DE112011104517T5

DE112011104517T5 - Aktive Entladung einer Hochspannungsbusleitung

Info

Publication number: DE112011104517T5
Application number: DE112011104517T
Authority: DE
Inventors: Timothy Goldammer; Thuong Le; Jason Miller; Jackson Wai
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-10-24
Also published as: WO2012087447A2; CN103269927B; CN103269927A; US8610382B2; WO2012087447A3; JP2014507320A; US20120161679A1

Abstract

Ein Verfahren zur aktiven Entladung einer gemeinsamen Busleitung (116) einer Maschine (100) die eine Kraftmaschine (102), einen Generator (112), einen Antriebsmotor (124) und einen oder mehrere Zusatzvorrichtungen (126) aufweist, wird bereitgestellt. Das Verfahren kann eine Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Kraftmaschine (102) bezüglich eines ersten Schwellenwerts überwachen, eine Spannung der gemeinsamen Busleitung (116) bezüglich eines zweiten Schwellenwerts überwachen, und einen oder mehrere der folgenden zu aktivieren: den Generator (112), den Motor (124) und die Zusatzvorrichtungen (126); falls die Maschinengeschwindigkeit unter den ersten Schwellenwert fällt und die Spannung den zweiten Schwellenwert überschreitet, um Spannung von der gemeinsamen Busleitung (116) zu entladen.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische Antriebsanordnungen, und genauer auf Systeme und Verfahren zur aktiven Entladung elektrischer Busleitungen.
Stand der Technik
Eine gemeinsame oder elektrische Busleitung bzw. Sammelschiene wird in einer Vielzahl von Anwendungen einschließlich Arbeitsmaschinen, Fahrzeuge und Computer verwendet. Elektrische Busleitungen können auch in Hochspannungsanwendungen verwendet werden, um Leistung von einer Leistungsquelle zu den elektrischen Vorrichtungen zu führen. Eine elektrische Busleitung ist im Wesentlichen ein paralleler Schaltkreis, der verwendet wird, um eine Vielzahl elektrischer Vorrichtungen zusammen mit Leistungsquellen zu verbinden, wie beispielsweise Solarzellen, Batterien, und ähnlichem. Zudem können Busleitungen in Gleichstromanwendungen (DC) verwendet werden und eine positive Leitung und eine negative Leitung oder Masseleitung aufweisen, über welche eine Potentialdifferenz bereitgestellt werden kann.
Ein Problem, das in DC-Spannungsanwendungen auftreten kann, ist dass elektrische Vorrichtungen elektrische Energie speichern können. Demzufolge können die elektrischen Vorrichtungen fortfahren, die elektrische Busleitung mit der gespeicherten elektrischen Energie zu versorgen, wenn die elektrische Busleitung von einer Leistungsquelle getrennt wird. Somit kann eine vergleichsweise lange Zeitspanne erforderlich sein, damit die elektrische Busleitung zu einem gering energetisierten Zustand zurückkehrt, in welchem die elektrische Potentialdifferenz zwischen der positiven Leitung und der negativen Leitung minimal ist. Wenn Techniker gezwungen sind darauf zu warten, dass die elektrische Busleitung zu ihrem gering energetisierten Zustand zurückkehrt, bevor sie mit Reparaturarbeiten beginnen, steigt die für Reparatur und Wartung solcher Maschinen benötigte Zeit ebenso wie die damit verbunden Kosten dramatisch an.
