-
TECHNISCHES GEBIET
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind allgemein Elektroantriebssysteme und auf Verfahren zum Betreiben eines solchen Elektroantriebssystems.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Fahrzeuge, die Verbrennungsmotoren aufweisen, können in Umgebungen betrieben werden, wie beispielsweise Bergbauschächten, die strengen Emissions- und Lüftungsvorschriften unterliegen. In solchen Umgebungen kann die Benutzung von Verbrennungsmotoren verboten sein und/oder die Anzahl von Motoren, die zu einem gegebenen Zeitpunkt betrieben werden dürfen, kann beschränkt sein. Daher schränkt dies auch die Anzahl an Fahrzeugen ein, die zu einem gegebenen Zeitpunkt in dieser Umgebung betrieben werden dürfen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Es werden Verfahren und Systeme zum Betrieb eines Elektroantriebs für ein Fahrzeug angegeben, wie beispielsweise eine Bergbauvorrichtung. Bei einer Ausführungsform weist der Elektroantrieb einen Motor, der zum Vortreiben des Fahrzeugs geeignet ist, und eine Energiespeichereinrichtung auf, die mit dem Motor verbunden ist. Die Energiespeichereinrichtung kann wahlweise mit einer Fahrleitung verbindbar sein, wobei die Fahrleitung zum Zuführen von elektrischer Energie zu dem Fahrzeug und zu der Energiespeichereinrichtung geeignet ist. Das Elektroantriebssystem des Fahrzeugs kann dann basierend auf dem Betriebsmodus des Fahrzeugs gesteuert werden. Bei einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug ein Bergbaugerät, das durch Energie von einer oder mehreren Fahrleitungen und der Energiespeichereinrichtung betrieben werden kann. Bei dieser Konfiguration kann der Motor während einiger Modi von der Energiespeichereinrichtung betrieben werden, wodurch das Fahrzeug bewegt wird, wohingegen während anderer Modi die externe Energiequelle den Motor antreiben kann, wobei auch die Energiespeichereinrichtung wieder aufgeladen wird. Noch weiter kann bei einigen Ausführungsformen Energie von der Energiespeichereinrichtung und der externen Energiequelle kombiniert werden. Auf diese Weise wird durch Liefern von Energie zu dem Elektroantrieb von einer Bordenergiespeichereinrichtung der Bedarf zum Betreiben eines Verbrennungsmotors reduziert.
-
Bei einem Beispiel ist das Fahrzeug ein Bergbaufahrzeug wie ein Erzabbauwagen. Das Bergbaufahrzeug wird in einer Bergbauumgebung betrieben, wie beispielsweise einem Bergbauschacht, in der Emissionen und Lüftungen streng geregelt sind. Das Bergbaufahrzeug ist mit einem Hybridelektroantrieb ausgebildet, der einen Motor, einen Fahrmotor zum Antreiben der Räder des Fahrzeugs, eine hermetisch abgedichtete Energiespeichereinrichtung wie ein oder mehrere Batteriemodule, und einen Motor zum Betreiben eines zugehörigen Bergbaugeräts, wie beispielsweise einen Bohrer, umfasst. Basierend auf den Fahrzeugbetriebszuständen ist eine Fahrzeugsteuerung ausgebildet zum Antreiben des Bergbaufahrzeugs und/oder zum Antreiben des Bergbaugeräts mit Energie von einer oder mehreren Energiespeichereinrichtungen, dem Fahrzeugmotor und einer externen Energiequelle. Wenn zum Beispiel das Bergbaufahrzeug und/oder das -gerät unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle betrieben werden, wie beispielsweise wenn eine externe Energiequelle verfügbar ist, und/oder wenn das Bergbaufahrzeug einen Abschnitt eines höheren (steileren) Gradienten überquert, kann die Steuerung wahlweise das Fahrzeug mit der externen Energiequelle durch eine Fahrleitung verbinden. Hierbei wird Energie von der externen Energiequelle zum Antreiben des Fahrzeugs und/oder zum Betätigen des Bohrers verwendet, während gleichzeitig die Energiespeichereinrichtung geladen wird. Als ein anderes Beispiel, wenn das Bergbaufahrzeug und/oder das -gerät unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung betrieben werden, wie beispielsweise wenn eine externe Energiequelle nicht verfügbar ist, wenn das Bergbaufahrzeug in einer Kein-Motorbetriebs-Zone ist und/oder wenn das Bergbaufahrzeug einen Abschnitt eines niedrigeren (flacheren) Gradienten überquert, kann die Steuerung wahlweise das Fahrzeug von der Fahrleitung der externen Energiequelle entkoppeln. Hierbei wird Energie von der Energiespeichereinrichtung zum Antreiben des Fahrzeugs und/oder zum Betätigen des Bohrers verwendet, bis die externe Energiequelle wieder verfügbar ist. Noch weiter, wenn ein Schub zum Antreiben des Fahrzeugs und/oder Betätigen des Bohrers erforderlich ist, kann Energie von sowohl der externen Energiequelle als auch der Energiespeichereinrichtung zum Liefern einer größeren Energiemenge kombiniert werden. Auf diese Weise wird der Bedarf zum Betreiben eines Motors des Fahrzeugs deutlich reduziert werden.
-
Es sollte verständlich sein, dass die kurze Beschreibung oben angegeben wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten einzuführen, die weiter in der ausführlichen Beschreibung beschrieben werden. Es sollen nicht Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifiziert werden, dessen Schutzumfang einzig durch die Ansprüche definiert wird, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile lösen, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegeben sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es wird nun kurz Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, von denen:
-
1–3 schematische Darstellungen von beispielhaften Ausführungsformen eines Fahrzeugelektroantriebssystems zeigen;
-
4 eine perspektivische Ansicht eines Elektroantriebssystems in einem Bergbaufahrzeug zeigt;
-
5 eine schematische Darstellung des Elektroantriebssystems in einer Bergbauumgebung zeigt;
-
6–7 abstrakte Ablaufdiagramme von Verfahren zum Betreiben des Elektroantriebssystems der 1–3 zeigen;
-
8A–D Leistungsanforderungen, Fahrzeugparameter und Überwachungsparameter eines beispielhaften Fahrzeugs mit einem Elektroantriebssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung beschreiben;
-
9 eine Tabelle zeigt, die alle möglichen Betriebsmodi für ein Bergbaufahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung auflistet.
-
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen identische oder entsprechende Bauteile und Einheiten durchgängig in den verschiedenen Ansichten, die nicht maßstabsgetreu sind außer anderweitig angegeben.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Ein Elektroantriebssystem (wie in 1–3 gezeigt) in einem Fahrzeug (wie in 4 gezeigt) kann in Umgebungen mit strengen Emissions- und Lüftungsvorschriften betrieben werden (wie beispielsweise in 5 gezeigt). Basierend auf dem Betriebsmodus des Fahrzeugs (9) kann das Elektroantriebssystem mit einer externen Energiequelle über eine Fahrleitung verbunden oder davon entkoppelt werden. Wenn es angeschlossen ist, kann das Elektroantriebssystem unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle betrieben werden, während auch eine Systembatterie geladen wird. Wenn es abgekoppelt ist, kann das Elektroantriebssystem unter Verwendung von Energie von der geladenen Systembatterie betrieben werden. Noch weiter kann basierend auf der Energieanforderung Energie von sowohl der externen Energiequelle als auch der Energiespeichereinrichtung kombiniert werden, um eine erhöhte Energie für einen Fahrzeugantrieb und/oder Zubehörbetrieb zu liefern. In solchen Fällen wird die Benutzung eines Verbrennungsmotors zum Betreiben des Elektroantriebssystems des Fahrzeugs reduziert. Durch Reduzieren der Benutzung des Verbrennungsmotors wird die Verwendbarkeit des Fahrzeugs in lüftungsbegrenzten Umgebungen verbessert.
