DE112011104655T5 - Maschine und Antriebssytem mit Speichervorrichtung für elektrische Energie - Google Patents

Maschine und Antriebssytem mit Speichervorrichtung für elektrische Energie Download PDF

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Abstract

Eine Maschine weist ein Leistungssystem auf. Das Leistungssystem kann einen Primärantrieb aufweisen, der treibend mit einem elektrischen Generator verbunden ist. Das Leistungssystem kann auch eine Leistungsleitung aufweisen, die betriebsmäßig mit dem elektrischen Generator verbunden ist. Zusätzlich kann das Leistungssystem eine erste Speichervorrichtung für elektrische Energie aufweisen, die betreibbar ist, um Elektrizität mit der Leistungsleitung auszutauschen. Das Leistungssystem kann auch eine zweite Speichervorrichtung für elektrische Energie aufweisen. Das Leistungssystem kann weiter Leistungssystemsteuerungen aufweisen. Die Leistungssystemsteuerungen können einen ersten Leistungsregler aufweisen. Die Leistungssystemsteuerungen können auch mindestens einen Informationsprozessor aufweisen, der konfiguriert ist, um Informationen bezüglich zumindest eines Betriebsparameter des Leistungssystems aufzunehmen und den ersten Leistungsregler basierend auf den aufgenommen Informationen zu steuern, was miteinschließt, dass selektiv der ersten Leistungsregler gesteuert wird, so dass er Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufnimmt und die Elektrizität zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie liefert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Maschinen mit Antriebssystemen und insbesondere auf Maschinen mit Antriebssystemen, welche zumindest eine Speichervorrichtung für elektrische Energie aufweisen.
  • Hintergrund
  • Viel Maschinen weisen ein Antriebssystem mit einem Primärantrieb (wie beispielsweise mit einem Hauptmotor bzw. Verbrennungsmotor) auf, welcher einen elektrischen Generator antreibt, um Elektrizität zu einer oder mehreren elektrischen Leistungslasten zu liefern, um eine oder mehrere Aufgaben auszuführen. Die elektrischen Leistungslasten einer solchen Maschine können beispielsweise einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen, welche die Maschine vorantreiben, oder welche Werkzeuge oder andere Vorrichtungen der Maschine antreiben. Die Leistungssysteme bzw. Antriebssysteme von einigen solcher Maschinen können auch eine oder mehrere Speichervorrichtungen für elektrische Energie aufweisen (wie beispielsweise Batterien oder Kondensatoren), um Leistung zu der einen elektrischen Last oder den mehreren elektrischen Lasten zu liefern, und zwar entweder in Kombination mit Leistung, die vom elektrischen Generator geliefert wird, der vom Primärantrieb angetrieben wird, oder statt dieser Leistung. Solche Speichervorrichtungen für elektrische Energie werden manchmal entladen und erfordern ein erneutes Aufladen, bevor sie Elektrizität für die elektrischen Leistungslasten der Maschine liefern können. Wenn der Primärantrieb den elektrischen Generator antreibt, um Elektrizität zu erzeugen, kann die Speichervorrichtung für elektrische Energie mit Elektrizität vom Generator geladen werden. Während Zeiten, wenn der Primärantrieb nicht den elektrischen Generator antreibt, kann die Speichervorrichtung für elektrische Energie nicht mit Elektrizität vom Generator aufgeladen werden.
  • Die veröffentlichte US-Patentanmeldung 2010/0076636 A1 von Ichikawa (”die '636-Anmeldung”) offenbart ein System mit Vorkehrungen zum Aufladen einer Batterie in einer Maschine, wenn ein Hauptmotor und ein elektrischer Generator der Maschine keine Elektrizität erzeugen. Insbesondere weist das System der '636-Anmeldung eine Ladevorrichtung auf, welche angeschlossen werden kann, um Leistung von einer Stelle nicht an Bord der Maschine zu liefern, wie beispielweise von einer kommerziellen Quelle von Wechselstromleistung mit 100 V oder 200 V, um die Batterie aufzuladen.
  • Obwohl die '636-Anmeldung ein System mit einer Ladevorrichtung offenbart, welche mit einer kommerziellen Leistungsversorgung nicht an Bord der Maschine verbunden werden kann, um eine Batterie aufzuladen, können immer noch gewisse Nachteile vorhanden sein. Beispielsweise kann in manchen Fällen eine nicht an Bord liegende Quelle für kommerzielle Leistung nicht leicht verfügbar sein, welche mit der Ladevorrichtung verbunden werden kann und die Batterie aufladen kann.
  • Die Maschine, das Antriebssystem und die Verfahren der vorliegenden Offenbarung lösen eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme.
  • Zusammenfassung
  • Ein offenbartes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Maschine, welche ein Leistungssystem bzw. Antriebssystem aufweist. Das Leistungssystem kann einen Primärantrieb aufweisen, der treibend mit einem elektrischen Generator verbunden ist. Das Leistungssystem kann auch eine Leistungsleitung aufweisen, welche mit dem elektrischen Generator verbunden ist. Zusätzlich kann das Leistungssystem eine erste Speichervorrichtung für elektrische Energie aufweisen, welche betreibbar ist, um Elektrizität mit der Leistungsleitung auszutauschen. Das Leistungssystem kann auch eine zweite Speichervorrichtung für elektrische Energie aufweisen. Das Leistungssystem kann weiter Leistungssystemsteuerungen aufweisen. Die Leistungssystemsteuerungen können einen ersten Leistungsregler aufweisen. Die Leistungssystemsteuerungen können auch zumindest einen Informationsprozessor aufweisen, der konfiguriert ist, um Informationen aufzunehmen, welche mit mindestens einem Betriebsparameter des Leistungssystems in Beziehung stehen, und der konfiguriert ist, um den ersten Leistungsregler basierend auf der empfangenen Information zu steuern, was einschließt, selektiv den ersten Leistungsregler so zu steuern, dass Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufgenommen wird und die Elektrizität zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie geliefert wird.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Leistungssystems einer Maschine. Das Leistungssystem kann einen Primärantrieb, einen elektrischen Generator, der treibend mit dem Primärantrieb verbunden ist, eine Leistungsleitung, eine Speichervorrichtung für elektrische Energie, eine zweite Speichervorrichtung für elektrische Energie und einen Leistungsregler aufweisen. Das Verfahren kann aufweisen, selektiv elektrische Energie zur Leistungsleitung zu liefern, indem der Hauptmotor betrieben wird, um den elektrischen Generator anzutreiben und elektrische Energie vom elektrischen Generator zur Leistungsleitung zu liefern. Das Verfahren kann auch aufweisen, selektiv den Leistungsregler zu betreiben, um Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufzunehmen und Elektrizität zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie zu liefern, was miteinschließt, dass die Größe des elektrischen Stroms, der vom ersten Leistungsregler zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie geliefert wird, unter einem ersten Stromwert gehalten wird. Das Verfahren kann auch aufweisen, selektiv Elektrizität von der Leistungsleitung zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer Größe eines elektrischen Stroms von mehr als dem ersten Stromwert zu liefern.
  • Ein weiteres offenbartes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Maschine. Die Maschine kann einen Rahmen, eine bewegbare Komponente, die mit dem Rahmen verbunden ist, und ein Leistungssystem aufweisen. Das Leistungssystem kann einen Elektromotor aufweisen, der treibend mit der bewegbaren Komponente verbunden ist und betreibbar ist, um die bewegbare Komponente relativ zum Rahmen zu bewegen. Das Leistungssystem kann auch einen Hauptmotor aufweisen, der treibend mit dem elektrischen Generator verbunden ist. Das Leistungssystem kann zusätzlich eine Leistungsleitung aufweisen, die zwischen dem elektrischen Generator und dem Elektromotor angeschlossen ist, wobei die Leistungsleitung betreibbar ist, um elektrische Energie zwischen dem elektrischen Generator und dem Elektromotor zu übertragen. Das Leistungssystem kann auch eine erste Energiespeichervorrichtung aufweisen, die betreibbar ist, um Elektrizität mit der Leistungsleitung auszutauschen. Zusätzlich kann das Leistungssystem eine zweite Speichervorrichtung für elektrische Energie und einen Leistungsregler aufweisen. Das Leistungssystem kann auch einen oder mehrere Informationsprozessoren aufweisen, der bzw. die konfiguriert ist bzw. sind, um Informationen bezüglich mindestens eines Betriebsparameters der Maschine aufzunehmen und den Leistungsregler basierend auf der aufgenommenen Information zu steuern, was miteinschließt, selektiv den Leistungsregler zu steuern, so dass Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer ersten Spannung aufgenommen wird und die Elektrizität zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer zweiten Spannung geliefert wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Maschine mit einem Leistungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung;
  • 2 zeigt genauer ein Ausführungsbeispiel eines Leistungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
  • 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb eines Leistungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 und 2 zeigen eine Maschine 10, ein Leistungssystem 11 und verschiedene Komponenten davon gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Maschine 10 kann irgendeine Bauart einer Maschine sein, welche Leistung einsetzt, um eine oder mehrere Aufgaben auszuführen. Beispielsweise kann die Maschine 10 eine mobile Maschine sein, die konfiguriert ist, um Menschen, Güter oder andere Stoffe oder Objekte zu transportieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Maschine 10 konfiguriert sein, um eine Vielzahl von anderen Betriebsvorgängen auszuführen, die mit einem kommerziellen oder industriellen Ziel assoziiert sind, wie beispielsweise mit Bergbau, Bau, Energiewirtschaft und/oder Energieerzeugung, Herstellung, Transport und Ackerbau.