Viele existierende elektrische Hochspannungsbusleitungen verwenden einen Entladewiderstand um den Abbau der gespeicherten Energie zu unterstützen, sobald die damit verbundene Energieversorgung abgeschaltet oder abgetrennt wird. Beispielsweise offenbart die US-Patentanmeldung 2009/0141412 an Hickam einen Entladeschaltkreis, der einen Leistungswiderstand aufweist, der zwischen den positiven und negativen Leitungen der damit assoziierten elektrischen Busleitung geschaltet ist, um den Stromfluss in diesen zu entladen. Während solche Entladewiderstände einen gewissen Grad an Energieabbau ermöglichen, ist die Geschwindigkeit oder Rate der Entladung auf eine natürliche Entladerate begrenzt, was immer noch eine erhebliche Wartezeit insbesondere für Hochspannungsanwendungen erforderlich macht. Zudem sind solche Entladungsschaltkreise und Entladewiderstände fehleranfällig, was ein erhebliches Risiko in Vorrichtungen darstellen kann, die nicht mit sekundären Sicherheitseinrichtungen als Auffanglösung ausgestattet sind.
Das offenbarte System und Verfahren zielen darauf ab, eines oder mehrere der oben ausgeführten Probleme zu überwinden.
Zusammenfassung der Offenbarung
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur aktiven Entladung einer gemeinsamen Busleitung bzw. Sammelschiene einer Maschine die eine Kraftmaschine, einen Generator, einen Antriebsmotor und einen oder mehrere Zusatzvorrichtungen aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren überwacht eine Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Kraftmaschine bezüglich eines ersten Schwellenwert, überwacht eine Spannung der gemeinsamen Busleitung bezüglich eines zweiten Schwellenwerts, und aktiviert einen oder mehrere der folgenden: den Generator, den Motor und die Zusatzvorrichtungen; falls die Kraftmaschinengeschwindigkeit unter den ersten Schwellenwert fällt und die Spannung den zweiten Schwellenwert überschreitet, um Spannung von der gemeinsamen Busleitung zu entladen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur aktiven Entladung einer gemeinsamen Busleitung einer Maschine die eine Kraftmaschine und einen Generator aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren bestimmt einen Geschwindigkeitsschwellenwert für die Kraftmaschine, bestimmt einen Spannungsschwellenwert für die gemeinsame Busleitung, vergleicht eine momentane Geschwindigkeit der Kraftmaschine mit dem Geschwindigkeitsschwellenwert, vergleicht eine momentane Spannung der gemeinsamen Busleitung mit dem Spannungsschwellenwert, und schaltet den Generator in einen antreibenden Modus, falls die momentane Geschwindigkeit unter den Geschwindigkeitsschwellenwert fällt und die momentane Spannung der gemeinsamen Busleitung den Spannungsschwellenwert überschreitet, um überschüssige Ladung teilweise aus der gemeinsamen Busleitung abzuleiten.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein System zur aktiven Entladung für eine Maschine die eine Kraftmaschine, einen Generator, einen Antriebsmotor und einen oder mehrere Zusatzvorrichtungen aufweist, bereitgestellt. Das System zur aktiven Entladung umfasst eine gemeinsame Busleitung und eine Steuereinheit. Die gemeinsame Busleitung steht in elektrischer Verbindung mit mindestens einem der folgenden: dem Generator, dem Antriebsmotor und den Zusatzeinrichtungen der Maschine. Die Steuereinheit steht in elektrischer Verbindung mit mindestens der Kraftmaschine der Maschine und der gemeinsamen Busleitung. Die Steuereinheit ist zudem eingerichtet, um eine Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Kraftmaschine bezüglich eines ersten Schwellenwerts zu überwachen, eine Spannung der gemeinsamen Busleitung bezüglich eines zweiten Schwellenwerts zu überwachen, und einen oder mehrere der folgenden zu aktivieren: den Generator, den Motor und die Zusatzvorrichtungen; falls die Maschinengeschwindigkeit unter den ersten Schwellenwert fällt und die Spannung den zweiten Schwellenwert überschreitet, um Spannung von der gemeinsamen Busleitung zu entladen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige Ansicht einer Maschine, die in Übereinstimmung mit einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist;
2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines Systems zur aktiven Entladung, wie es bei einer typischen elektrischen Antriebsmaschine angewendet wird; und
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur aktiven Entladung einer elektrischen gemeinsamen Busleitung einer Maschine.