-
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Elektroantriebssystems 100 für ein Fahrzeug. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist das Fahrzeug als ein Bergbaufahrzeug gezeigt, das einen Bohrer umfasst, der für einen Elektroantrieb ausgebildet ist. Das Elektroantriebssystem 100 umfasst einen oder mehrere Elektromotoren 104. Die Motoren 104 umfassen einen Fahrmotor, der zum Antreiben des Fahrzeugs geeignet ist, sowie einen Motor (z. B. Bohrermotor) zum Betätigen eines Bergbaugeräts, das zu dem Bergbaufahrzeug gehört, hier ein Bohrer 106. Bei dem dargestellten Beispiel wird das Bergbaugerät verwendet, um in die Fläche einer Minenwand zu bohren. Das Elektroantriebssystem 100 umfasst ferner eine Energiespeichereinrichtung 108, die hier als ein Batteriesystem dargestellt ist, die mit dem Elektromotor 104 verbunden ist. Wie näher unter Bezugnahme auf 2–3 ausgeführt, kann das Bergbaufahrzeug ein Hybridelektrosystem sein, wobei das Elektroantriebssystem 100 ein Hybridelektroantriebssystem ist, das mit einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs verbunden ist. Bei alternativen Ausführungsformen, bei denen das Elektroantriebssystem nicht mit einem Fahrzeugmotor verbunden ist, kann das Bergbaufahrzeug nur ein Elektrofahrzeug sein.
-
Die Energiespeichereinrichtung 108 umfasst mehrere Speicherreihen. Jede Speicherreihe kann Super-Kondensatoren, Ultra-Kondensatoren, Schwungräder, Batterien oder eine Kombination davon umfassen. Die Batterien der Energiespeichereinrichtung 108 können eine oder mehrere Bleibatterien, Nickel-Cadmium-Batterien, Lithiumionenbatterien, Nickelmetallhydridbatterien und Natriummetallhalogenbatterien oder Batteriesysteme umfassen. Bei einigen Beispielen kann die Energiespeichereinrichtung 108 ein oder mehrere Batteriemodule umfassen, wobei jedes Batteriemodul eine oder mehrere Batterien einer bestimmten Art aufweist. Die verschiedenen Speicherreihen können separat oder in Kombination verwendet werden. Wenn sie in Kombination verwendet werden, können die verschiedenen Speicherreihen synergistische Vorteile liefern, die mit der Verwendung von irgendeiner einzigen Speicherreihe nicht realisiert werden. Zum Beispiel können ein Schwungradsystem und ein Ultra-Kondensatorsystem verwendet werden, um elektrische Energie relativ schnell zu speichern und zu liefern, aber jedes dieser Systeme kann in seiner gesamten Energiespeicherkapazität und -dauer relativ begrenzt sein. Im Vergleich dazu kann ein Batteriesystem verwendet werden, um Energie relativ langsam zu speichern, aber weist eine größere gesamte Energiespeicherkapazität auf. Wenn somit die verschiedenen Energiespeicherreihen in Kombination verwendet werden, werden die gesamten Speicher- und Fassungsvermögen der Energiespeichereinrichtung über die Grenzen des Ultra-Kondensatorsystems, des Schwungradsystems oder des Batteriesystems alleine erweitert.
-
Zusätzlich ist bei einigen Ausführungsformen die Energiespeichereinrichtung 108 hermetisch abgedichtet. Hierin soll durch hermetisch gemeint sein, nicht nur einen luftdichten Zustand zu umfassen, sondern auch allgemein dicht gegenüber äußeren Störungen oder Einflüssen. Somit erzeugt die Energiespeichereinrichtung 108 allgemein keine Wärme oder thermische Abgase und emittiert im Wesentlichen keinen Rauch, Gase oder Dämpfe. Ähnliche können im Wesentlichen keine Wärme, thermische Abgase, Gase, Rauch oder Dämpfe aus der Umgebung durch die hermetische Dichtung in die Energiespeichereinrichtung eindringen. Entsprechend ist bei einer Ausführungsform die Energiespeichereinrichtung 108 hermetisch abgedichtet, um einen Kontakt von entflammbarem Gas mit einem inneren Volumen der Energiespeichereinrichtung zu verhindern. Bei einer anderen Ausführungsform kann zusätzlich dazu, dass sie hermetisch abgedichtet ist, die Energiespeichereinrichtung thermisch isoliert sein, so dass keine Außenfläche der Energiespeichereinrichtung eine Temperatur aufweist, die deutlich höher als die Umgebungsluft ist. Hier kann die Energiespeichereinrichtung 108 in der entflammbaren Umgebung verwendet werden und, trotz dass die Temperaturen innerhalb der Energiespeichereinrichtung hoch sind (z. B. 300°C), berühren die entflammbaren Gase in der Umgebung keinen Teil der Energiespeichereinrichtung, der eine Temperatur aufweist, die deutlich höher als die Umgebungstemperatur ist. Dies erlaubt der Energiespeichereinrichtung 108, den Motor 104 anzutreiben und/oder den Bohrer 106 zu betätigen, während sie in Kontakt mit einem entflammbaren Gas ist, ohne das Gas zu entzünden. Durch Verwenden von hermetisch abgedichteten Batterien kann das Fahrzeug in vorteilhafter Weise in verschiedenen Umgebungen verwendet werden, wie Umgebungen mit strengen Emissions- und Lüftungsvorschriften (wie beispielsweise in Bergbauschächten). Die Emissionen, die geregelt werden, können zum Beispiel NOx-Arten, Partikelangelegenheiten, CO2 usw. umfassen. Die Lüftungsvorschriften können für eine Luftqualität, ein Temperaturmanagement, Steuerung der Konzentration (z. B. ppm) von brennbaren oder entflammbaren Gasen (z. B. Methan) oder eine Kombination davon benötigt werden. Zusätzlich reduziert die dargestellte Konfiguration thermisches Durchgehen, Funkenbildung und/oder gefährliche Zustände.
-
Bei noch anderen Ausführungsformen kann die Energiespeichereinrichtung mit einem zugewiesenen Kühlsystem (nicht gezeigt) verbunden sein, das forciertes Kühlfluid liefert, um die Batterien der Energiespeichereinrichtung in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten. Das Kühlfluid kann ein oder mehrere Elemente aus Luft, Wasser, Öl oder ein anderes geeignetes Kühlmittel umfassen. Bei einem anderen Beispiel kann thermoelektrisches Kühlen (z. B. Peltier-Effekt) verwendet werden, um die hermetisch abgedichteten Batterien zu kühlen. Alternativ kann ein zu dem Motor 104 gehörendes Kühlsystem (wie beispielsweise ein Kühlsystem, das zu einem Fahrzeugradfahrmotor gehört) auch an die Energiespeichereinrichtung 108 ankoppeln, so dass ein gemeinsames Kühlsystem verwendet wird, um die Temperatur von sowohl dem Motor als auch den Batterien zu regeln.