  • Wie in 1 gezeigt, kann die Maschine 10 in einigen Ausführungsbeispielen ein Bagger sein, der konfiguriert ist, um zu graben. Die Maschine 10 kann ein Fahrgestell 13 aufweisen, an dem andere Komponenten der Maschine 10 angebracht sind. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Fahrgestell 13 teilweise oder vollständig aus elektrisch leitenden Materialien aufgebaut sein, wie beispielsweise aus Stahl, Gusseisen, Aluminium und/oder anderen elektrisch leitenden Metallen. In dem in 1 gezeigten Beispiel kann das Fahrgestell 13 ein Unterfahrgestell 14 und eine Aufbaustruktur 20 aufweisen. Das Unterfahrgestell 14 kann einen Rahmen 12 aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Maschine 10 eine mobile Maschine sein, und das Unterfahrgestell 14 kann eine oder mehrere Vortriebsvorrichtungen 16 aufweisen, um die Maschine 10 voranzutreiben. Die Vortriebsvorrichtungen 16 können irgendeine Art einer Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um die Maschine 10 voranzutreiben. Wie beispielsweise 1 zeigt, können die Vortriebsvorrichtungen 16 Raupeneinheiten sein. Alternativ können die Vortriebsvorrichtungen 16 Räder oder andere Arten von Vorrichtungen sein, die betreibbar sind, um die Maschine 10 voranzutreiben. Das Unterfahrgestell 14 kann auch eine oder mehrere Komponenten zum Antreiben der Vortriebsvorrichtungen 16 aufweisen. Beispielsweise kann das Unterfahrgestell 14 Antriebsmotoren 18 aufweisen, um die Vortriebsvorrichtungen 16 anzutreiben. Die Antriebsmotoren 18 können Elektromotoren oder Hydraulikmotoren sein.
  • Die darüber liegende Struktur bzw. Aufbaustruktur 20 kann am Rahmen 12 aufgehängt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Aufbaustruktur 20 am Rahmen 12 durch ein Schwenksystem 22 befestigt sein. Das Schwenksystem 22 kann ein Schwenklager 24 und einen Elektromotor 46 aufweisen. Das Schwenklager 24 kann einen Innenring aufweisen, der am Rahmen 12 angebracht ist, und einen Außenring, an dem die Aufbaustruktur 20 befestigt ist. Sowohl der Innenring als auch der Außenring des Schwenklagers 20 können sich konzentrisch zu einer vertikalen Achse 34 erstrecken. Der Innenring und der Außenring können miteinander über (nicht gezeigte) Wälzelemente in Eingriff stehen, wie beispielsweise durch Kugellager, und zwar derart, dass der Außenring und die Aufbaustruktur 20 sich um die Achse 34 relativ zum Rahmen 12 drehen können.
  • Der Elektromotor 46 kann betreibbar sein, um die Aufbaustruktur 20 und den Außenring des Schwenklagers 24 um die Achse 34 zu drehen. Der Elektromotor 46 kann ein Zahnrad 51 aufweisen, welches an seiner Ausgangswelle befestigt ist, und der Elektromotor 46 kann an der Aufbaustruktur 20 an einer solchen Position befestigt sein, dass das Zahnrad 51 mit Zahnradzähnen am Rahmen 12 in Eingriff steht. Der Elektromotor 46 kann von verschiedenen Komponenten des Leistungssystems 11 Leistung aufnehmen, um die Aufbaustruktur 20 um die Achse 34 zu drehen. Der Elektromotor 46 kann eine von vielen elektrischen Leistungslasten des Leistungssystems 11 bilden.
  • Die Maschine 10 kann verschiedene andere Komponenten aufweisen. Beispielsweise kann die Maschine 10 ein Werkzeug 36 aufweisen, wie 1 zeigt. Das Werkzeug 36 kann an verschiedenen Teilen der Maschine 10 befestigt sein und kann konfiguriert sein, um verschiedene Aufgaben auszuführen. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Werkzeug 36 an der Aufbaustruktur 20 befestigt sein und konfiguriert sein, um einen Grabvorgang auszuführen. Die Maschine 10 kann auch eine Bedienerstation 38 aufweisen, von der eine Person einen oder mehrere Aspekte des Betriebs der Maschine 10 steuern kann. Die Bedienerstation 38 kann auch an der Aufbaustruktur 20 befestigt sein.
  • 2 zeigt das Leistungssystem 11 genauer. Das Leistungssystem 11 kann Leistungssystemsteuerungen 26 und verschiedene Komponenten aufweisen, die betreibbar sind, um Leistung zur Ausführung von verschiedenen Aufgaben zu liefern. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Leistungssystem 11 ein Hybrid-Elektroleistungssystem sein. Zusätzlich zu den Leistungssystemsteuerungen 26 kann das Leistungssystem 11 einen Elektromotor 46, einen Primärantrieb 30, einen Elektromotor/Generator 32, eine erste Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie, eine zweite Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und ein Leistungsübertragungssystem 52 aufweisen. Wie der Ausdruck hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck ”Elektromotor/Generator” auf irgendeine elektrische Vorrichtung, die betreibbar ist, um als Elektromotor zu arbeiten, wenn sie elektrische Leistung empfängt und/oder um als elektrischer Generator zu arbeiten, wenn sie mechanisch angetrieben wird.
  • Der Primärantrieb 30 kann irgendeine Art einer Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um mechanische Leistung zum Antrieb des Elektromotor/Generators 32 zu erzeugen. Beispielsweise kann der Primärantrieb 30 ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein mit gasförmigem Brennstoff angetriebener Motor oder irgendeine andere Bauart einer Komponente sein, die betreibbar ist, um mechanische Leistung zu erzeugen.
  • Der Elektromotor/Generator 32 kann irgendeine Art einer Komponente sein, die betreibbar ist, um elektrische Energie mit mechanischer Leistung zu erzeugen, die vom Primärantrieb 30 empfangen wird. Der Elektromotor/Generator 32 kann auch betreibbar sein, um Elektrizität zu empfangen und als ein Elektromotor zu arbeiten, um den Primärantrieb 30 für eine Reihe von Zwecken anzutreiben. Der Elektromotor 46 kann irgendeine Bauart einer Komponente sein, die betreibbar ist, um Elektrizität von dem Leistungsübertragungssystem 52 aufzunehmen, und um als ein Elektromotor zu arbeiten. Sowohl der Elektromotor/Generator 32 als auch der Elektromotor 46 können beispielsweise eine elektrische Maschine mit Permanentmagnet, eine elektrische Maschine mit geschalteter Reluktanz, eine elektrische Gleichstrommaschine, eine Induktionsmaschine oder irgendeine andere Bauart einer in der Technik bekannten elektrischen Maschine sein.
  • Die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie kann irgendeine Art von Vorrichtung sein, die betreibbar ist, um elektrische Energie zu speichern und Elektrizität mit dem Leistungsübertragungssystem 52 auszutauschen (d. h. Elektrizität von diesem zu empfangen und Elektrizität zu diesem zu übertragen). Beispielsweise kann die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie eine oder mehrere Batterien und/oder einen oder mehrere Kondensatoren aufweisen. Die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie kann einen positiven Anschluss 54 und einen negativen Anschluss 56 aufweisen. Die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie kann elektrisch vom Fahrgestell 13 der Maschine 10 isoliert sein. Die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie kann eine oder mehrere (nicht gezeigte) Speicherzellen aufweisen, die elektrisch mit den positiven und negativen Anschlüssen 54, 56 verbunden sind. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mehrere Speicherzellen aufweisen, die elektrisch in Reihe und/oder parallel mit den positiven und negativen Anschlüssen 54, 56 verbunden sind.
  • Die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie kann auch verschiedene andere elektrische Komponenten aufweisen, die mit den Anschlüssen 54, 56 und/oder den Speicherzellen verbunden sind. In einigen Ausführungsbeispielen, wo die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mehrere Energiespeicherzellen aufweist, die miteinander verbunden sind, kann die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie beispielsweise eine oder mehrere Schaltungen aufweisen, um einen Fluss von elektrischer Energie um eine oder mehrere Zellen herum während des Ladens und/oder Entladens der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu gestatten. Diese und andere Komponenten der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie können fähig sein, unter gewissen Umständen nur begrenzten Strom zu führen, wie beispielsweise während des Ladens der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie, um die Ladung der Zellen unter Bedingungen auszubalancieren, wo relative Ladungsniveaus unausgeglichen worden sind.
  • Die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie kann als Primärspeicher für elektrische Energie für das Leistungssystem 11 dienen. Entsprechend kann die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie eine große Energiespeicherkapazität haben. Zusätzlich kann die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie eine vergleichsweise hohe Nennspannung haben, wie beispielsweise 350 Volt.
  • Die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie kann auch irgendeine Art von Vorrichtung sein, die betreibbar ist, um elektrische Energie zu speichern und Elektrizität mit dem Leistungsübertragungssystem 52 auszutauschen (d. h. Elektrizität von diesem zu empfangen und Elektrizität zu diesem zum senden). Wie die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie kann die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie eine oder mehrere Batterien und/oder einen oder mehrere Kondensatoren aufweisen. Die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie kann einen positiven Anschluss 58 und einen negativen Anschluss 60 aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen kann einer der Anschlüsse 58, 60 elektrisch mit dem Fahrgestell 13 verbunden sein, so dass die Spannung des Anschlusses 58, 60 die Bezugsspannung des Fahrgestells ist. Beispielsweise kann der negative Anschluss 60 elektrisch mit dem Fahrgestell 13 mittels einer elektrischen Erdungsleitung 140 verbunden sein. Die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie kann als ein Sekundärspeicher für elektrische Energie des Leistungssystems 11 dienen. Zusätzlich kann die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie eine beträchtlich geringere Nennspannung haben als die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie. Beispielsweise kann die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie eine Nennspannung von ungefähr 12 V oder von ungefähr 24 V haben.