Detaillierte Beschreibung
Nun wird im Detail Bezug genommen auf spezifische Ausführungsbeispiele oder Eigenschaften, die in den begleitenden Zeichnungen als Beispiele dargestellt sind. Im Allgemeinen werden entsprechende Bezugszeichen durch die Zeichnungen hindurch verwendet, um gleiche oder entsprechende Teile zu referenzieren.
1 stellt diagrammartig eine mobile Maschine 100 dar, die elektrische Antriebsmittel verwenden kann, um eine Bewegung zu verursachen. Genauer kann die Maschine 100 eine primäre Leistungsquelle 102 aufweisen, welche mit einem elektrischen Antrieb 104 gekoppelt ist, um mittels einer Vortriebsvorrichtung 106 eine Bewegung zu verursachen. Ein solche mobile Maschine 100 kann als Arbeitsmaschine für das Ausführen einer besonderen Art von Arbeit verwendet werden, welche mit einer Industrie wie beispielsweise Bergbau, Baugewerbe, Landwirtschaft, Transport, oder jeder anderen gemäß Stand der Technik bekannten geeigneten Industrie assoziiert wird. Beispielsweise kann die Maschine 100 eine Erdbewegungsmaschine, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, eine Zugmaschine, ein Geländefahrzeug, ein Straßenfahrzeug, oder jede andere geeignete mobile Maschine sein.
Mit Bezug auf 2 wird nun ein beispielhaftes System 108 zur Entladung, wie es bei einem elektrischen Antrieb 104 einer Maschine 100 angewendet wird, bereitgestellt. Der elektrische Antrieb 104 kann eine primäre Leistungsquelle 102 beinhalten, wie beispielsweise einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen Erdgasmotor, oder jede andere Art von Verbrennungskraftmaschine, die üblicherweise zur Erzeugung von Leistung verwendet wird. Der elektrische Antrieb 104 kann auch in Verbindung mit jeglicher geeigneten Leistungsquelle wie beispielsweise einer Brennstoffzelle oder ähnlichem verwendet werden. Die Kraftmaschine 102 kann eingerichtet sein, um direkt oder indirekt Leistung an parasitäre Lasten 110 mittels Riemen, hydraulischer Systeme oder ähnlichem zu übertragen. Die Kraftmaschine 102 kann auch eingerichtet sein, um mechanisch. Leistung an einen Generator 112 mittels einer Kupplung oder einer axial rotierenden Antriebswelle 114 zu übertragen.
Der Generator 112 der 2 kann ein geschalteter Reluktanzgenerator (SR) sein, oder jeder andere geeignete Generator, der gestaltet ist um elektrische Energie ansprechend auf einen rotatorischen Antrieb durch die Kraftmaschine 102 zu erzeugen. Wie gemäß Stand der Technik hinreichend bekannt kann der Generator 112 einen Rotor (nicht gezeigt) aufweisen, der drehbar innerhalb eines fixierten Stators (nicht gezeigt) angeordnet ist. Der Rotor des Generators 112 kann drehbar mit einem Abtrieb der Kraftmaschine 102 mittels einer direkten Kurbelwelle, eines Getriebestrangs, eines hydraulischen Kreislaufs oder ähnlichem gekoppelt sein. Der Stator des Generators 112 kann mit einer gemeinsamen Busleitung 116 des elektrischen Antriebs 104 mittels eines Wandlerkreislaufs 118 gekoppelt sein, welcher Gleichrichter, Umrichter, Kondensatoren und ähnliches aufweist. Während eines generatorischen Betriebsmodus, wenn der Rotor des Generators 112 innerhalb des Stators durch die primäre Leistungsquelle 102 rotiert wird, kann elektrischer Strom induziert werden und dem Wandlerkreislauf 118 zugeführt werden. Der Wandlerkreislauf 118 kann die elektrischen Signale in die geeignete Gleichstromspannung (DC) zur Verteilung an die verschiedenen elektrischen Vorrichtungen und Unterkomponenten der Maschine 100 umwandeln. Zudem kann der Generator 112 in der Lage sein, eine Drehung des Rotors ansprechend auf elektrische Signale zu bewirken, die dem Stator aus der gemeinsamen Busleitung 116, beispielsweise während eines motorischen Betriebsmodus, zugeführt werden.