-
Die Energiespeichereinrichtung 108 kann ferner mit einem Batteriemanagementsystem 22 verbunden sein. Das Batteriemanagementsystem 22 kann ein nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium umfassen, das einen Code mit Anweisungen zum Antreiben des Fahrzeugs und/oder zum Antreiben eines oder mehrerer Geräte trägt, die zu dem Fahrzeug gehören, unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung. Die Anweisungen können Anweisungen für die verschiedenen Routinen und Verfahren umfassen, die hier beschrieben sind, wie beispielsweise in 6–7. Auf diese Weise kann das Batteriemanagementsystem 22 die Energiespeichereinrichtung managen. Bei einem Beispiel, wie hier gezeigt, kann ein einziges Batteriemanagement ausgebildet sein, um alle Energiespeicherreihen (z. B. alle Batteriereihen oder Batteriemodule) der Energiespeichereinrichtung 108 zu managen und zu steuern. Bei einer alternativen Ausführungsform ist, wie näher unter Bezugnahme auf 4 ausgeführt, jede Energiespeicherreihe (z. B. jede Batteriereihe oder jedes Batteriemodul) der Energiespeichereinrichtung 108 mit einem zugewiesenen Batteriemanagementsystem verbunden.
-
Das Elektroantriebssystem kann ferner ein Steuerungssystem oder eine Steuerung 12 umfassen. Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung 12 ein nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium sein, das einen Code mit Anweisungen zum Einstellen des Betriebs des Fahrzeugs und eines oder mehreren Fahrzeugbauteilen basierend auf Betriebszuständen trägt. Wie in 6–7 gezeigt, kann basierend auf dem Fahrzeugbetriebszuständen (wie beispielsweise Streckenneigung, Energieverfügbarkeit, Bohranforderungen, Förderanforderungen usw.) und ferner basierend auf einer Bedienereingabe die Steuerung ausgebildet sein, um den Betriebsmodus des Fahrzeugs zu bestimmen (zum Beispiel wie er von einem Fahrzeugbediener ausgewählt wird oder wie er automatisch von der Steuerung basierend auf den Fahrzeugbetriebszuständen ausgewählt wird) Basierend auf dem Betriebsmodus des Fahrzeugs kann die Steuerung ausgebildet sein, um wahlweise die Energiespeichereinrichtung mit der externen Energiequelle zu verbinden oder von dieser zu entkoppeln und entsprechend einen Ladebetrieb der Batterien, einen Bohrbetrieb und/oder einen Fahrzeugantrieb einzustellen.
-
Basierend auf den Fahrzeugbetriebszuständen ist die Energiespeichereinrichtung 108 wählweise betätigbar in einem oder mehreren Betriebsmodi. Insbesondere kann basierend auf den Betriebszuständen das Bergbaufahrzeug wahlweise mit einer externen Energiequelle 102 über zum Beispiel eine Fahrleitung 103 verbunden werden oder von dieser entkoppelt werden. Entsprechend kann die Energiespeichereinrichtung 108 den Motor 104 (z. B. den Fahrmotor) zum Antreiben des Fahrzeugs antreiben, während der Motor von der Fahrleitung 103 entkoppelt ist, oder das Bergbaugerät (z. B. den Bohrer 106) betätigen, während das Bergbaugerät von der Fahrleitung 103 entkoppelt ist. Alternativ kann die Energiespeichereinrichtung 108 den Motor 104 aufladen, während der Motor mit der Fahrleitung 103 verbunden ist, oder das Bergbaugerät aufladen, während das Bergbaugerät mit der Fahrleitung 103 verbunden ist. Auf diese Weise ist der Bohrer 106 betätigbar unter Verwendung von Energie von einem oder mehreren von dem Motor (zum Beispiel, wenn der Motor betrieben wird unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle) und der Energiespeichereinrichtung (zum Beispiel, wenn keine externe Energiequelle verfügbar ist). Wenn sie daher verbunden ist, wie beispielsweise während eines Bewegungsbetriebs, ist die Fahrleitung 103 auch geeignet, elektrische Energie zu der Energiespeichereinrichtung zum Aufladen der Energiespeicherreihen, z. B. ein Batteriesystem, zur Verwendung während eines nachfolgenden Förderbetriebs zu liefern.
-
Eine oder mehr der Energiespeichereinrichtung und der externen Energiequelle können auch verwendet werden, um die Fahrzeugnebenverbraucher anzutreiben, wie beispielsweise eine oder mehrere Hydraulikpumpen, die ausgebildet sind, um eine Fahrzeuglenk- und/oder -bremsunterstützung vorzusehen, ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem des Fahrzeugs, das ausgebildet ist, eine Innenraumheizung und/oder -klimatisierung vorzusehen, und dergleichen. Während das dargestellte Beispiel ein Verbinden der Energiespeichereinrichtung mit der externen Energiequelle über die Fahrleitung darstellt, ist dies nicht in einem einschränkenden Sinne gemeint. Bei alternativen Ausführungsformen kann die externe Energiequelle eine alternative elektrische Energiequelle, wie beispielsweise ein 3-Phasen-480 V-Ausgang.
-
Noch weiter kann bei Ausführungsformen, bei denen das Elektroantriebssystem 100 einen Fahrzeugmotor umfasst (wie in 2–3 gezeigt), die Fahrzeugsteuerung einen oder mehrere Motoren (z. B. Fahrmotoren zum Antreiben des Fahrzeugs und/oder Bohrermotoren zum Betätigen des Bohrers) unter Verwendung von Energie von dem Motor betätigen, während die Energiespeichereinrichtung mit der Fahrleitung verbunden ist und von dieser geladen wird. Noch andere Kombinationen des Motorbetriebs unter Verwendung von einem oder mehreren aus einem Fahrzeugmotor, einer Energiespeichereinrichtung und einer externen Energiequelle sind möglich, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 9 erläutert wird.
-
2–3 stellen beispielhafte ausführliche Ausführungsformen 200 bzw. 300 des Hybridelektroantriebssystems der 1 zur Verwendung in einem Hybridbergbaufahrzeug (wie beispielsweise einem Erzabbauwagen) dar, das in einer Bergbauumgebung betreibbar ist. Bei den Ausführungsformen der 2–3 sind eine oder mehr aus der Energiespeichereinrichtung 108 und dem Fahrzeugmotor 230 ausgebildet, um Energie zu einem oder mehreren Motoren über Wechselrichter zuzuführen, so dass das Fahrzeug angetrieben und/oder ein zugehöriges Gerät betrieben wird, wie beispielsweise ein Bohrer.
-
Unter Zuwendung nun auf 2 zeigt die Ausführungsform 200 die Energiespeichereinrichtung 108 über einen ersten Wechselrichter 204 mit einem Fahrmotor 206 und über einen zweiten anderen Wechselrichter 208 mit einem Bohrermotor 209, der das Bergbaugerät (z. B. den Bohrer) antreibt, verbunden. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 näher ausgeführt, können eine oder mehrere der Energiespeicherreihen der Energiespeichereinrichtung 108 von dem Batteriemanagementsystem 22 gemanagt werden. Daher kann die Kombination aus Energiespeichereinrichtung 108, Fahrmotor 206 und erstem Wechselrichter 204 eine elektrische Energiepackung 202 definieren. Der Fahrmotor 206 kann Räder 214 entweder direkt über einen Getriebezug 220 oder über ein Getriebe 210 antreiben. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Motorwelle 207 des Fahrmotors 206 mit einem hydrodynamischen Getriebe 210 verbunden. Ein geeigneter Fahrmotor kann ein Wechselstrommotor (wie dargestellt) oder ein Gleichstrommotor sein. In dem Fall, dass der Motor ein Wechselstrommotor ist (wie hier dargestellt), ermöglicht die Verwendung eines Wechselrichters gepaart mit dem Fahrmotor, dass die Gleichstromeingabe von der Energiespeichereinrichtung in eine geeignete Wechselstromeingabe, wie beispielsweise eine Dreiphasenwechselstromeingabe, für eine nachfolgende Verwendung durch den Motor umgewandelt wird. In dem Fall, dass der Motor ein Gleichstrommotor ist, kann der Motor die Ausgabe der Energiespeichereinrichtung und des Getriebes 210 entlang des Gleichstrombusses 222 direkt einsetzen. Details bezüglich der Einstellungen, die in dem Motor erwünscht sind, sind in der Tabelle der 8D gezeigt.