  • Das Leistungsübertragungssystem 52 kann einen Inverter bzw. Wechselrichter 100, einen Leistungsregler 102, einen Leistungsregler 104 und verschiedene elektrische Verbinder aufweisen, wie beispielsweise elektrische Leitungen und/oder elektrische Schalter, welche diese Vorrichtungen verbinden. Der Inverter kann eine Leistungselektronikeinheit 106, eine Leistungselektronikeinheit 108, Leistungsleitungen 110, 111, einen Balg bzw. Massenkondensator 114 und eine Steuervorrichtung 112 aufweisen. Die Leistungselektronikeinheit 106 kann betreibbar sein, um einen Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor 46 und den Leistungsleitungen 110, 111 zu regeln. Das Leistungselektronikmodul 106 kann auch betreibbar sein, um die Form der Elektrizität umzuwandeln, welche zwischen dem Elektromotor 46 und den Leistungsleitungen 110, 111 fließt. Beispielsweise kann die Leistungselektronikeinheit 106 betreibbar sein, um zwischen einem elektrischen Wechselstrom beim Elektromotor 46 und Gleichstrom auf den Leistungsleitungen 110, 111 umzuwandeln. Das Leistungselektronikmodul 108 kann in ähnlicher Weise betreibbar sein, um einen Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor/Generator 32 und den Leistungsleitungen 110, 111 zu regeln. Das Leistungselektronikmodul 108 kann auch fähig sein, die Form der Elektrizität umzuwandeln, welche zwischen dem Elektromotor/Generator 32 und den Leistungsleitungen 110, 111 fließt, wie beispielsweise durch Umwandeln zwischen Wechselstromelektrizität bei dem Elektromotor/Generator 32 und Gleichstromelektrizität bei den Leistungsleitungen 110, 111. Die Leistungselektronikmodule 106–108 können verschiedene Arten von steuerbaren elektrischen Komponenten aufweisen, um elektrische Leistung zu regeln und/oder umzuwandeln, was Folgendes miteinschließt, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist: SCRs (silicon controller rectifiers = Siliziumsteuervorrichtungsgleichrichter), GTOs (gate turn-offs), IGBTs (insulated gate bipolar transistors) und FETs (Feldeffekttransistoren). Der Massenkondensator 114 kann zwischen den Leistungsleitungen 110, 111 angeschlossen sein und dazu dienen, irgendwelche Fluktuationen der Spannung auf den Leistungsleitungen 110, 111 zu glätten. Diese Konfiguration des Inverters bzw. Wechselrichters 100 kann einen Austausch von Elektrizität zwischen dem Elektromotor/Generator 32 und dem Elektromotor 46 über die Leistungselektronikmodule 106, 108 und die Leistungsleitungen 110, 111 gestatten.
  • Die Steuervorrichtung 112 kann betriebsmäßig mit den Leistungselektronikmodulen 106, 108 verbunden sein, und die Steuervorrichtung 112 kann konfiguriert sein (beispielsweise programmiert sein), um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs der Leistungselektronikmodule 106, 108 zu steuern. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 112 beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren und/oder eine oder mehrere Speichervorrichtungen aufweisen. Durch Steuern der Leistungselektronikmodule 106, 108 kann die Steuervorrichtung 112 betreibbar sein, um die Spannung auf den Leistungsleitungen 110, 111 genauso wie die Größe des Stroms zu steuern, der zwischen den Leistungsleitungen 110, 111, dem Elektromotor 46 und dem Elektromotor/Generator 32 fließt. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 112 die Leistungselektronikmodule steuern, um die Spannung auf den Leistungsleitungen 110, 111 höher als die Nennspannung der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu halten. Wenn beispielsweise die Nennspannung der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie ungefähr 350 V ist, kann die Steuervorrichtung 112 die Leistungselektronikmodule 106, 108 derart betreiben, dass diese die Spannung auf den Leistungsleitungen auf über 650 V halten.
  • Der Leistungsregler 102 kann Eingangs/Ausgangsanschlüsse 116, 117, 118, 119 aufweisen. Der Leistungsregler 102 kann irgendeine Konfiguration haben, welche es ihm gestattet, einen oder mehrere Aspekte der Elektrizität zu regeln, die zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 ausgetauscht wird. Der Leistungsregler 102 kann beispielsweise betreibbar sein, um zu steuern, ob Elektrizität zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 ausgetauscht wird. Der Leistungsregler 102 kann auch konfiguriert sein, um zu steuern, in welcher Richtung die Elektrizität zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 fließt, d. h., ob die Elektrizität von den Anschlüssen 116, 117 zu den Anschlüssen 118, 119 fließt oder umgekehrt. Der Leistungsregler 102 kann Elektrizität in verschiedenen Formen austauschen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Leistungsregler 102 konfiguriert sein, um Gleichstromelektrizität von den Anschlüssen 116, 117, 118, 119 zu empfangen und/oder dorthin zu liefern. Der Leistungsregler 102 kann auch betreibbar sein, um die Spannung bei jedem der Anschlüsse 116, 117, 118, 119 zu steuern, genauso wie die Größe des elektrischen Stroms, der bei jedem der Anschlüsse 116, 117, 118, 119 fließt. Beispielsweise kann der Leistungsregler 102 betreibbar sein, um die Elektrizität, welche zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 von einer Spannung (wie beispielsweise ungefähr 650 V) der Gleichstromelektrizität bei den Anschlüssen 116, 117 zu einer andere Spannung (beispielsweise ungefähr 350 V) der Gleichstromelektrizität bei den Anschlüssen 118, 119 umzuformen. Wie weiter unten besprochen, kann der Leistungsregler 102 durch eine oder mehrere andere Komponente(n) des Leistungssystems 11 steuerbar sein, so dass diese anderen Komponenten steuern können, wie der Leistungsregler 102 den Austausch von Elektrizität zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 steuert. Der Leistungsregler 102 kann irgendeine geeignete Konfiguration von Komponenten aufweisen, welche es ihm gestattet, die oben beschriebene Funktionsweise auszuführen.
  • Der Leistungsregler 104 kann Eingangs/Ausgangsanschlüsse 126, 127, 128, 129 aufweisen. Der Leistungsregler 104 kann irgendeine Konfiguration haben, welche es ihm gestattet, einen oder mehrere Aspekte der Elektrizität zu regeln, die zwischen den Anschlüssen 126, 127 und den Anschlüssen 128, 129 ausgetauscht wird. Der Leistungsregler 104 kann beispielsweise betreibbar sein, um zu steuern, ob Elektrizität zwischen den Anschlüssen 126, 127 und den Anschlüssen 128, 129 ausgetauscht wird. Der Leistungsregler 104 kann Elektrizität in verschiedenen Formen austauschen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Leistungsregler 104 konfiguriert sein, um Gleichstromelektrizität von den Anschlüssen 126, 127, 128, 129 zu empfangen und/oder zu diesen zu liefern. Der Leistungsregler 104 kann auch betreibbar sein, um die Spannung an jedem der Anschlüsse 126, 127, 128, 129 genauso wie die Größe des elektrischen Stroms zu steuern, der an jedem der Anschlüsse 126, 127, 128, 129 fließt. Beispielsweise kann der Leistungsregler 104 betreibbar sein, um die Elektrizität, die zwischen den Anschlüssen 126, 127 und den Anschlüssen 128, 129 übertragen wird, von einer Spannung (beispielsweise ungefähr 12 oder 24 Volt) von Gleichstromelektrizität bei den Anschlüssen 126, 127 zu einer anderen Spannung (beispielsweise ungefähr 350 Volt) von Gleichstromelektrizität bei den Anschlüssen 128, 129 zu ändern bzw. umzuformen.
  • Der Leistungsregler 104 kann ein unidirektionaler oder bidirektionaler Leistungsregler sein. In Ausführungsbeispielen, wo der Leistungsregler 104 ein unidirektionaler Leistungsregler ist, kann der Leistungsregler 104 betreibbar sein, um Elektrizität nur in einer Richtung zwischen den Anschlüssen 126, 127 und den Anschlüssen 128, 129 zu übertragen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Leistungsregler 104 beispielsweise betreibbar sein, um Elektrizität von den Anschlüssen 126, 127 zu den Anschlüssen 128, 129 zu übertragen, jedoch nicht in der entgegengesetzten Richtung. In Ausführungsbeispielen, wo der Leistungsregler 104 ein bidirektionaler Leistungsregler ist, kann der Leistungsregler 104 im Gegensatz dazu konfiguriert sein, um zu steuern, in welcher Richtung die Elektrizität zwischen den Anschlüssen 126, 127 und den Anschlüssen 128, 129 fließt, d. h., ob Elektrizität von Anschlüssen 126, 127 zu den Anschlüssen 128, 129 fließt oder umgekehrt.