Die gemeinsame Busleitung 116 kann eine positive Leitung 120 und eine negative oder Masseleitung 122 aufweisen, über welche die gemeinsame Busleitung 116 eine gemeinsame DC-Busleitungsgleichspannung zwischen einer oder mehreren elektrisch parallelen Komponenten der Maschine 100 verteilen kann. Beispielsweise kann die gemeinsame Busleitung 116 Leistung verteilen, die durch die Kraftmaschine 102 und den Generator 112 einem oder mehreren Motoren 124 zugeführt wird, um mittels einer Vortriebsvorrichtung 106 eine Bewegung hervorzurufen. Insbesondere kann der erste Wandlerkreislauf 118, der mit dem Generator 112 assoziiert ist, ein DC-Signal bereitstellen, das an einen zweiten Wandlerkreislauf 118 übermittelt wird, welcher mit einem oder mehreren Motoren 124 assoziiert ist. Der zweite Wandlerkreislauf 118 kann das DC-Signal in die angemessenen Phasensignale umwandeln, die notwendig sind um die Motoren 124 anzutreiben. Die gemeinsame Busleitung 116 kann auch die gemeinsame DC-Spannung an zusätzliche Vorrichtungen 126 der Maschine 100 verteilen, einschließlich beispielsweise Heizlüftungs- und Kühlsystemen (HVAC) 128, Hochspannungspumpen 130, Hochspannungsgebläsen 132 oder jegliches andere Gerät, das mit der gemeinsamen DC-Spannung angetrieben wird. Die zusätzlichen Vorrichtungen 126 können zudem eine zweite Leistungsquelle oder ein Hybridsystem 134 aufweisen, welches gestaltet ist, um einen beliebigen Teil der gemeinsamen DC-Spannung innerhalb einer wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtung 136, wie beispielsweise einer Batterie, zu speichern. In solchen Ausführungsbeispielen kann die gemeinsame Busleitung 116 derart gestaltet sein, dass die innerhalb der Energiespeichervorrichtung 136 gespeicherte Energie selektierbar an den Generator 112 und/oder den einen oder die mehreren Motoren 124 derart verteilt wird, dass der durch die Leistungsquelle 102 verbrauchte Treibstoff bzw. die Energie minimiert wird. In noch weiteren Ausführungsbeispielen können die zusätzlichen Vorrichtungen 126 mit einem geschalteten Entladewiderstand 138 versehen sein, der selektierbar zwischen die positiven und negativen Leitungen 120, 122 geschaltet werden kann, um auf diese Weise jegliche überschüssige Spannung in der gemeinsamen Busleitung 116 zu entladen.