-
Der Fahrzeugmotor 230 kann zum Antreiben des Fahrzeugs, Laden der Energiespeichereinrichtung und/oder Antreiben des Bohrermotors 209 des Bohrers 206 betrieben werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Fahrzeugmotor 230 ein Dieselmotor. Bei alternativen Ausführungsformen können alternative Motorkonfigurationen eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Benzinmotor oder ein Biodiesel- oder Erdgasmotor zum Beispiel. Der Motor 230 erzeugt ein Drehmoment, das an einen Wechselstromerzeuger 232 entlang einer Antriebswelle (nicht gezeigt) übertragen wird. Das erzeugte Drehmoment wird von dem Wechselstromerzeuger 232 zum Erzeugen von Elektrizität für eine nachfolgende Verbreitung des Bergbaufahrzeugs verwendet. Der Motor 230 kann bei einer konstanten Geschwindigkeit, wodurch eine konstante Leistungs-(PS)-ausgabe erzeugt wird, oder bei schwankender Geschwindigkeit und schwankender Leistung in Abhängigkeit von dem Betriebsbedarf betrieben werden. Die auf diese Weise erzeugte elektrische Energie wird entlang eines elektrischen Busses zu einer Vielzahl von stromabwärtigen elektrischen Bauteilen übertragen. Basierend auf der Natur der erzeugten elektrischen Ausgabe kann der elektrische Bus ein Gleichstrom-Bus (DC) oder ein Wechselstrom-Bus (AC) sein. Bei dem dargestellten Beispiel wir die von dem Motor 230 erzeugte und über den Wechselstromerzeuger 232 übertragene elektrische Energie durch einen oder mehrere Gleichrichter 234 oder Wechselrichter 204, 208 gleichgerichtet, bevor sie entlang eines DC-Busses an die Energiespeichereinrichtung 108, den Fahrmotor 206 und den Bohrermotor 209 übertragen wird.
-
Das von dem Motor 230 erzeugte Drehmoment wird auch an den Getriebezug 220 durch das Getriebe 210 übertragen. Der Getriebezug 220 umfasst eine ausgewählte Anordnung von Energieverteilungs- und Zahnradvervielfältigungseinrichtungen, wie beispielsweise Getriebe, Zahnradsätze, Antriebsachsen, Differential, Drehmomentwandler und dergleichen. Geeignete Energieverteilungstopologien umfassen einen einzigen Fahrmotor für alle Räder oder einen einzigen Motor per Achsrad. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst das Getriebe 210 ein oder mehrere Zahnräder, um zum Beispiel dem Getriebe zu ermöglichen, bei einer festgesetzten Zahnraduntersetzung zu arbeiten. Die Energie (oder das Drehmoment) wird dann von dem Getriebe 210 zum Betätigen der Antriebsachse 212 und der Räder 214 übertragen, wodurch das Bergbaufahrzeug angetrieben wird. Gleichstrom von der Energiespeichereinrichtung 108 und/oder dem Motor 230 kann auch verwendet werden, um ein Bergbaugerät zu betätigen, wie beispielsweise den Bohrer 106. Zum Beispiel kann die Energiespeichereinrichtung 108 mit einem Bohrermotor 209 über einen zweiten Wechselrichter 208 verbunden sein, um Energie zum Betätigen des Bohrermotors 209 zu liefern. Zusätzlich oder optional kann der Motor 230 betrieben werden, um Energie zu erzeugen, die zum Betätigen des Bohrermotors 209 verwendet wird.
-
3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Elektroantriebssystems 300 für ein Fahrzeug in einer Bergbauumgebung. Hier sind im Vergleich zu der Ausführungsform der 2 der Bohrer 106 und der Bohrermotor 209 mit der Motorwelle 207 stromabwärts des hydrodynamischen Getriebes 210 derart verbunden, dass kein zusätzlicher Wechselrichter erforderlich ist, wenn der Bohrer unter Verwendung der Gleichstromenergiequelle der Energiespeichereinrichtung 108 oder des Motors 230 angetrieben wird.
-
Bei den Ausführungsformen der 2–3 können die Energiespeichereinrichtung 108 und/oder der Motor 230 auch verwendet werden, um einen oder mehrere zusätzliche Verbraucher mit Hilfsfunktionen anzutreiben. Diese Nebenverbraucher können zum Beispiel Beleuchtung, Steuerungssysteme, Klimatisierungssysteme, Lüftungssysteme und Kommunikationssysteme umfassen. Die verschiedenen Nebenverbraucher können direkt von der Energiespeichereinrichtung und/oder dem Motor oder über geeignete Wandler, wie beispielsweise Wechselrichter, Gleichstromsteller, Gleichrichter usw. angetrieben werden, wie dargestellt. Bei einem Beispiel kann ein mechanischer Verbraucher, wie beispielsweise der Bohrer 106, von einem unterschiedlichen Wechselrichter angetrieben werden, der von einem Bohrermotor angetrieben wird, oder kann abseits der Welle des einen oder der mehreren Motoren angetrieben werden, die für einen Fahrzeugantrieb verwendet werden. Andere mechanische Verbraucher können zum Beispiel Hydraulikpumpen und Gebläse umfassen. Bei einem Beispiel kann, wie dargestellt, die Motorwelle 207 mit einer Hydraulikpumpe 216 verbunden sein, um die Nebenverbraucher 218 zu betreiben, die beim Vorsehen der Lenk- und/oder Bremsunterstützung beteiligt sind. Alternativ können zugewiesene Elektromotoren betrieben werden, um die Pumpen für solche Hilfsfunktionen anzutreiben. Beispielhafte Leistungsanforderungen, Fahrzeugparameter und Überwachungsparameter eines Bergbaufahrzeugs, das das Elektroantriebssystem der 1–3 umfasst, sind in den Tabellen der 8A–C gezeigt.
-
Während 2–3 Wechselrichter umfasst, könne auch zusätzliche Energieelektronik, wie beispielsweise DC/DC-Wandler und/oder bidirektionale Schubwandler und zusätzliche elektrische Kupplungseinrichtungen, wie beispielsweise Kontaktgeber und Dioden umfasst sein. Bei einem Beispiel kann eine bidirektionaler Schubwandler in einem Batterieenergiemanagementsystem 22 enthalten sein, um die Spannung einer Energiespeicherreihe, wie beispielsweise einen Ultra-Kondensator oder eine erste, größere Batteriereihe, von der Spannung einer anderen Energiespeicherreihe, wie beispielsweise eine zweite, kleinere Batteriereihe, zu entkoppeln. Andere Energieelektronik kann zum Beispiel auch in dem Batteriemanagementsystem 22 enthalten sein, wie beispielsweise Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) oder Thyristoren, die als Pulsweitenmodulatoren arbeiten.