  • Der Leistungsregler 104 kann eine Steuervorrichtung 134 aufweisen, die konfiguriert ist (beispielsweise programmiert ist), um die vorangegangenen Aspekte zu steuern, d. h., wie der Leistungsregler 104 den Austausch von Elektrizität zwischen den Anschlüssen 126, 127, 128, 129 steuert. Die Steuervorrichtung 134 kann irgendeine Konfiguration haben, welche gestattet, dass sie eine solche Steuerung des Leistungsreglers 104 ausführt. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 134 einen oder mehrere Mikroprozessoren und/oder eine oder mehrere Speichervorrichtungen aufweisen. Die Steuervorrichtung 134 kann auch betriebsmäßig mit dem Leistungsregler 102 und der Steuervorrichtung 112 des Inverters bzw. Wechselrichters 100 verbunden sein, so dass die Steuervorrichtung 134 einen oder mehrere Aspekte des Betriebs des Leistungsreglers 102 und des Inverters bzw. Wechselrichters 100 überwachen und/oder steuern kann. Wie weiter unten besprochen, können die Steuervorrichtung 134 und der Leistungsregler 104 betriebsmäßig mit anderen Komponenten der Leistungssystemsteuerungen 26 verbunden sein, so dass diese anderen Komponenten Informationen zu der Steuervorrichtung 134 liefern können und/oder einen oder mehrere Aspekte dessen steuern können, wie die Steuervorrichtung 134 den Leistungsregler 104, den Leistungsregler 102 und den Wechselregler 100 steuert. Der Leistungsregler 104 kann irgendeine geeignete Konfiguration von Komponenten aufweisen, welche es ihm gestattet, die oben besprochene Funktion vorzusehen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann der Leistungsregler 104 betreibbar sein, um kleine Mengen an elektrischem Strom präziser zu steuern als der Leistungsregler 102. Beispielsweise kann der Leistungsregler 104 betreibbar sein, um eine stabile effektive Steuerung der Stromgröße und der Spannung von elektrischen Strömen zu steuern, die in Milliampere gemessen werden, während der Leistungsregler 102 konfiguriert sein kann, um viel größere Leistungspegel zu steuern, wie beispielsweise elektrischen Strom in Größenordnungen in zig Ampere oder Hunderten Ampere. Entsprechend kann der Leistungsregler 102 in einigen Ausführungsbeispielen eine höhere Leistungskapazität haben als der Leistungsregler 104. Beispielsweise kann der Leistungsregler 102 eine Leistungskapazität des Zig-fachen, des Hundertfachen oder Tausendfachen von jener des Leistungsreglers 104 haben. Der Wechselrichter 100, die Leistungsregler 102, 104, die Speichervorrichtungen 48, 50 für elektrische Energie, der Elektromotor 46 und der Elektromotor/Generator 32 können elektrisch miteinander auf verschiedene Weise verbunden sein. Wie 2 zeigt, können in einigen Ausführungsbeispielen die Anschlüsse 116, 117 des Leistungsreglers 102 elektrisch mit den Leistungsleitungen 110, 111 des Inverters 100 verbunden sein. Dies kann den Austausch von Elektrizität zwischen dem Leistungsregler 102, dem Elektromotor 46 und dem Elektromotor/Generator 32 über die Leistungsleitungen 110, 111 des Wechselrichters 100 gestatten.
  • Zusätzlich kann das Leistungsübertragungssystem 52 Vorkehrungen zum Verbinden der Anschlüsse 118, 119 des Leistungsreglers 102 direkt oder indirekt mit sowohl dem Leistungsregler 104 als auch der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie als auch der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie haben. Der Anschluss 118 des Leistungsreglers 102 kann beispielsweise kontinuierlich elektrisch mit dem Anschluss 128 des Leistungsreglers 104 verbunden sein. Zusätzlich kann das Leistungsübertragungssystem 52 eine Schaltvorrichtung 138 aufweisen, die, wenn sie geschlossen ist, betreibbar bzw. wirksam ist, um elektrisch den Anschluss 119 des Leistungsreglers 102 mit dem Anschluss 129 des Leistungsreglers 104 zu verbinden. Wenn somit die Schaltvorrichtung 138 in dem geschlossenen Betriebszustand ist, so dass die Anschlüsse 118, 119 des Leistungsreglers 102 elektrisch mit den Anschlüssen 128, 129 des Leistungsreglers 104 verbunden sind, können die Leistungsregler 102, 104 Elektrizität untereinander austauschen und der Leistungsregler 102 kann indirekt mit der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie durch den Leistungsregler 104 verbunden sein. Wenn im Gegensatz dazu die Schaltvorrichtung 138 in ihrem offenen Betriebszustand ist, können der Leistungsregler 102 und der Leistungsregler 104 effektiv elektrisch voneinander isoliert sein.
  • Die Schaltvorrichtung 138 kann auch betreibbar sein, um elektrisch den Anschluss 119 des Leistungsreglers 102 mit dem negativen Anschluss 56 der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu verbinden. Zusätzlich kann das Leistungsübertragungssystem 52 eine Schaltvorrichtung 136 aufweisen, die, wenn sie im geschlossenen Betriebszustand ist, betreibbar bzw. wirksam ist, um elektrisch den Anschluss 118 des Leistungsreglers 102 mit dem positiven Anschluss 54 der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu verbinden. Wenn somit die Schaltvorrichtungen 136, 138 in ihren geschlossenen Betriebszuständen sind, können der Leistungsregler 102 und die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie Elektrizität untereinander austauschen. Wenn im Gegensatz dazu eine der Schaltvorrichtungen 136, 138 in einem offenen Betriebszustand ist, kann die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie effektiv elektrisch vom Leistungsregler 102 isoliert sein. Die Schaltvorrichtungen 136, 138 können durch verschiedenen andere Komponenten der Leistungssystemsteuerungen 26 gesteuert werden. In einigen Ausführungsbeispielen können die Schaltvorrichtungen 136, 138 beispielsweise durch die Steuervorrichtung 134 gesteuert werden.
  • Das Leistungsübertragungssystem 52 kann auch konfiguriert sein, um Elektrizität zwischen dem Leistungsregler 104 und der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie auszutauschen. Der Anschluss 129 des Leistungsreglers 104 kann beispielsweise kontinuierlich elektrisch mit dem negativen Anschluss 56 der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie verbunden sein. Zusätzlich kann, wie oben bemerkt, der Anschluss 128 des Leistungsreglers 104 kontinuierlich elektrisch mit dem Anschluss 118 des Leistungsreglers 102 verbunden sein, und die Schaltvorrichtung 136 kann, wenn sie in einem geschlossenen Betriebszustand ist, betreibbar bzw. wirksam sein, um den Anschluss 118 des Leistungsreglers 102 elektrisch mit dem positiven Anschluss 54 der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu verbinden. Wenn somit die Schaltvorrichtung 136 in einem geschlossenen Betriebszustand ist, können der Leistungsregler 104 und die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie Elektrizität untereinander austauschen. Wenn im Gegensatz dazu die Schaltvorrichtung 136 in einem offenen Betriebszustand ist, können der Leistungsregler 104 und die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie effektiv elektrisch voneinander isoliert sein.
  • Das Leistungsübertragungssystem 52 kann auch Vorkehrungen haben, um elektrische Energie zwischen der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und dem Leistungsregler 104 zu übertragen. Beispielsweise kann der Anschluss 126 des Leistungsreglers 104 kontinuierlich mit dem positiven Anschluss der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie verbunden sein. Zusätzlich kann der negative Anschluss 60 der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und der Anschluss 127 des Leistungsreglers 104 elektrisch mit einem gemeinsamen elektrischen Erdungspunkt 140 verbunden sein, wie beispielsweise mit einem elektrisch leitendem Teil des Fahrgestells 13 der Maschine 10.
  • Die beispielhafte Konfiguration des Leistungsübertragungssystems 52, die in 2 gezeigt ist, kann gestatten, elektrische Energie zwischen dem Elektromotor/Generator 32, dem Elektromotor 46, der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie und der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie auf verschiedene Arten durch die Leistungsregler 102, 104 zu übertragen. Wenn beispielsweise die Schaltvorrichtung 136 in einem geschlossenen Betriebszustand ist und die Schaltvorrichtung 138 in einem offenen Betriebszustand ist, kann das Leistungsübertragungssystem 52 Elektrizität zwischen der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie über den Leistungsregler 104 übertragen. Wenn die Schaltvorrichtung 136 in einem offenen Betriebszustand ist und die Schaltvorrichtung 138 in einem geschlossenen Betriebszustand ist, kann das Leistungsübertragungssystem 52 Elektrizität zwischen der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie, dem Elektromotor/Generator 32 und dem Elektromotor 46 über die Leistungsregler 102, 104 übertragen. Wenn beide Schaltvorrichtungen 136, 138 geschlossen sind, kann das Leistungsübertragungssystem 52 frei Elektrizität zwischen der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie, der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie, dem Elektromotor/Generator 32 und dem Elektromotor 46 durch eine oder beide Leistungsregler 102, 104 übertragen bzw. austauschen.
  • Zusätzlich zu den in 2 gezeigten Elementen kann das Leistungssystem 11 auch eine Anzahl von anderen elektrischen Lasten und/oder Quellen aufweisen. Beispielsweise kann das Leistungssystem 11 zusätzlich zu dem Elektromotor 46 verschiedene andere große elektrische Lasten mit Hochspannung aufweisen, wie beispielsweise Antriebsmotoren 18, die mit den Leistungsleitungen 110, 111 des Wechselrichters 100 verbunden sind. Zusätzlich kann das Leistungssystem 11 verschiedene elektrische Lasten 62 haben, die mit der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie verbunden sind, welche kleinere Lasten mit geringerer Spannung sind, wie beispielsweise Lichter, Anzeigen, Sensoren, Ventilatormotoren usw. Solche Lasten 62 können mit der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie durch ein Niederspannungsleistungsübertragungssystem verbunden sein, welches von dem Leistungsübertragungssystem 52 getrennt ist. Zusätzlich kann das Leistungssystem 11 eine oder mehrere Elektrizitätsquellen zum Aufladen der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und/oder zum Antreiben von irgendwelchen kleineren Lasten mit geringer Spannung aufweisen, welche damit verbunden sind. Das Leistungssystem 11 kann beispielsweise einen (nicht gezeigten) herkömmlichen Generator bzw. eine Lichtmaschine aufweisen, die vom Primärantrieb 30 angetrieben wird. Die elektrischen Leistungslasten 62, das Niederspannungsleistungsübertragungssystem, welches sie mit der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie verbindet, und irgendwelche anderen elektrischen Energiequellen, die mit der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und den elektrischen Leistungslasten 62 verbunden sind, können elektrisch ihren Bezugspunkt beim Fahrgestell 13 haben, wie beispielsweise durch eine Verbindung mit dem Erdungspunkt 140.