Wie beispielsweise in 2 gezeigt, kann die gemeinsame Busleitung 116 zudem mit einem Mittel zur aktiven Entladung oder Entleerung überschüssiger Spannung, welche innerhalb der gemeinsamen Busleitung 116 gespeichert ist, versehen sein. Insbesondere kann das Entladesystem 108 mit einer Steuereinheit 140 versehen sein, die mit mindestens der gemeinsamen Busleitung 116 und der primären Leistungsquelle oder Kraftmaschine 102 der Maschine 100 in elektrischer Verbindung steht. Die Steuereinheit 140 kann die momentanen Betriebsbedingungen der Maschine 100 überwachen und basierend auf diesen Betriebsbedingungen bestimmen, ob die Spannung der gemeinsamen Busleitung abgegeben bzw. abgebaut werden sollte. Die Betriebsbedingungen können beispielsweise die Last auf der Maschine 100, eine Fahrgeschwindigkeit der Maschine 100, die gewünschte Tätigkeit der Maschine 100 wie durch den Bediener eingegeben und ähnliches anzeigen. Basierend auf solchen Betriebsbedingungen der Maschine 100 kann die Steuereinheit 140, wenn die Steuereinheit 140 bestimmt, dass die Spannung der gemeinsamen Busleitung abgeleitet werden soll, die Spannung der Busleitung freisetzen, indem eines oder mehrere der folgenden aktiviert werden: der Generator 112, der Antriebsmotor 124, die zusätzlichen Vorrichtungen 126, und jegliche andere Vorrichtung, die Leistung aus der gemeinsamen Busleitung 116 empfängt.
In einem bestimmten Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit 140 den Generator 112 in einem motorischen Betriebsmodus aktivieren, um zumindest teilweise überschüssige Busleitungsspannung freizusetzen. Dementsprechend kann die Steuerungseinheit 140 des Entladesystems 108 mit dem Generator 112 kommunizieren, um dessen Betriebsmodus zu bestimmen beziehungsweise zu wählen. Die Steuerung eines geschalteten Reluktanzgenerators kann beispielsweise mittels direkter Verbindungen zu den Schaltern und/oder den Windungen des geschalteten Reluktanzgenerators geschehen. Die Steuereinheit 140 kann auch eingerichtet werden, um die Spannung der Busleitung durch den Antriebsmotor 124, das HVAC-System 128, die Hochspannungspumpen 130, die Hochspannungsgebläse 132 und jegliche Kombination davon zu entladen. Bei Verwendung des Hybridsystems 134 kann die Steuereinheit 140 auch eingerichtet werden, um die entladenen Spannung der Busleitung aufzubereiten und für die spätere Verwendung in der Energiespeichervorrichtung 136 zu speichern. Indem solche Vorrichtungen aktiviert werden, kann die Steuereinheit 140 die Spannung der Busleitung auf sichere Weise unter Verwendung existierender Komponenten und Betriebsvorgänge zu entladen, die typischerweise innerhalb der Maschine 100 durchgeführt werden.
Der Betrieb des Entladesystems 108 kann in die existierende Steuerung der Maschine 100 integriert oder eingebettet werden. Zudem kann die Steuereinheit 140 unter Verwendung eines oder mehrerer der Folgenden umgesetzt werden: ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, ein elektronisches Steuerungsmodul (ECM), eine elektronische Steuerungseinheit (ECU), oder jegliches andere geeignete Mittel zur elektronischen Steuerung der Funktionalität des Entladesystems 108. Die Steuereinheit 140 kann eingerichtet sein, um gemäß eines zuvor festgelegten Algorithmus oder eines Satzes an Anweisungen zur Steuerung des Entladesystems 108 basierend auf den verschiedenen Betriebsbedingungen der Maschine 100 zu operieren. Ein solcher Algorithmus oder Satz an Anweisungen kann vorprogrammiert oder in den Speicher der Steuereinheit 140 beinhaltet sein, wie gemäß Stand der Technik üblich.