-
Die verschiedenen Energieelektroniken können Daten empfangen, die zu einem Betriebszustand einer Batterie gehören, wie, aber nicht beschränkt auf, einen Batterieladezustand (SOC), eine Batterietemperatur und einen Temperaturgradienten, eine Benutzungsfrequenz, eine Anzahl der Lade-/Entladezyklen, die vergangen sind, ein Energietransferstrom und -spannung, eine Gesamtzahl von Amperestunden in einem Lade-/Entlademodus, gesamte Betriebsstunden in dem Lade-/Entladebetrieb, Anzahl der beendeten Fahrzeugmissionen, die gefahrene Strecke des Fahrzeugs, die vergangene Zeit des Betriebs und dergleichen.
-
Während sich die dargestellten Ausführungsformen auf ein batteriegetriebenes Bergbaubohrerfahrzeug beziehen, wird man erkennen, das dies nicht in einem einschränkenden Sinn gemeint ist, und dass andere Ausrüstungen mit einem alternativen zugehörigen Gerät (anstelle von oder zusätzlich zu dem Bohrer) innerhalb des Schutzumfangs der Betrachtung sind. Solche andere Ausrüstung und zugehörige Geräte umfassen eines oder mehrere aus Ankersetzer, Abklopfmaschinen, Pulverlader, Shuttlefahrzeuge, Vorderlader, Schlepper, Löffel, Kipper, Häcksler, Ausreißer, Wartungsfahrzeuge, Schildschlepper, Förderer.
-
Ferner, während sich die dargestellten Ausführungsformen auf ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor beziehen, erkennt man, dass dies nicht in einem einschränkenden Sinne gemeint ist und dass andere Fahrzeuge mit einem Elektroantriebssystem, das keine (oder begrenzte) On-Board-Speicherfähigkeiten hat, wie beispielsweise kabelgebundene Fahrzeuge, die mit einer externen Energiequelle mit einer Kabelanwendung verbunden sind, innerhalb des Schutzumfangs der Betrachtung sind. Daher kann in dem Fall der kabelgebundenen Fahrzeuge die Anzahl der Fahrzeuge, die in einem gegebenen Gebiet betreibbar sind, weiter durch praktische Betrachtungen begrenzt sein, wie beispielsweise die Länge des Kabels, das Risiko des Fahrens über die und Schneiden/beschädigen der Kabel, Abreibens gegen Felsen usw.
-
Nun unter Zuwendung auf 4 zeigt sie eine perspektivische Ansicht 400 eines Bergbaufahrzeugs, das einen Elektroantrieb umfasst, wie beispielsweise den Elektroantrieb der 1–3. Insbesondere stellt die perspektivische Ansicht 400 eine Packungskonfiguration einer Energiespeichereinrichtung 108 und eines Motors 404 (z. B. Fahrmotor 206 oder Bohrermotor 209) bezüglich der Räder 402 des Bergbaufahrzeugs 401 dar. Hier umfasst die Energiespeichereinrichtung 108 eine Mehrzahl von Batteriemodulen (z. B. sechs Natriumbatteriemodule), die mit dem Wechselstrommotor 404 verbunden sind. Die Mehrzahl von Batteriemodulen ist oberhalb des Wechselstrommotors 404 gepackt. Bei einigen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Anzahl von Ersatzbatteriemodulen (z. B. zwei Module) in eine Raum unterhalb der Batteriereihe und neben dem Motor 404 enthalten sein (nicht gezeigt). Die Mehrzahl von Batteriemodulen ist hermetisch abgedichtet, um zu verhindern, dass die Batterie Kontakt mit der Umgebung des Fahrzeugs bekommt. Zusätzlich ist jede Energiespeicherreihe (z. B. jede Batteriereihe oder jedes Batteriemodul) der Energiespeichereinrichtung 108 mit einem zugewiesenen Batteriemanagement 22 verbunden.
-
Wie unter Bezugnahme auf 5–7 näher ausgeführt kann basierend auf den Fahrzeugbetriebszuständen das Elektroantriebssystem des Fahrzeugs wahlweise mit einer externen Energiequelle über eine Fahrleitung verbunden werden oder von dieser entkoppelt werden. Wenn zum Beispiel ein Abschnitt eines Gleises mit einem höheren Gradienten überfahren wird, kann der Elektroantrieb Energie von der externen Energiequelle empfangen. Wenn dann ein Abschnitt eines Gleises mit einem niedrigeren Gradienten überfahren wird, kann der Elektroantrieb von der externen Energiequelle entkoppelt werden. Wenn sie über die Fahrleitung verbunden ist, kann die externe Energiequelle verwendet werden, um das Fahrzeug anzutreiben, ein oder mehrere zugehörende Geräte zu betätigen (wie beispielsweise einen oder mehrere Bohrer oder Pumpen) und/oder die Energiespeichereinrichtung zu laden. Wenn sie dann entkoppelt ist, kann Energie von der Energiespeichereinrichtung verwendet werden, um das Fahrzeug anzutreiben und/oder die zugehörigen Verbraucher zu betätigen. Noch weiter, falls eine verstärkte Energie benötigt wird, kann Energie von sowohl der Energiespeichereinrichtung als auch der externen Energiequelle in Kombination verwendet werden, um die verstärkte Energie zu liefern.
-
Unter Zuwendung nu auf 5 zeigt sie eine beispielhafte Ausführungsform 500 des Elektroantriebssystems der 1–3 in einem Bergbaufahrzeug (oder einer Bergbauvorrichtung) in einer Bergbauumgebung. Ein Bergbaufahrzeug 502 (wie beispielsweise ein Erzabbauwagen) kann eine hermetisch abgedichtete Energiespeichereinrichtung, wie beispielsweise eine Batteriereihe 508, ein Antriebssystem, das einen oder mehrere Motoren 504 umfasst, und ein Bergbaugerät 506 (hier ei Bohrer) umfassen. Der eine oder die mehreren Motoren umfassen einen Fahrmotor, der mit den Rädern 503 des Fahrzeugs 502 verbunden ist, und einen Bohrermotor, der mit einem Bergbaugerät 506 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Motor 504 betrieben werden, um das Bergbaufahrzeug 502 anzutreiben und/oder den Bohrer 506 zu betätigen. Bei alternativen Ausführungsformen können jedoch separate Motoren verwendet werden. Das Bergbaufahrzeug 502 kann in einer Bergbauumgebung betrieben werden, wie beispielsweise einem Bergbauschacht. Die Bergbauumgebung kann Bereiche von unterschiedlichen Gradienten aufweisen. Zum Beispiel kann die Bergbauumgebung einen ersten Bereich 510 eines ersten niedrigeren Gradienten, einen zweiten Bereich 512 eines zweiten höheren Gradienten (wobei der zweite Gradient höher als der erste Gradient ist) und einen dritten Bereich 514 eines dritten niedrigeren Gradienten (wobei der dritte Gradient niedriger als der zweite Gradient ist) aufweisen. Somit kann ein steilerer Bereich 512 vorhergehen und gefolgt sein von flacheren Bereichen 510, 514.