  • Die Leistungssystemsteuerungen 26 können konfiguriert sein, um einen Ladevorgang und einen Entladevorgang von den Vorrichtungen 48, 50 für elektrische Energie zu steuern, weiter um den Betrieb des Primärantriebs 30 zu steuern, den Betrieb des Elektromotor/Generators 32, den Betrieb des Elektromotors 46 und die Übertragung von Elektrizität durch das Leistungsübertragungssystem 52 in Verbindung mit allen diesen Aufgaben. Die Leistungssystemsteuerungen 26 können eine Anzahl von schon besprochenen Komponenten aufweisen, wie beispielsweise den Inverter bzw. Wechselrichter 100, den Leistungsregler 102, den Leistungsregler 104 und die Schaltvorrichtungen 136, 138. Um den Betrieb dieser Komponenten zu steuern, können einige Ausführungsbeispiele der Leistungssystemsteuerungen 26 eine oder mehrere andere Komponenten aufweisen. Wie 2 gezeigt, können die Leistungssystemsteuerungen 26 beispielsweise eine Steuervorrichtung 152 aufweisen, die betriebsmäßig mit der Steuervorrichtung 134 des Leistungsreglers 104 verbunden ist. Die Steuervorrichtung 152 kann auch betriebsmäßig mit dem Primärantrieb 30, mit dem Elektromotor/Generator 32 und mit dem Elektromotor 46 in einer Weise verbunden sein, welche es gestattet, dass die Steuervorrichtung 152 einen oder mehrere Aspekte des Betriebs dieser Komponenten überwacht und/oder steuert. Basierend auf verschiedenen Betriebsparametern des Primärantriebs 30, des Elektromotor/Generators 32, des Elektromotors 46 und/oder anderer Komponenten des Leistungssystems 11, kann die Steuervorrichtung 152 eine Steuerung des Leistungssystems 11 auf hohem Niveau ausführen. Wenn sie dies tut, kann die Steuervorrichtung 152 an die Steuervorrichtung 134 des Leistungsreglers 104 verschiedene Zielwerte zum Betrieb des Leistungsreglers 104, des Leistungsreglers 102, des Wechselrichters 100, der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie, der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und/oder anderer Komponenten des Leistungssystems 11 liefern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 152 Zielwerte für Spannung und/oder elektrischen Strom in gewissen Teilen des Leistungssystems 11 an die Steuervorrichtung 134 übermitteln, und die Steuervorrichtung 134 kann den Leistungsregler 104, den Leistungsregler 102, den Wechselrichter 100, die Schaltvorrichtungen 136, 138 und/oder andere Komponenten des Leistungssystems 11 steuern, um die Zielwerte auszuführen bzw. einzurichten. Die Steuervorrichtung 152 kann irgendeine geeignete Informationsverarbeitungsvorrichtung aufweisen, um die oben besprochenen Komponenten zu steuern. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 152 einen oder mehrere Mikroprozessoren und/oder eine oder mehrere Speichervorrichtungen aufweisen, die programmiert sind, um das Leistungssystem 11 in der unten besprochenen Weise zu steuern.
  • Die Leistungssystemsteuerungen 26 können auch Komponenten zur Überwachung verschiedener Aspekte des Betriebs des Leistungssystems 11 aufweisen. Beispielsweise können die Leistungssystemsteuerungen 26 einen Spannungssensor 142 aufweisen, um eine Spannung an den Anschlüssen 54, 56 der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie abzufühlen, welche als eine Anzeige für ein Ladungsniveau der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie dienen können. Die Leistungssystemsteuerungen 26 können auch einen Spannungssensor 144 aufweisen, um eine Spannung an den Anschlüssen 118, 119 des Leistungsreglers 102 abzufühlen. In ähnlicher Weise können die Leistungssystemsteuerungen 26 einen Spannungssensor 154 zum Abfühlen der Spannung zwischen den Leistungsleitungen 110, 111 aufweisen. Zusätzlich können die Leistungssystemsteuerungen 26 auch einen Stromsensor zum Abfühlen einer Größe eines elektrischen Stroms im Anschluss 118 aufweisen, weiter Stromsensoren 148 zum Abfühlen einer Größe eines elektrischen Stroms, der zwischen dem Wechselrichter 100 und dem Elektromotor 46 fließt, und Stromsensoren 150 zum Abfühlen einer Größe eines elektrischen Stroms, der zwischen dem Wechselrichter 100 und dem Elektromotor/Generator 32 fließt.
  • Die Leistungssystemsteuerungen 26 können auch einen Positionssensor 64 aufweisen, um eine Drehposition einer Welle des Elektromotor/Generators 32 abzufühlen. Der Positionssensor 64 kann irgendeine Art eines Sensors sein, die betreibbar ist, um die Position der Welle des Elektromotor/Generators 32 abzufühlen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Positionssensor 64 eine Bauart sein, mit der die Drehposition der Welle des Elektromotor/Generators 32 unterschieden bzw. bestimmt werden kann, und zwar von dem Signal, welches vom Positionssensor 64 nur erzeugt wird, wenn die Welle des Elektromotor/Generators 32 gedreht wird.
  • Die Sensoren der Leistungssystemsteuerungen 26 können in kommunizierender Weise mit verschiedenen Komponenten verbunden sein. Beispielsweise können diese Sensoren in kommunizierender Weise mit der Steuervorrichtung 134 und/oder mit der Steuervorrichtung 152 verbunden sein, so dass Leistungssystemsteuerungen 26 die von diesen Sensoren abgefühlten Parameter überwachen können. Zusätzlich können die Leistungssystemsteuerungen 26 Sensoren zum Abfühlen von verschiedenen anderen Aspekten des Betriebs des Leistungssystems 11 aufweisen, wie beispielsweise, ob der Primärantrieb 30 den Elektromotor/Generator 32 antreibt, und ob der Elektromotor/Generator 32 Elektrizität erzeugt. Die Steuervorrichtung 134 und/oder die Steuervorrichtung 152 und/oder andere Komponenten der Leistungssystemsteuerungen 26 können auch diese Betriebsparameter überwachen.
  • Die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie und die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie können einen Teil von zwei unterschiedlichen Zweigen oder Kreisläufen des Leistungssystems 11 bilden. Wie oben erwähnt, kann die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie elektrisch vom Fahrgestell 13 der Maschine 10 isoliert sein, und die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie kann elektrisch mit dem Fahrgestell 13 in Beziehung stehen, und zwar durch ihre Verbindung zum Fahrgestell 13 am Erdungspunkt 140. Wie ebenfalls oben erwähnt, können die Leistungslasten 62 und verschiedene andere elektrische Komponenten, die mit der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie verbunden sind, elektrisch mit dem Fahrgestell 13 der Maschine 10 in Beziehung stehen, wie beispielsweise durch eine Verbindung mit dem Erdungspunkt 140. Andererseits können genauso die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie, der Leistungsregler 102, der Inverter bzw. Wechselrichter 100, die Leistungsleitungen 110, 111, der Elektromotor/Generator 32 und der Elektromotor 46 elektrisch vom Fahrgestell 13 isoliert sein und somit von der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie, von den elektrischen Lasten 62 und anderen mit dem Fahrgestell in Beziehung stehenden elektrischen Komponenten. Somit können die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie, die elektrischen Leistungslasten 62 und andere mit dem Fahrgestell in Beziehung stehende Komponenten bzw. am Fahrgestell geerdete Komponenten einen Teil eines Zweigs oder einer Schaltung des Leistungssystems 11 bilden, wobei die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie, der Leistungsregler 102, der Inverter 100, die Leistungsleitungen 110, 111, der Elektromotor/Generator 32 und der Elektromotor 46 einen Teil eines getrennten elektrisch isolierten Zweigs oder eines Kreislaufs des Leistungssystems 11 bilden. Wie oben erwähnt, kann in einigen Ausführungsbeispielen der Zweig oder der Kreislauf, welcher die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie enthält, ein Niederspannungszweig oder Niederspannungskreislauf sein, und der Zweig oder der Kreislauf, der die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie enthält, kann ein Hochspannungszweig oder Hochspannungskreislauf sein. Der Leistungsregler 104 kann als eine Brücke zwischen dem Fahrgestell, welches mit dem Zweig oder Kreislauf in Beziehung steht bzw. geerdet ist, der die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie enthält, und dem anderen Zweig oder Kreislauf dienen, welche die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie enthält.