Bit Bezug auf das Flussdiagramm der 3 wird ein beispielhaftes Verfahrens zur aktiven Entladung oder Entleerung einer gemeinsamen Busleitung 116 einer Maschine 100 offenbart. Das offenbarte Verfahren kann als ein Algorithmus oder ein Satz an Programmcodes umgesetzt werden, durch welchen die Steuereinheit 140 eingerichtet wird, um zu operieren. Wie gezeigt kann die Steuereinheit 140 anfänglich einen Satz an Schwellenwerten bestimmen, anhand derer sie einen oder mehrere Parameter der Maschine 100 überwacht, die für die Spannung der gemeinsame Busleitung von Bedeutung sind. Beispielsweise kann die Steuereinheit 140 einen ersten Schwellenwert oder eine Untergrenze für die Maschinengeschwindigkeit ebenso wie einen zweiten Schwellenwert oder eine Obergrenze für die Spannung der gemeinsamen Busleitung bestimmen. Die angemessenen ersten und zweiten Schwellenwerte können beispielsweise basierend auf einer Kombination von Betriebsbedingungen der Maschine 100 bestimmt werden, wie beispielsweise die Last auf der Maschine 100, die Fahrgeschwindigkeit der Maschine 100, die Bedienereingabe und ähnliches. Alternativ können die Schwellenwerte für Maschinengeschwindigkeit und Spannung der Busleitung zuvor festgelegte Werte sein, die in die Steuereinheit 140 vorprogrammiert werden. In anderen Alternativen kann eine Vielzahl zuvor festgelegter Schwellenwerte mit Bezug auf verschiedene Betriebsbedingungen der Maschine 100 hinterlegt werden, um die Steuereinheit 140 in die Lage zu versetzen, den idealen Satz an zu verwendenden Schwellenwerten basierend auf den detektierten momentanen Betriebsbedingungen zu entnehmen.
Die Steuereinheit 140 der 2 kann beispielsweise mit mindestens der Kraftmaschine 102 und der gemeinsamen Busleitung 116 des elektrischen Antriebs 104 kommunizieren, um momentane Maschinengeschwindigkeit und Spannung der Busleitung während des normalen Betriebs der Maschine 100 zu überwachen, wie in 3 gezeigt. Zudem kann die Steuereinheit 140 kontinuierlich die momentane Geschwindigkeit der Kraftmaschine mit dem Schwellenwert für die Geschwindigkeit der Kraftmaschine vergleichen, und zudem die momentane Spannung der gemeinsamen Busleitung mit dem Schwellenwert der Spannung der gemeinsamen Busleitung vergleichen. Falls beide Schwellenwerte erreicht werden, falls also beispielsweise die momentane Geschwindigkeit der Kraftmaschine unter den minimalen Schwellenwert der Geschwindigkeit fällt, und die Spannung der gemeinsamen Busleitung den maximalen Schwellenwert der Spannung überschreitet, kann die Steuereinheit 140 bestimmen, dass ein potentiell unsicheres Niveau an elektrischer Leistung in der gemeinsamen Busleitung 116 ohne adäquate Ableitung derselben gespeichert ist. Dementsprechend kann wie in 3 gezeigt, die Steuereinheit 140 dergestalt fortfahren, dass sie die Ladung in der gemeinsamen Busleitung 116 entlädt, indem der Generator 112, der Antriebsmotor 124, eine oder mehrere Zusatzvorrichtungen 126 oder eine Kombination davon aktiviert werden. Indem die Spannung der Busleitung dem Generator 112, dem Antriebsmotor 124, dem HVAC-System 128, den Hochspannungspumpen 130 oder -gebläsen 132 zugeführt wird, kann die gemeinsame Busleitung 116 aus der Maschine 100 heraus sicher entladen werden, während typische Betriebsvorgänge oder -funktionen durchgeführt werden, welche von der Maschine 100 oder ihren Bediener benötigt werden.