-
Wenn das Fahrzeug durch den ersten Bereich 510 mit dem ersten niedrigeren Gradienten betrieben wird, wird das Fahrzeug unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung angetrieben, das heißt von der Batteriereihe 508. Somit wird während des flacheren Abschnitts das Fahrzeug selbst angetrieben, wenn es mit seiner On-Board-Batterie abläuft. Wenn das Fahrzeug 502 einen steilen Abschnitt des Gleises erreicht, wie beispielsweise wenn es durch den zweiten Bereich 512 mit dem zweiten höheren Gradienten betrieben wird, erfasst das Fahrzeug eine wegseitige Fahrleitung 526. Das Erfassen kann über eine Erfassungseinrichtung 522 erreicht werden. Bei Erfassen kann Energie von einer externen Energiequelle 524, wie beispielsweise einer Off-Board-Stromleitung, über die Fahrleitung 526 empfangen werden und verwendet werden, um das Fahrzeug 502 entlang des steilen Abschnitts anzutreiben. Hier umfasst Antreiben des Fahrzeugs unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung Betreiben eines Fahrmotors, der mit den Rädern verbunden ist, unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung, während Antreiben des Fahrzeugs unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle Betreiben des Fahrmotors, der mit den Rädern verbunden ist, unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle. Wenn mit der Fahrleitung in Eingriff, kann die externe Energiequelle 524 zusätzlich verwendet werden, um die Energiespeichereinrichtung wieder aufzuladen in Vorbereitung auf einen anderen selbstangetriebenen Betrieb. Somit kann bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug 502 den steilen Abschnitt überquert hat und den dritten Bereich 514 mit dem niedrigeren Gradienten erreicht hat, die Batteriereihe 508 derart vollständig geladen werden, dass das Fahrzeug und/oder der zugehörige Bohrer 506 unter Verwendung von Energie von der wieder aufgeladenen Batteriereihe betrieben werden kann. Daher umfasst Antreiben des Fahrzeugs unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung (wenn betrieben durch den ersten oder dritten Bereich) Entkoppeln des Fahrzeugs von der Fahrleitung. Durch wahlweises Verbinden des Fahrzeugs mit einer Fahrleitung zum Laden der Batteriereihe und zum Antrieben des Fahrzeugs unter Verwendung der externen Energiequelle ist das Fahrzeug in der Lage, den steilen Abschnitt des Gleises zu überfahren, ohne die Batteriereihe aufzubrauchen. Ferner wird ausreichen Energie in der Batteriereihe zurückgehalten, um dem Fahrzeug zu erlauben, nach dem steilen Abschnitt selbst angetrieben zu werden. Auch kann durch Wiederaufladen der Batteriereihe, während das Fahrzeug entlang des steilen Abschnitts angetrieben wird, falls eine extra Energie erforderlich ist, um bergauf zu fahren und/oder den Bohrer (oder andere Pumpen) entlang des steilen Abschnitts laufen zu lassen, ein kombinierter Energieschub von der aufgeladenen Batterie zusätzlich zu der Energie von der externen Energiequelle geliefert werden, wodurch die Fahrzeugbetriebe verbessert werden.
-
Während das Beispiel der 5 das Antreiben des Fahrzeugs und/oder Betätigen des Bohrers unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung und/oder der Fahrleitung darstellt, wird man erkennen, dass in Hybridelektrofahrzeugausführungsformen (wie beispielsweise in 2–3 gezeigt), bei denen das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor umfasst, zusätzliche Betriebsmodi vorgesehen werden können, wie in Tabelle 900 der 9 gezeigt. Eine oder mehrere verschiedene Energiequellen können ausgewählt werden, um das Fahrzeug durch Betätigen des Fahrmotors anzutreiben oder um ein Bergbaugerät durch betätigen eines Bohrermotors anzutreiben. Eine Steuerung kann aus diesen verschiedenen Betriebsmodi auswählen, wenn die externe Energiequelle verfügbar ist, basierend zum Beispiel auf Emissionsanforderungen, Batterieladezustand, Motorstatus (Motortemperatur, Bedarf an Wartung usw.). Als ein Beispiel, wobei das Fahrzeug mit der Fahrleitung verbunden ist, kann der Fahrzeugmotor abgeschaltet werden (oder in einen Standby-Modus geschaltet werden), während eines oder mehrere aus dem Fahrmotor und dem Bohrermotor unter Verwendung von Energie von der Fahrleitung betrieben werden. Gleichzeitig kann die Batterie geladen werden, falls erforderlich, unter Verwendung von Energie von der Fahrleitung. Alternativ, wobei das Fahrzeug mit der Fahrleitung verbunden ist, kann der Fahrzeugmotor so betrieben werden, dass eines oder mehrere aus dem Fahrmotor und dem Bohrermotor von dem Fahrzeug betrieben werden, während die Batterie optional mit externer Energie über die Fahrleitung geladen wird. Noch weiter, wobei das Fahrzeug mit der Fahrleitung verbunden ist, kann der Fahrzeugmotor so betrieben werden, dass eines oder mehrere aus dem Fahrmotor und dem Bohrermotor von dem Fahrzeug betrieben werden, während die Batterie gleichzeitig geladen wird unter Verwendung von Energie von dem Fahrzeugmotor (dargestellt als Laden (E) in 9), falls erforderlich. Daher kann der Fahrzeugmotor abgeschaltet werden, wenn das Fahrzeug in Kein-Motor-Zonen betrieben wird oder wo Emissionen und Lüftungen geregelt sind.
-
Verschiedene Betriebsmodi sind auch möglich, wenn die Fahrleitung von dem Fahrzeug entkoppelt ist. Eine Steuerung kann aus diesen verschiedenen Betriebsmodi auswählen, wenn die externe Energiequelle nicht verfügbar ist, zum Beispiel während planmäßiger oder unplanmäßiger Energieunterbrechungen oder wenn das Fahrzeug einen Bereich überfährt, der keinen Zugang zu einer wegseitigen Fahrleitung hat. Als ein Beispiel, wobei das Fahrzeug von der Fahrleitung entkoppelt ist, kann der Fahrzeugmotor so betrieben werden, dass eines oder mehrere aus dem Fahrmotor und dem Bohrermotor unter Verwendung von Energie von dem Motor betrieben werden, während die Batterie gleichzeitig geladen wird unter Verwendung von Energie von dem Fahrzeugmotor, falls erforderlich. Als ein anderes Beispiel, wobei das Fahrzeug von der Fahrleitung entkoppelt ist, kann der Fahrzeugmotor so betrieben werden, dass eines oder mehrere aus dem Fahrmotor und dem Bohrermotor unter Verwendung von Energie von der Batterie betrieben werden, während die Batterie gleichzeitig geladen wird unter Verwendung von Energie von dem Fahrzeugmotor, falls erforderlich. Noch weiter, wobei das Fahrzeug von der Fahrleitung entkoppelt ist, kann der Fahrzeugmotor abgeschaltet werden, so dass eines oder mehrere aus dem Fahrmotor und dem Bohrermotor unter Verwendung von Energie von der Batterie betrieben werden.
-
In all solchen Fällen kann, falls ein Energiebedarf schwankt, kombinierte Energie von der Fahrleitung, der Energiespeichereinrichtung und/oder der Batterie geliefert werden, um die von irgendeiner gegebenen Energiequelle gelieferte zu ergänzen. Auf diese Weise sind durch Verwendung eines Hybridelektroantriebssystems, das einen Motor und eine Energiespeichereinrichtung umfasst, und mit Zugriff auf eine externe Energiequelle verschiedene Betriebsmodi für ein Fahrzeug verfügbar, das in einer Umgebung mit strengen Lüftungs- und Emissionsvorschriften betriebne wird.
-
Nun unter Zuwendung auf 6 ist eine beispielhafte Routine 600 zum Betreiben eines Fahrzeugs dargestellt, das einen Elektroantrieb umfasst, in einer Bergbauumgebung, wie in 5 dargestellt. Eine solche Routine ermöglicht, dass die Verwendung einer Energiespeichereinrichtung des Elektroantriebs optimiert wird, und reduziert den Bedarf zum betreiben eines Verbrennungsmotors in der Bergbauumgebung.