  • Die Maschine 10 und das Leistungssystem 11 sind nicht auf die Konfigurationen eingeschränkt, die in den 1 und 2 gezeigt sind und oben besprochen wurden. Beispielsweise können die Steueraufgaben, die von den Leistungssystemsteuerungen 26 behandelt werden, anders unter den Steuervorrichtungen 112, 134 und 152 aufgeteilt sein, als oben besprochen. Zusätzlich können die Leistungssystemsteuerungen 26 verschiedene andere Konfigurationen und/oder Anordnungen zum Steuern der Übertragung von Elektrizität zwischen den verschiedenen Komponenten des Leistungssystems 11 aufweisen. Solche anderen Konfigurationen der Leistungssystemsteuerungen 26 können zusätzliche Steuerkomponenten aufweisen, die in kommunizierender Weise miteinander verbunden sind und betreibbar sind, um Steueraufgaben gemeinsam zu verwenden, wie beispielsweise andere Steuervorrichtungen zusätzlich zu den Steuervorrichtungen 112, 134 und 152. Im Gegensatz dazu können die Leistungssystemsteuerungen 26 in einigen Ausführungsbeispielen eine einzelne Steuervorrichtung anstelle von zwei oder mehr der Steuervorrichtungen 112, 134 und 152 haben. Zusätzlich können die Leistungssystemsteuerungen 26 eine andere Anzahl und/oder andere Konfigurationen der Leistungsregler, der Schaltvorrichtungen und der anderen Komponenten aufweisen, welche Leistung zwischen den Leistungslasten und den Leistungsquellen des Leistungssystems 11 übertragen. Das Leistungssystem 11 kann auch eine andere Anzahl und/oder andere Konfigurationen von Speichervorrichtungen für elektrische Energie aufweisen als die oben besprochenen Beispiele. Zusätzlich kann der Elektromotor 46 zu einer anderen Funktion dienen als zum Drehen der Aufbaustruktur 20 um die Achse 34, wie beispielsweise zum Bewegen von anderen Komponenten der Maschine 10 oder zum Liefern von mechanischer Leistung zum Antrieb der Maschine 10. Weiterhin kann die Maschine 10 irgendeine von einer Vielzahl von anderen Bauarten von Maschinen sein als ein Bagger, was eine stationäre Maschine miteinschließt.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Maschine 10 und das Leistungssystem 11 können bei jeglicher Anwendung verwendet werden, welche Leistung erfordert, um eine oder mehrere Aufgaben auszuführen. Während des Betriebs der Maschine 10 können die Leistungssystemsteuerungen 26 verschiedene elektrische Lasten aktivieren, um verschiedene Aufgaben auszuführen, wie beispielsweise das Aktivieren des Elektromotors 46, um die Aufbaustruktur 20 um die Achse 34 zu drehen. Das Leistungssystem 11 kann in verschiedenen Situationen aus verschiedenen Quellen die Elektrizität liefern, die erforderlich ist, um den Elektromotor 46 und irgendwelche anderen elektrischen Lasten zu betreiben. Abhängig von den Umständen kann das Leistungssystem 11 Elektrizität zum Elektromotor 46 und den anderen elektrischen Lasten von dem Elektromotor/Generator 32 und/oder der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie und/oder der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie liefern.
  • Während eines großen Teils des Betriebs der Maschine 10 kann das Leistungssystem 11 Elektrizität in erster Linie vom Elektromotor/Generator 32 und/oder von der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie verwenden, um die Elektrizitätsanforderungen des Elektromotors 46 und von anderen großen elektrischen Hochspannungslasten des Leistungssystems 11 zu liefern. Dies kann das Geschlossen-Halten der Schaltvorrichtungen 136, 138 aufweisen, und zwar derart, dass die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie Elektrizität zu den Leistungsleitungen 110, 111 des Wechselrichters 100 liefern kann und von diesen Leistungsleitungen 110, 111 empfangen kann, um Fluktuationen bei den Elektrizitätsanforderungen des Elektromotors 46 und anderen großen Hochspannungslasten aufzunehmen bzw. zu absorbieren, die mit den Leistungsleitungen 110, 111 verbunden sind.
  • In verschiedenen Situationen kann die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie ein Ladungsniveau unter wünschenswerten Niveaus haben, und es kann wünschenswert sein, die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu laden. Wenn beispielsweise die Maschine 10 anfänglich gebaut wird, kann die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie wenig oder keine Ladung aufweisen. Zusätzlich kann es während des Betriebs der Maschine 10 eine verlängerte Periode von hohen Elektrizitätsanforderungen vom Elektromotor 46 und anderen großen elektrischen Hochspannungslasten, die mit den Leistungsleitungen 110, 111 verbunden sind, erforderlich machen, dass die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie Elektrizität vom Elektromotor/Generator 32 unterstützt bzw. nachfüllt. Dies kann schließlich die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unter ein wünschenswertes Ladungsniveau entladen.
  • Zusätzlich kann sich die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie während verlängerter Perioden der Inaktivität der Maschine 10 und des Leistungssystems 11 auf nicht wünschenswerte Niveaus entladen.
  • Wenn die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie ein nicht wünschenswert niedriges Ladungsniveau hat, können verschiedene Ansätze verwendet werden, um sie mit Elektrizität von den Leistungsleitungen 110, 111, von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und/oder von anderen Elektrizitätsquellen zu laden. Verschiedene Faktoren können den besten Weg zum Laden der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie bestimmen. Beispielsweise kann der Zustand der Ladung der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie beeinflussen, wie viel Ladestrom sie sicher aufnehmen kann. Wenn die Ladungsniveaus der einzelnen Speicherzellen in der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie bei manchen Ausführungsbeispielen unausgeglichen werden, kann es bei einer oder mehreren Stufen des Aufladevorgangs der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie nötig sein, die Größe des Ladestroms zu begrenzen, der zur primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie geliefert wird. Diese Überlegung kann beeinflussen, welche Elektrizitätsquelle zum Aufladen verwendet werden sollte, weil, wie oben erwähnt, die Leistungsregler 102 und 104 unterschiedliche Fähigkeiten zum Steuern des elektrischen Stroms bei sehr niedrigen Größen haben können. Zusätzlich kann es unter einigen Bedingungen nicht möglich sein, Elektrizität von gewissen Quellen zu liefern, was auch beeinflussen kann, welche Quelle(n) verwendet werden soll (sollen), um die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie aufzuladen. Entsprechend können verschiedene Verfahren verwendet werden, um zu steuern, welche Elektrizitätsquelle(n) beim Aufladen der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie verwendet wird (werden). Solche Verfahren können eine manuelle und/oder automatische Steuerung des Ladeprozesses aufweisen.
  • 3 veranschaulicht ein Beispiel eines Algorithmus, den die Leistungssystemsteuerungen 26 zum Steuern des Aufladens der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit Elektrizität von den Leistungsleitungen 110, 111 oder von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie verwenden können. Die Leistungssystemsteuerungen 26 können anfänglich bewerten, ob der Zustand der Ladung der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie so ist, dass es wünschenswert ist, diese aufzuladen. Als Teil dieser Bestimmung können die Leistungssystemsteuerungen 26 bestimmen, ob der Ladungspegel bzw. das Ladungsniveau der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie geringer ist als ein erster Referenzladungsniveauwert CL1 (Schritt 200). Der Referenzladungsniveauwert CL1 kann beispielsweise einem Ladungsniveau entsprechen, welches im Vergleich zu einem vollständig aufgeladenen Zustand verringert ist, wobei jedoch die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie wahrscheinlich ausgeglichene Ladungsniveaus in ihren einzelnen Speicherzellen hat. Der erste Referenzladungsniveauwert CL1 kann in einer Vielzahl von Arten ausgedrückt werden, was ein Spannungsniveau der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie oder einen Prozentsatz der vollen Energiespeicherkapazität aufweisen kann. Somit könnten in einem Ausführungsbeispiel, wo die Nennspannungskapazität der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie ungefähr 350 Volt ist, der erste Referenzladungsniveauwert beispielsweise 275 Volt oder 80% der vollen Energiespeicherkapazität sein. Der erste Referenzladungsniveauwert könnte ein fester Wert sein oder er könnte ein Wert sein, der durch die Leistungssystemsteuerungen 26 basierend auf anderen Faktoren bestimmt wird, wie beispielsweise basierend auf dem Wert von einem oder mehreren abgefühlten Betriebsparametern der Maschine 10 und/oder des Leistungssystems 11.
  • Wenn die Leistungssystemsteuerungen 26 bestimmen, dass das Ladungsniveau der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unter dem ersten Referenzladungsniveauwert CL1 ist und es wünschenswert ist, diese aufzuladen, können die Leistungssystemsteuerungen 26 bewerten, welche Quellen für den Aufladevorgang verfügbar sind. Dies kann mit einbeziehen, zu bestimmen, ob der Elektromotor/Generator 32 Elektrizität erzeugt (Schritt 202), so dass Elektrizität von den Leistungsleitungen 110, 111 verfügbar ist, um die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie aufzuladen.
  • Wenn der Elektromotor/Generator 32 keine Elektrizität erzeugt, können die Leistungssystemsteuerungen 26 die sekundäre Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie als eine Quelle für den Ladestrom auswählen. In Verbindung damit können die Leistungssystemsteuerungen 26 elektrisch den Leistungsregler 104 mit der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie verbinden, während elektrisch der Leistungsregler 104 und die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie vom Leistungsregler 102 und den Leistungsleitungen 110, 111 isoliert werden. Die Leistungssystemsteuerungen 26 können dies beispielsweise durch Steuern der Schaltvorrichtungen 136 zu einem geschlossenen Zustand und der Schaltvorrichtung 138 zu einem offenen Zustand tun (Schritt 210). Wenn die Komponenten so verbunden sind, können die Leistungssystemsteuerungen 26 den Leistungsregler 104 betreiben, um die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit Elektrizität von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie aufzuladen (Schritt 212). Dies kann das Steuern des Leistungsreglers 104 in solcher Weise aufweisen, dass Elektrizität von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie über die Anschlüsse 58, 60 und 126, 127 aufgenommen wird und Elektrizität zu der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie über die Anschlüsse 128, 129 und 54, 56 geliefert wird.