In dem Ausführungsbeispiel der 3 kann die Steuereinheit 140 eingerichtet sein, um den Generator (112) in einen motorischen Betriebsmodus zu schalten, falls die momentane Geschwindigkeit der Kraftmaschine unter den minimalen Schwellenwert der Geschwindigkeit fällt und die Spannung der gemeinsamen Busleitung den maximalen Schwellenwert der Spannung überschreitet. Die Art und Weise, auf welche die Steuereinheit 140 den motorischen Betriebsmodus des Generators 112 aktiviert kann basierend auf der Konfiguration und dem Typ des verwendeten Generators 112 variieren. In Konfigurationen, in denen der Generator 112 ein geschalteter Reluktanzgenerator ist, kann die Steuereinheit 140 den motorischen Betriebsmodus beispielsweise durch das Induzieren eines geschalteten elektrischen Stroms in jeder der Phasen des Generators 112 und das Bereitstellen der passenden Pulssequenz an jede Phase durch Chopping, Pulsweitenmodulation, oder jede andere geeignetes Mittel gemäß Stand der Technik aktivieren. Durch das Umleiten der in der gemeinsamen Busleitung 116 gespeicherten Energie zurück in den Generator 112 und indem bewirkt wird, dass der Rotor des Generators 112 rotiert, kann die Steuereinheit 140 die Spannung der gemeinsamen Busleitung auf effiziente Weise auf ein sicheres Niveau entladen. Auf eine solche Art und Weise kann die Steuereinheit 140 den Generator 112 im motorischen Betriebsmodus aktiviert halten, bis einer oder mehrere der Schwellenwerte bereinigt sind. Wenn beispielsweise die Spannung der gemeinsamen Busleitung unter den maximalen Schwellenwert der Spannung fällt oder falls die Geschwindigkeit der Kraftmaschine derart bestimmt wird, dass sie den minimalen Schwellenwert der Geschwindigkeit überschreitet, kann die Steuereinheit 140 möglicherweise das Induzieren elektrischen Stroms aus der gemeinsamen Busleitung 116 an den Generator 112 stoppen und den motorischen Modus beenden, wie in 3 gezeigt. Sobald die Steuereinheit 140 den motorischen Modus beendet, kann die Steuereinheit 140 dazu zurückkehren, die Geschwindigkeit der Kraftmaschine und die Spannung der gemeinsamen Busleitung zu überwachen. Alternativ kann die Steuereinheit 140 dazu zurückkehren, neue Schwellenwerte für die Geschwindigkeit der Kraftmaschine und die Spannung der Busleitung festzulegen, bevor sie zu dem Schritt des Antreibens zurückkehrt.
Industrielle Anwendbarkeit
Im Allgemeinen findet die vorhergehende Offenbarung Anwendung in verschiedenen Industrieanwendungen, wie beispielsweise der Landwirtschaft, der Bau- oder Bergwerksindustrie, indem sie ein effizienteres Entladen elektrischer Busleitungen in mobilen Hochspannungsarbeitsfahrzeugen und/oder – maschinen bereitstellt, wie beispielsweise Zugmaschinen, Baggerladern, Verdichtern, Fäll-Ablegemaschinen, Forstmaschinen, Industriekränen, Kompaktladern, Radladern und ähnlichem. Die hierin offenbarten Systeme und Verfahren entladen die in elektrischen Busleitungen gespeicherte Energie, indem sie eine oder mehrere der existierenden Vorrichtungen der Maschine in einem motorischen Betriebsmodus aktivieren. Da die elektrische Busleitung schnell entladen werden kann, und Techniker schnell daran arbeiten können, wird die für Reparaturen und/oder Wartung aufgewendete Ausfallzeit in bedeutsamen Umfang reduziert. Aus dem Vorhergehenden ist zu erkennen, dass während lediglich bestimmte Ausführungsbeispiele zum Zweck der Illustration ausgeführt wurden, dem Fachmann aus den obigen Beschreibungen Alternativen und Modifikationen ersichtlich sein werden. Diese und andere Alternativen werden als Entsprechungen und innerhalb des Geistes und des Umfangs dieser Offenbarung und der anhängenden Ansprüche betrachtet.