-
Bei 602 umfasst die Routine Bestimmen der Fahrzeugbetriebszustände. Dies umfasst zum Beispiel Bestimmen der zu tragenden Last, Bohranforderungen, Lüftungs- und Emissionsgrenzen in der Umgebung, eine geplante Fahrtroute, Verfügbarkeit von externen Energiequellen (z. B. Position von Fahrleitungen, planmäßige Energieunterbrechungen usw.) und dergleichen. Bei 604 kann bestimmt werden, ob ein Bewegen oder Fördern des Fahrzeugs, das heißt Antreiben, angefordert wird. Bei einem Beispiel kann ein Antreiben angefordert werden, um das Fahrzeug (z. B. ein Erzwagen) von einer ersten Stelle in einem Bergbauschacht zu einer anderen Stelle zu bewegen und/oder eine Bergbaulast auf dem Wagen von der ersten Stelle zu der anderen Stelle zu transportieren.
-
Falls ein Antreiben angefordert wird, dann kann bei 604 der Gleisgradient bestimmt werden. Bei 608 kann bestimmt werden, ob der Gleisgradient niedrig ist (zum Beispiel niedriger als ein Schwellwert). Falls ja, dann kann bei 610 das Fahrzeug entlang des Gleises unter Verwendung von Energie von der Systemenergiespeichereinrichtung, zum Beispiel dem Batteriesystem, bewegt werden. Insbesondere kann das Fahrzeug von einer Fahrleitung entkoppelt sein (wodurch das Fahrzeug von einer externen Energieenergiequelle entkoppelt wird) und ein Fahrmotor des Fahrzeugs kann unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung betrieben werden. Im Vergleich dazu, falls es nicht ein niedriger Gradient ist, kann es dann bestätigt werden, falls das Gleis einen hohen Gradienten aufweist (zum Beispiel höher als ein Schwellwert). Falls ja, dann kann bei 614 das Fahrzeug mit der Fahrleitung verbunden werden (wodurch das Fahrzeug mit der externen Energiequelle verbunden wird) und der Fahrmotor des Fahrzeugs kann unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle betrieben werden (zum Beispiel eine wegseitige Stromleitung). Zusätzlich und gleichzeitig kann die Energie von der externen Energiequelle verwendet werden, um die Energiespeichereinrichtung zu laden.
-
Unabhängig davon, ob ein bewegen oder Fördern angefordert wird oder nicht, kann bei 616 bestimmt werden, ob ein Bohren angefordert wird oder nicht. Insbesondere kann bestimmt werden, ob das zugehörige Gerät, hier der Bohrer, betrieben werden soll oder nicht. Falls nicht angefordert wird, kann die Routine enden. Ansonsten kann bei 618 bestimmt werden, ob die externe Energiequelle verfügbar ist oder nicht. Bei einem Beispiel kann die externe Energiequelle auf Grund eines Fehlens von wegseitigen Stromleitungen entlang eines bestimmten Segments des Gleises nicht verfügbar sein. Bei einem anderen Beispiel kann, obwohl eine Stromleitung verfügbar ist, die externe Stromquelle nicht verfügbar sein auf Grund von planmäßigen und unplanmäßigen Ereignissen, bei denen die Fahrleitung nicht unter Strom steht. Solche Ausfallzeiträume können zum Beispiel auftreten, um Wartungsvorgänge an der Fahrleitung und/oder der Stromquelle zu erlauben. Unplanmäßige Ausfallereignisse können zum Beispiel auf Grund eines Netzstromausfalls, eines elektrischen Kurzschlusses, eines Schadens an der Fahrleitung und/oder einer Fehlfunktion der Energiequelle auftreten. Bei einem Beispiel, bei dem die externe Energiequelle ein Dieselmotor ist, kann der planmäßige Ausfallszeitraum da sein, um eine Wartung des Dieselmotors zu erlauben, während ein unplanmäßiger Ausfallzeitraum auf Grund des Leerlaufens des Diesels auftreten kann.
-
Falls die externe Energiequelle verfügbar ist, dann kann bei 620 das Fahrzeug mit der Fahrleitung verbunden werden. Falls alternativ das Fahrzeug bereits verbunden war, dann kann es mit der Fahrleitung verbunden bleiben. Das zugehörige Gerät des Fahrzeugs, hier der Bohrer, wird dann unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle angetrieben. Im Vergleich dazu, falls die externe Energiequelle nicht verfügbar ist, dann kann bei 622 das Fahrzeug von der Fahrleitung entkoppelt werden. Falls alternativ das Fahrzeug bereits entkoppelt war, dann kann es von der Fahrleitung entkoppelt bleiben. Der Bohrer wird dann unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung angetrieben.
-
Während der Bohrer bei 620 und 622 betrieben wird, kann bei 624 und 626 bestimmt werden, ob ein Energieschub angefordert wird. Bei einem Beispiel kann ein Energieschub während eines Bohrerbetriebs erforderlich sein, um die Bohrzeit zu beschleunigen, und/oder wenn durch härteres Material gebohrt wird. Falls ein Energieschub nicht erforderlich ist, kann die Routine enden. Falls ein Energieschub bei 624 angefordert wird, dann wird bei 628 die von der externen Energiequelle dem Bohrer zugeführte Energie mit zusätzlicher Energie von der Energiespeichereinrichtung verstärkt. Im Vergleich dazu, falls ein Energieschub bei 626 angefordert wird (zum Beispiel, falls die Energiespeichereinrichtung energiebegrenzt ist oder an Energie leer läuft, die für den Bohrerbetrieb erforderlich ist), dann wird bei 630 das Fahrzeug mit der Fahrleitung verbunden und Energie, die dem Bohrer von der Energiespeichereinrichtung zugeführt wird, wird mit zusätzlicher Energie von der externen Energiequelle zugeführt. Daher ist sowohl bei 628 als auch bei 630 die kombinierte (verstärkte) Energie von der Energiespeichereinrichtung und der externen Energiequelle größer als die Energie, die entweder von der Energiespeichereinrichtung oder der externen Energiequelle verfügbar ist.
-
Auf diese Weise wird während eines ersten Zustands, wenn das Fahrzeug in einem Bewegungs- oder Fördermodus ist, das Antriebssystem des Fahrzeugs mit der Energiespeichereinrichtung angetrieben, wohingegen während eines zweiten Zustands, wenn das Fahrzeug in einem Funktionalmodus ist, das Fahrzeug mit der externen Energiequelle über die Fahrleitung verbunden wird und die externe Energiequelle verwendet wird, um das zugehörige Gerät des Fahrzeugs anzutreiben und die Energiespeichereinrichtung wieder aufzuladen. Während eines dritten Zustands, wenn das Fahrzeug in einem Brückenmodus ist und Energie nicht von der externen Energiequelle verfügbar ist, wird das zugehörige Gerät mit der Energiespeichereinrichtung angetrieben. Alternativ, während eines vierten Zustands, wenn eine größere Energiemenge angefordert wird, wird das zugehörige Gerät unter Verwendung von kombinierter Energie von der Energiespeichereinrichtung und der externen Energiequelle angetrieben, wobei die kombinierte Energie größer als die Energie ist, die entweder von der Energiespeichereinrichtung oder von der externen Energiequelle verfügbar ist. Daher bewegt sich das Fahrzeug während des ersten Zustands, wohingegen während des zweiten, drittens und vierten Zustands das Fahrzeug ortsfest sein kann.