  • Auch wenn der Elektromotor/Generator 32 Elektrizität erzeugt, kann es in manchen Fällen wünschenswert sein, die sekundäre Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und den Leistungsregler 104 für zumindest einen Teil des Vorgangs des Ladens der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu verwenden. Beispielsweise kann es in einigen Ausführungsbeispielen und unter einigen Umständen wünschenswert sein, die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit einer vergleichsweise geringen Größe eines präzise gesteuerten elektrischen Stroms während zumindest eines Teils des Ladeprozesses zu laden, wie beispielsweise dann, wenn die Ladungsniveaus der Speicherzellen in der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unausgeglichen worden sind. In Ausführungsbeispielen, wo der Leistungsregler 104 die Fähigkeit hat, präzise den elektrischen Strom in kleinen Größen zu steuern, können die sekundäre Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und der Leistungsregler 104 am besten die Ladungsanforderungen der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unter diesen und ähnlichen Bedingungen erfüllen.
  • Um zu bestimmen, ob bestehende Bedingungen es nahe legen, die sekundäre Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und den Leistungsregler 48 (104 Übers.) für einen oder mehrere Teile des Aufladungsprozesses zu verwenden, können entsprechend die Leistungssystemsteuerungen 26 bewerten, ob Umstände vorherrschen, welche eine Unausgeglichenheit zwischen den Ladungsniveaus in den einzelnen Zellen der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie anzeigen würden. Beispielsweise können die Leistungssystemsteuerungen 26 bestimmen, ob das Ladungsniveau der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unter einen zweiten Ladungsniveaureferenzwert CL2 abgefallen ist (Schritt 204). Der zweite Ladungsniveaureferenzwert CL2 kann geringer sein als der erste Ladungsniveaureferenzwert CL1, und der zweite Ladungsniveaureferenzwert CL2 kann ein Wert sein, der unausgeglichene Ladungsniveaus bei den einzelnen Zellen der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie anzeigt. In Ausführungsbeispielen, wo die Nennspannungskapazität der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie 350 Volt ist, kann der zweite Ladungsniveaureferenzwert beispielsweise 50 Volt oder 14% der vollen Energiespeicherkapazität der primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie sein.
  • Wenn die Leistungssystemsteuerungen 26 Umstände identifizieren, welche unausgeglichene Ladungsniveaus unter den inneren Zellen der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie anzeigen (wie beispielsweise durch eine Bestimmung, dass ihr Ladungsniveau unter das zweite Referenzladungsniveau CL2 abgefallen ist), können die Leistungssystemsteuerungen 26 ein Ladeverfahren auswählen, welches die Verwendung der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und des Leistungsreglers 104 für zumindest einen Teil des Ladevorgangs miteinbezieht. Beispielsweise können die Leistungssystemsteuerungen 26 Elektrizität von den Leistungsleitungen 110, 111 verwenden, um eine gewisse anfängliche Aufladung der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie auszuführen, und zwar gefolgt von einem Beendigungsladevorgang der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit Elektrizität von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und dem Leistungsregler 104. Ein Beispiel dafür, wie die Leistungssystemsteuerungen 26 dies tun können, wird nun in Verbindung mit 3 besprochen. Die Leistungssystemsteuerungen 26 können zuerst die Schaltvorrichtungen 136, 138 in ihre geschlossenen Betriebszustände steuern bzw. setzen, um elektrisch die Anschlüsse 118, 119 des Leistungsreglers 102 mit den Anschlüssen 54, 56 der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu verbinden (Schritt 207). Die Leistungssystemsteuerungen 26 können dann den Leistungsregler 102 betreiben, um von den Leistungsleitungen 110, 111 Elektrizität zu empfangen, die vom Elektromotor/Generator 32 erzeugt wurde, und um die Elektrizität zu der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu liefern (Schritt 209).
  • Die Leistungssystemsteuerungen 26 können weiter die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit Elektrizität von dem Leistungsregler 102 laden, bis die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie einen großen Prozentsatz ihrer Speicherkapazität für elektrische Energie erreicht. Bevor jedoch die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie ihre volle Ladekapazität erreicht, können die Leistungssystemsteuerungen 26 aufhören, die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit dem Leistungsregler 102 aufzuladen. Die Leistungssystemsteuerungen 26 können dann den Aufladevorgang der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit Elektrizität von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie beenden. Um dies zu tun, können die Leistungssystemsteuerungen 26 die Schaltvorrichtung 136 in einen geschlossenen Zustand und die Schaltvorrichtung 138 in einen offenen Zustand steuern bzw. bringen (Schritt 210). Wenn die Komponenten so verbunden sind, können die Leistungssystemsteuerungen 26 den Leistungsregler 104 betreiben, um die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit Elektrizität von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie aufzuladen (Schritt 212). Ansprechend auf Bedingungen, wo das Ladungsniveau der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unter sowohl dem ersten Referenzladungsniveauwert CL1 als auch unter dem zweiten Referenzladungsniveauwert CL2 ist, können die Leistungssystemsteuerungen 26 somit zuerst einen gewissen anfänglichen Ladevorgang der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit dem Leistungsregler 102 ausführen und dann auf einen Betrieb des Leistungsreglers 104 umschalten, um Elektrizität von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie aufzunehmen und Elektrizität zu der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu liefern, um deren Aufladevorgang zu beenden.
  • Wenn der Leistungsregler 104 betrieben wird, um den Ladevorgang der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu beenden, können die Leistungssystemsteuerungen 26 und der Leistungsregler 104 die Größe von Spannung und Strom der Elektrizität, die zu der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie geliefert wird, auf eine Anzahl von Arten steuern. In einigen Ausführungsbeispielen und unter manchen Bedingungen können die Leistungssystemsteuerungen 26 und der Leistungsregler 104 Elektrizität von der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie mit einer ersten Spannung aufnehmen, wie beispielsweise mit ungefähr 12 oder 24 Volt, und sie können die von der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie gelieferte Elektrizität auf eine zweite Spannung regeln, wie beispielsweise ungefähr 350 Volt. Zusätzlich können die Leistungssystemsteuerungen 26 und der Leistungsregler 104 in einigen Ausführungsbeispielen und unter manchen Bedingungen die Größe des elektrischen Stroms, der von der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie während des ersten Ladevorgangs geliefert wird, unter einer Referenzstromgröße halten. Die Referenzstromgröße kann ein relativ niedriger Wert sein, wie beispielsweise 20 Ampere oder weniger als 100 Milliampere. Die Tatsache, dass man die Größe des gelieferten elektrischen Stroms gering hält, hilft dabei sicherzustellen, dass die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie keinen Schaden aufgrund einer übermäßig schnellen Aufladung erleidet, wenn ihre inneren Zellen unausgeglichene Ladungszustände haben.
  • Unter Umständen, wo die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie in gewisser Weise entladen ist, jedoch vergleichsweise gleichmäßige Ladungszustände in ihren inneren Zellen hat, kann es sich andererseits als vorteilhaft erweisen, sie mit Elektrizität von den Leistungsleitungen 110, 111 aufzuladen, falls verfügbar. Dies kann eine schnellere Aufladung der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie gestatten, weil die Leistungsleitungen 110, 111 und der Leistungsregler 102 fähig sein können, höhere Leistungsniveaus zu liefern als die sekundäre Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und der Leistungsregler 104. Wenn der Elektromotor/Generator 32 Elektrizität erzeugt (Schritt 202) und das Ladungsniveau der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unter dem ersten Ladungsniveaureferenzwert CL1 ist (Schritt 200), jedoch über dem zweiten Ladungsniveaureferenzwert CL2 (Schritt 204), können die Leistungssystemsteuerungen 26 die Leistungsleitungen 110, 111 als die Quelle zum Aufladen von Elektrizität auswählen.
  • Wenn man dies so tut, können die Leistungssystemsteuerungen 26 elektrisch den Leistungsregler 102 mit der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie verbinden, indem sie beide Schaltvorrichtungen 136, 138 in geschlossene Betriebszustände steuern bzw. setzen (Schritt 206). Wenn diese Verbindung vorliegt, können die Leistungssystemsteuerungen 26 den Leistungsregler 102 so steuern dass Elektrizität von den Leistungsleitungen 110, 111 aufgenommen wird und Elektrizität zu der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie geliefert wird, wodurch die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit Elektrizität von den Leistungsleitungen 110, 111 aufgeladen wird (Schritt 208). Wenn man dies so tut, können die Leistungssystemsteuerungen 26 den Leistungsregler 102 derart betreiben, dass er Energie mit einer größeren Stromgröße liefert als die Referenzstromgröße, die verwendet wird, wenn Ladungselektrizität von dem Leistungsregler 104 geliefert wird. Beispielsweise kann die vom Leistungsregler 102 zur primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie gelieferte Elektrizität zumindest manchmal 10 Ampere oder sogar 100 Ampere überschreiten. Ansprechend auf die Bedingungen, wo das Ladungsniveau der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unter dem ersten Referenzladungsniveauwert CL1 jedoch über dem zweiten Referenzladungsniveauwert CL2 ist, können somit die Leistungssystemsteuerungen 26 die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie mit Elektrizität von den Leistungsleitungen 110, 111 laden, um einen schnellen Ladevorgang vorzusehen. Wenn sie dies tun, können die Leistungssystemsteuerungen 26 Elektrizität von den Elektrizitätsleistungsleitungen 110, 111 verwenden, um die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie vollständig aufzuladen.