Claims

Ein Verfahren zur aktiven Entladung einer gemeinsamen Busleitung bzw. Sammelschiene (116) einer Maschine (100) die eine Kraftmaschine (102), einen Generator (112), einen Antriebsmotor (124) und eine oder mehrere Zusatzvorrichtungen (126) aufweist, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Überwachen einer Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Kraftmaschine (102) bezüglich eines ersten Schwellenwerts; Überwachen einer Spannung der gemeinsamen Busleitung (116) bezüglich eines zweiten Schwellenwerts; und das Aktivieren eines oder mehrere der folgenden: den Generator (112), den Motor (124) und die Zusatzvorrichtungen (126); falls die Maschinengeschwindigkeit unter den ersten Schwellenwert fällt und die Spannung den zweiten Schwellenwert überschreitet, um Spannung von der gemeinsamen Busleitung (116) zu entladen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Zusatzvorrichtungen (126) eines oder mehrere der folgenden umfassen: ein Heizlüftungs- und Kühlsystem HVAC (128), eine Hochspannungspumpe (130), ein Hochspannungsgebläse (132) und einen Entladewiderstand (138) um passiv elektrische Energie in der gemeinsamen Busleitung (116) zu entladen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Zusatzvorrichtungen (126) ein Hybridsystem (134) zur Konditionierung und Speicherung der durch die gemeinsame Busleitung (116) in eine Energiespeichervorrichtung (136) entladenen Spannung umfassen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Generator (112) in einen motorischen Betriebsmodus geschaltet wird, falls die Maschinengeschwindigkeit unter den ersten Schwellenwert fällt und die Spannung den zweiten Schwellenwert überschreitet, um Spannung von der gemeinsamen Busleitung (116) zu entladen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, welches zudem einen Schritt umfasst, in welchem der Generator (112) aus dem motorischen Betriebsmodus geschaltet wird; falls die Spannung der gemeinsamen Busleitung (116) den zweiten Schwellenwert unterschreitet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der erste Schwellenwert auf mindestens einem der folgenden basiert: einer Last auf der Maschine (100), einer Fahrgeschwindigkeit der Maschine (100), und einer Bedienereingabe.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Generator (112) ein geschalteter Reluktanzgenerator ist.
Ein System zur aktiven Entladung (108) für eine Maschine (100) die eine Kraftmaschine (102), einen Generator (112), einen Antriebsmotor (124) und einen oder mehrere Zusatzvorrichtungen (126) aufweist, wobei das System zur aktiven Entladung (108) umfasst: eine gemeinsame Busleitung (116), die mit mindestens einem der folgenden in elektrischer Verbindung steht: dem Generator (112), dem Antriebsmotor (124) und den Zusatzvorrichtungen (126) der Maschine (100); und eine Steuereinheit (140), die mit mindestens der Kraftmaschine (102) der Maschine (100) und der gemeinsamen Busleitung (116) in elektrischer Verbindung steht, wobei die Steuereinheit (140) eingerichtet ist, um eine Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Kraftmaschine (102) bezüglich eines ersten Schwellenwerts zu überwachen, eine Spannung der gemeinsamen Busleitung (116) bezüglich eines zweiten Schwellenwerts zu überwachen, und einen oder mehrere der folgenden zu aktivieren: den Generator (112), den Motor (124) und die Zusatzvorrichtungen (126), falls die Maschinengeschwindigkeit unter den ersten Schwellenwert fällt und die Spannung den zweiten Schwellenwert überschreitet, um Spannung von der gemeinsamen Busleitung (116) zu entladen.
Das System (108) gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (140) den Generator (112) in einen motorischen Betriebsmodus schaltet, falls die Geschwindigkeit der Kraftmaschine unter den ersten Schwellenwert fällt und die Spannung den zweiten Schwellenwert überschreitet, und den Generator (112) aus dem motorischen Betriebsmodus schaltet, falls die Spannung der gemeinsame Busleitung (116) unter den zweiten Schwellenwert fällt.
Das System (108) gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (140) gestaltet ist, um den ersten Schwellenwert basierend auf einer oder mehreren momentanen Betriebsbedingungen der Maschine (100) zu bestimmen, und gestaltet ist, um den zweiten Schwellenwert basierend auf einer oder mehreren momentanen Betriebsbedingungen der Maschine (100) zu bestimmen.