-
Während das dargestellte Beispiel unter Verwendung eines Bohrers als das zugehörige Gerät näher ausgeführt wird, erkennt man, dass die Energiespeichereinrichtung auch verwendet werden kann, um ein oder mehrere Nebenverbraucher zu betätigen, wie beispielsweise zusätzliche Pumpen und Bohrer. Somit kann während eines fünften Zustands, zum Beispiel wenn das Fahrzeug Fluide im Inneren eines Bergbauschachts verarbeitet, die Energiespeichereinrichtung verwendet werden, um eine Fluidverarbeitungspumpe anzutreiben, die mit dem Fahrzeug verbunden ist, wobei die Fluidverarbeitungspumpe eines oder mehrere aus einer Luftpumpe und einer Wasserpumpe zum bewegen von Luft und/oder Wasser in oder aus dem Bergbauschacht umfasst.
-
Nun unter Zuwendung auf 7 zeigt sie eine andere beispielhafte Routine 700 zum Betreiben eines Fahrzeugs, das einen Elektroantrieb umfasst, in einer Bergbauumgebung, wie beispielsweise in 5 dargestellt. Insbesondere bestimmt die Routine den Betriebsmodus des Fahrzeugs basierend auf den Betriebszuständen des Fahrzeugs und optimiert die Verwendung der Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs in der Bergbauumgebung entsprechend.
-
Bei 702, wie bei 602, können die Betriebszustände des Fahrzeugs bestimmt werden. Eine Steuerung kann den Betriebsmodus des Fahrzeugs basierend auf zumindest den geschätzten Fahrzeugbetriebszuständen bestimmten. Zusätzlich kann der den Betriebsmodus des Fahrzeugs basierend auf einer von dem Fahrzeugbediener empfangenen Eingabe bestimmen.
-
Bei 704 kann bestimmt werden, ob das Fahrzeug in einem Bewegungs- oder Fördermodus ist. Falls ja, dann kann bei 706 das Fahrzeug von der Fahrleitung entkoppelt werden und das Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Fahrmotoren) können unter Verwendung von Energie von der On-Board-Energiespeichereinrichtung angetrieben werden. Falls das Fahrzeug nicht in einem Bewegungs-/Fördermodus ist, dann kann bei 708 bestimmt werden, ob das Fahrzeug in einem Funktionalmodus ist. Bei einem Beispiel kann das Fahrzeug in einem Funktionalmodus sein, falls ein Bohren angefordert wird. Falls das Fahrzeug in einem Funktionalmodus ist, dann kann bei 710 das Fahrzeug mit der Fahrleitung verbunden werden und das dem Fahrzeug zugehörige Gerät, wie beispielsweise ein Bohrer, kann unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle betrieben werden. Zusätzlich kann, während das Fahrzeug mit der externen Energiequelle über die Fahrleitung verbunden ist, die Energiespeichereinrichtung unter Verwendung von Energie von der externen Energiequelle wieder aufgeladen werden.
-
Falls ein Funktionalmodus bei 708 nicht bestätigt wird, dann kann bei 712 bestimmt werden, ob das Fahrzeug in einem Brückenmodus ist. Daher kann ein Brückenmodus bestätigt werden, falls eine externe Energiequelle zum Beispiel auf Grund planmäßiger oder unplanmäßiger Unterbrechungen nicht verfügbar ist. Falls ja, dann kann bei 714 das Fahrzeug von der Fahrleitung entkoppelt werden und das zugehörige Gerät des Fahrzeugs, wie beispielsweise der Bohrer, kann unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung angetrieben werden. Falls das Fahrzeug nicht in einem Brückenmodus ist, dann kann bei 716 bestimmt werden, ob das Fahrzeug in einem Schubmodus ist. Bei einem Beispiel kann ein Schubmodus bestätigt werden, wenn zusätzliche Energie angefordert wird (zum Beispiel eine Energiemenge größer als ein Schwellwert). Falls der Schubmodus bestätigt wird, dann kann bei 718 das Fahrzeug mit der externen Energiequelle über die Fahrleitung verbunden werden und der Bohrer kann unter Verwendung von Energie von sowohl der externen Energiequelle als auch von der Energiespeichereinrichtung betrieben werden.
-
Bei 720 kann bestimmt werden, ob das Fahrzeug in einem Fluidverarbeitungsmodus ist. Bei einem Beispiel kann ein Fluidverarbeitungsmodus bestätigt werden, wenn ein Fluid (z. B. Wasser oder Luft) in oder aus der Umgebung des Fahrzeugs (z. B. der Bergbauschacht) gepumpt werden soll. Falls bestätigt, dann kann bei 722 das Fahrzeug von der Fahrleitung entkoppelt werden und die Fluidverarbeitungspumpe kann unter Verwendung von Energie von der Energiespeichereinrichtung angetrieben werden. In der Bergbauumgebung kann die Fluidverarbeitungspumpe eines oder mehrere aus einer Luftpumpe und einer Luftpumpe zum Bewegen von Luft und/oder Wasser in oder aus einem Bergbauschacht umfassen. Falls der Fluidverarbeitungsmodus nicht bestätigt wird, kann die Routine enden.
-
Man erkennt, dass 6 und 7 lediglich einige der möglichen Betriebsmodi und Optionen darstellen, die in einem Bergbaufahrzeug möglich sind, das mit einem Elektroantriebssystem ausgebildet ist. Wie unter Bezugnahme auf 9 näher ausgeführt wird, können noch weitere Betriebsmodi möglich sein, wobei eine Steuerung eines oder mehrere aus der externen Energiequelle (über die Fahrleitung), dem Motor des Fahrzeugs und der Energiespeichereinrichtung auswählt, um das Fahrzeug anzutreiben, den Bohrer zu betreiben und/oder die Energiespeichereinrichtung zu laden. Daher ermöglichen die verschiedenen Betriebsmodi, dass das Fahrzeug eine größere betriebsmäßige Flexibilität aufweist, wenn es in einer Bergbauumgebung betrieben wird. Insbesondere ermöglicht es, dass der Betrieb des Fahrzeugs schnell als Antwort auf Lüftungsanforderungen, Verfügbarkeit von wegseitiger Energie, Motorzuständen und Batteriezuständen mit reduzierter Unterbrechung des Fahrzeugbetriebs eingestellt wird.
-
Auf dieser Weise wird durch verwenden einer Energiespeichereinrichtung, die wahlweise mit einer externen Energiequelle über eine wegseitige Fahrleitung verbindbar ist, der Bedarf, einen Verbrennungsmotor als die Quelle der Bewegungsenergie oder Bohrenergie zu betreiben, in Fahrzeugumgebungen wesentlich reduziert, in denen die Verwendung solcher Motoren beschränkt ist.
-
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Ausführungsform, und auch, um einem gewöhnlichen Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen, wie das Herstellen und Verwenden irgendwelcher Einrichtungen oder Systeme und Durchführen irgendwelcher eingeschlossener Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele erfassen, die Fachleute erkennen. Solche andere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche sein, falls sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht vom genauen Wortlaut der Ansprüche unterscheiden oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden vom genauen Wortlaut der Ansprüche umfassen. Außerdem, sofern nicht anders angegeben, gibt die Verwendung der Ausdrücke erster, zweiter usw. keine Reihenfolge oder Gewichtung an, sondern die Ausdrücke erster, zweiter usw. werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden.
