650 VDC in the DC link)
  • bei n = 1300 U/min: Uzk = 450 VDC im Zwischenkreisat n = 1300 rpm: Uzk = 450 VDC in the DC link

Antriebsmotore:Drive motors:

  • Nennspannung bei Nenndrehzahl: Un,mot = 3AC 460 V (entspr. ca. Uzk = 650 VDC)Nominal voltage at nominal speed: Un, mot = 3AC 460 V (acc. about Uzk = 650 VDC)
  • Frequenzumrichter: U zk,max = 800 VDCFrequency converter: U zk, max = 800 VDC

Würde man des Dieselmotor konstant auf Nenndrehzahl lassen, so wäre die dem Energiespeicher maximal entnehmbare Energie: W1 = 0,5·C·((800V)2 – (650V)2) = 0,5·C·217500V2 If one were to let the diesel engine constantly at rated speed, then the maximum energy that could be taken from the energy store would be: W1 = 0.5 · C · ((800V) 2 - (650V) 2 ) = 0.5 · C · 217500V 2

Senkt man die Dieseldrehzahl hingegegen bei langsamen Fahr- und Hubbewegungen ab, so ist die die aus dem Energiespeicher nutzbare Energie doppelt so groß: W2 = 0,5·C·((800V)2 – (450V)2) = 0,5·C·437500V2 (= 2·W1 ca.) On the other hand, if the diesel speed is reduced during slow driving and lifting movements, then the energy that can be used from the energy store is twice as large: W2 = 0.5 · C · ((800V) 2 - (450V) 2 ) = 0.5 · C · 437500V 2 (= 2 · W1 approx.)

11
Dieselmotordiesel engine
22
DrehstromgeneratorAlternator
33
EinspeisegleichrichterEinspeisegleichrichter
44
Sammelschiene des Gleichspannungszwischenkreisesbus of the DC intermediate circuit
55
ZwischenkreiskondensatorenDC link capacitors
66
Wechselrichterinverter
77
Fahrwerksmotorelanding gear motors
88th
HubwerksmotorHubwerksmotor
99
Hilfsmotore (Kühlerpumpen, Lüfter, Klimageräte, Heizungen etc.)auxiliary motors (Cooler pumps, Fan, Air conditioners, Heaters etc.)
1010
Elektronischer Schalter (z. B. IGBT in einem Brems-Chopper)electronic Switch (eg IGBT in a brake chopper)
1111
Entladediodedischarge diode
1212
Energiespeicherenergy storage
1313
Ultra-KondensatorenUltra-capacitors
1414
Drosselthrottle
1515
Elektronische Steuerungelectronic control
1616
Steuersignal für Dieseldrehzahlcontrol signal for diesel speed
1717
Steuersignal für elektronischen Schalter (Bremschopper)control signal for electronic Switch (brake chopper)
1818
Steuersignal: Istwert der ZwischenkreisspannungControl signal: Actual value of the DC link voltage

Claims (6)

Dieselelektrischer Portalhubstapler mit vermindertem Kraftstoffverbrauch und Energiespeicher, bestehend aus einem Dieselmotor (1), der einen Generator (2) antreibt, welcher seine erzeugte elektrische Energie über einen Gleichrichter (3) in einen Gleichspannungszwischenkreis (4) einspeist, an welchem wiederum Wechselrichter (6) zur Speisung der Fahr- und Hubmotoren (7, 8) mit Drehstrom angeschlossen sind, wobei am Gleichspannungszwischenkreis (4) ein elektrischer Energiespeicher (12) aus zusammengeschalteten Ultrakondensatoren (13) über einen elektronischen Schalter (10) mit antiparallel geschalteter Diode (11) angeschlossen ist und eine Steuereinrichtung (15) mit diesem elektronischen Schalter (10) den Ladezustand des Speichers so steuert, daß die im elektrischen Bremsbetrieb von den Fahr- und Hubmotoren (7, 8) generatorisch zurückgespeiste Energie im Speicher (12) zwischengespeichert wird und bei anschließendem motorischen Betrieb über die Diode (11) wieder in den Zwischenkreis (4) und damit an die Fahr- Hub- und Hilfsantriebe (7, 8, 9) abgegeben wird.Diesel-electric straddle carrier with reduced fuel consumption and energy storage, consisting of a diesel engine ( 1 ), which has a generator ( 2 ) which drives its generated electrical energy via a rectifier ( 3 ) into a DC voltage intermediate circuit ( 4 ), on which in turn inverters ( 6 ) for feeding the travel and lifting motors ( 7 . 8th ) are connected with three-phase current, wherein at the DC voltage intermediate circuit ( 4 ) an electrical energy store ( 12 ) of interconnected ultracapacitors ( 13 ) via an electronic switch ( 10 ) with antiparallel-connected diode ( 11 ) is connected and a control device ( 15 ) with this electronic switch ( 10 ) controls the state of charge of the memory so that in the electric braking operation of the driving and lifting motors ( 7 . 8th ) Regenerated energy in the memory ( 12 ) is temporarily stored and then, during subsequent motor operation, via the diode ( 11 ) back into the DC link ( 4 ) and thus to the driving, lifting and auxiliary drives ( 7 . 8th . 9 ) is delivered. Portalhubstapler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung (15) die Generatorspannung durch Verstellen der Dieseldrehzahl an den momentanen Spannungsbedarf der Antriebsmotore (7, 8) anpasst und damit den Energiespeicher (12) besser ausnutzt.Portal stacker according to claim 1, characterized in that an electronic control ( 15 ) the generator voltage by adjusting the diesel speed to the current voltage requirement of the drive motors ( 7 . 8th ) and thus the energy storage ( 12 ) better exploited. Portalhubstapler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (10) der in handelsüblichen Umrichtern schon vorhanden Bremschopper oder sonst ein handelsüblicher Bremschopper ist.Straddle carrier according to claim 1, characterized in that the electronic switch ( 10 ) is already present in commercial converters brake chopper or otherwise a standard brake chopper. Portalhubstapler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (15) eine speicherprogrammierbare Steuerung oder ein Rechner sind, in welchem eine speziell zum Zwecke der Ladezustandsregelung des Energiespeichers und zur Drehzahlverstellung des Dieselmotors entwickelte Software implementiert ist.Straddle carrier according to Claims 1 and 2, characterized in that the control devices ( 15 ) are a programmable logic controller or a computer, in which a specially developed for the purpose of state of charge control of the energy storage and for speed adjustment of the diesel engine software is implemented. Portalhubstapler nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (15) die ohnehin zum Bremschopper mitgelieferte Steuereinrichtung ist, welche bei Erreichen der maximalen Zwischenkreis-spannung den Bremschopper einschaltet und damit den Energiespeicher lädt.Straddle carrier according to Claims 1 and 3, characterized in that the control device ( 15 ) which is already supplied to the brake chopper control device, which turns on the brake chopper when reaching the maximum DC link voltage and thus loads the energy storage. Portalhubstapler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elektronischen Schalter (10) und dem Energiespeicher (12) eine Drossel (14) geschaltet ist, um den Schalter nicht mit kurzzeitigen Stromspitzen zu überlasten.Portal stacker according to claim 1, characterized in that between the electronic switch ( 10 ) and the energy storage ( 12 ) a throttle ( 14 ) in order not to overload the switch with short-term current peaks.
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