  • Während die Leistungssystemsteuerungen 26 arbeiten, um die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie aufzuladen, können die Primärfunktionen der Maschine 10 und des Leistungssystems 11 ununterbrochen fortdauern. Beispielsweise kann der Primärantrieb 30 weiter den Elektromotor/Generator 32 antreiben, um Elektrizität zu den Leistungsleitungen 110, 111 zu liefern, damit diese von dem Elektromotor 46 und von anderen elektrischen Leistungslasten verbraucht wird, die mit den Leistungsleitungen 110, 111 verbunden sind. In ähnlicher Weise kann die sekundäre Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie weiter Elektrizität zu den Leistungslasten 62 liefern. Somit kann das Aufladen der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie für einen Bediener der Maschine 10 transparent bzw. unmerklich sein, weil die Maschine 10 während des Aufladevorgangs weiter arbeiten kann, anstatt dass sie für den Aufladevorgang abgeschaltet werden muss.
  • Zusätzlich zu dem Vorangegangenen können die Leistungssystemsteuerungen 26 den Leistungsregler 104 für verschiedene andere Zwecke einsetzen. In Ausführungsbeispielen, wo der Leistungsregler 104 betreibbar ist, um Elektrizität von den Anschlüssen 128, 129 zu den Anschlüssen 126, 127 zu übertragen, können die Leistungssystemsteuerungen 26 beispielsweise den Leistungsregler 104 betreiben, um Elektrizität von der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie unter manchen Bedingungen zur Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie zu übertragen. Die Leistungssystemsteuerungen 26 können dies beispielsweise unter Bedingungen tun, wo die Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie zusätzliche Energie benötigt. Zusätzlich können die Leistungssystemsteuerungen 26 den Leistungsregler 104 betreiben, um Elektrizität von der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zur Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie zu übertragen, und zwar zum Zwecke des Entladens der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie. Unter manchen Bedingungen, wie beispielsweise, wenn die Maschine 10 abgeschaltet wird, kann es wünschenswert sein, die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zu entladen. Durch Betreiben des Leistungsreglers 104, um Elektrizität von der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie zur Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie zu übertragen, können die Leistungssystemsteuerungen 26 fähig sein, die Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie vergleichsweise schnell zu entladen, und zwar ohne eine Notwendigkeit für verschiedene andere Entladungsverfahren, die sonst verwendet werden.
  • Zusätzlich können die Leistungssystemsteuerungen 26 den Leistungsregler 104 als Vorbereitung zum Schließen der Schaltvorrichtungen 136, 138 unter verschiedenen Umständen verwenden. Wenn die Schaltvorrichtungen 136, 138 in offenen Zuständen sind, kann das Schließen der Schaltvorrichtungen 136, 138, ohne dass man eine nicht wünschenswerte Lichtbogenbildung an den Schaltvorrichtungen 136, 138 hervorruft, erfordern, sicherzustellen, dass die Spannung an den Anschlüssen 118, 119 des Leistungsreglers 102 nahe der Spannung an den Anschlüssen 54, 56 der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie ist. Wenn es erwünscht ist, die Schaltvorrichtungen 136, 138 zu schließen und die Spannung an den Anschlüssen 118, 119 beträchtlich von der Spannung an den Anschlüssen 54, 56 abweicht, können die Leistungssystemsteuerungen 26 entsprechend den Leistungsregler 104 aktivieren bzw. steuern, so dass dieser die Spannung an den Anschlüssen 118, 119 auf innerhalb einer erwünschten Größe der Spannung an den Anschlüssen 54, 56 verändert. Wenn beispielsweise die Spannung an den Anschlüssen 118, 119 des Leistungsreglers 102 beträchtlich niedriger ist als die Spannung an den Anschlüssen 54, 56 der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie, können die Leistungssystemsteuerungen 26 den Leistungsregler 104 derart betreiben, dass Elektrizität von der Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie aufgenommen wird und Elektrizität zu den Anschlüssen 118, 119 geliefert wird, bis die Spannung an den Anschlüssen 118, 119 innerhalb eines erwünschten Spielraums bzw. nahe einer erwünschten Größe der Spannung an den Anschlüssen 54, 56 der Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie ist. Die Leistungssystemsteuerungen 26 können dann beide Schaltvorrichtungen 136, 138 schließen, ohne einen nicht wünschenswerten Lichtbogen an diesen Schaltvorrichtungen 136, 138 zu verursachen. Die Verfügbarkeit bzw. Fähigkeit des Leistungsreglers 104, die Spannung an den Schaltvorrichtungen 136, 138 in dieser Weise einzustellen, kann die Notwendigkeit von anderen extra dafür vorgesehenen Komponenten unnötig machen (wie beispielsweise die Verwendung von extra dafür vorgesehenen Widerstandsschaltungen), welche sonst für diesen Zweck verwendet werden können.
  • Verfahren zum Betrieb der Maschine 10 und des Leistungssystems 11 sind nicht auf die oben besprochenen und in 3 gezeigten Beispiele eingeschränkt. Beispielsweise kann ein Verfahren zum Bestimmen, welche Komponenten zum Aufladen der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie verwendet werden sollen, unterschiedliche Werte für die ersten und zweiten Referenzladungsniveaus CL1, CL2 verwenden. In ähnlicher Weise können Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung andere Kriterien zusätzlich zu den ersten Ladungsniveaureferenzwerten CL1, CL2 oder statt diesen verwenden. In einigen Ausführungsformen können die Leistungssystemsteuerungen 26 direkt die Ladezustände der einzelnen Zellen in der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie messen, um zu bewerten, ob sie nicht ausgeglichen sind, und entsprechend um zu bewerten, wie die primäre Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie aufzuladen ist. Zusätzlich können die Leistungssystemsteuerungen 26 die in 3 gezeigten Vorgänge in anderer Reihenfolge ausführen, sie können eine oder mehrere andere Handlungen in Kombination mit denen ausführen, die in 3 gezeigt sind, und/oder sie können eine oder mehrere der in 3 gezeigten Handlungen weglassen.
  • Die offenbarten Ausführungsbeispiele können eine Anzahl von Vorteilen bieten. Die Verfügbarkeit der sekundären Speichervorrichtung 50 für elektrische Energie und des Leistungsreglers 104 an der Maschine 10 zum Laden der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie, wenn der Elektromotor/Generator 32 keine. Elektrizität erzeugt, kann beispielsweise beträchtlich die Verfügbarkeit der Maschine 10 unter manchen Umständen vergrößern. Durch Überwachen von einem oder mehreren Parametern (wie beispielsweise dem Ladungsniveau der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie) und durch Auswählen, welche Elektrizitätsquelle beim Aufladen der primären Speichervorrichtung 48 für elektrische Energie verwendet werden soll, können die offenbarten Verfahren zusätzlich einen Schnellladevorgang zulassen, wenn dieser durchführbar ist, und einen allmählicheren gesteuerten Ladevorgang, wenn ein Schnellladevorgang einen Schaden verursachen könnte.
  • Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der offenbarten Maschine, an dem offenbarten Leistungssystem und an den offenbarten Verfahren vorgenommen können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen der offenbarten Maschine, des offenbarten Leistungssystems und der offenbarten Verfahren werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der Maschine, des Leistungssystems und der hier offenbarten Verfahren offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims (10)

  1. Maschine (10), die Folgendes aufweist: ein Leistungssystem (11), welches Folgendes aufweist: einen Primärantrieb (30), der treibend mit einem elektrischen Generator (32) verbunden ist; eine Leistungsleitung (110), die betriebsmäßig mit dem elektrischen Generator verbunden ist; eine erste Speichervorrichtung (48) für elektrische Energie, die betreibbar ist, um Elektrizität mit der Leistungsleitung auszutauschen; eine zweite Speichervorrichtung (50) für elektrische Energie; und Leistungssystemsteuerungen (26), welche Folgendes aufweisen: einen ersten Leistungsregler (104) und zumindest einen Informationsprozessor (152), der konfiguriert ist, um Informationen aufzunehmen, welche mit mindestens einem Betriebsparameter des Leistungssystems assoziiert sind, und um den ersten Leistungsregler basierend auf den empfangenen Informationen zu steuern, was miteinschließt, dass der erste Leistungsregler selektiv gesteuert wird, um Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufzunehmen und die Elektrizität zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie zu liefern.
  2. Maschine nach Anspruch 1, wobei das selektive Steuern des ersten Leistungsreglers, so dass Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufgenommen wird und die Elektrizität zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie geliefert wird, das Steuern des ersten Leistungsreglers in solcher Weise aufweist, dass Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer ersten Spannung aufgenommen wird und die Elektrizität zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer zweiten Spannung geliefert wird, wobei die zweite Spannung höher ist als die erste Spannung.
  3. Maschine nach Anspruch 1, wobei die Information, die mit mindestens einem Parameter des Leistungssystems in Beziehung steht, Informationen aufweist, die mit einem Ladezustand der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie in Beziehung stehen.
  4. Maschine nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine Informationsprozessor konfiguriert ist, um automatisch den ersten Leistungsregler zu steuern, so dass Energie von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufgenommen wird und die Elektrizität zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie ansprechend auf erste Betriebsbedingungen geliefert wird, wobei die ersten Betriebsbedingungen aufweisen, dass die erste Speichervorrichtung für elektrische Energie einen Ladezustand unter einem Referenzwert (CL2) hat.
  5. Maschine nach Anspruch 4, wobei der Referenzwert ein zweiter Referenzwert ist; und wobei der mindestens eine Informationsprozessor weiter konfiguriert ist, um selektiv Elektrizität von der Leistungsleitung zur Speichervorrichtung für elektrische Energie ansprechend auf zweite Betriebsbedingungen zu liefern, wobei die zweiten Betriebsbedingungen aufweisen, dass der Ladezustand der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie über dem zweiten Referenzwert jedoch unter einem ersten Referenzwert (CL1) ist.
  6. Maschine nach Anspruch 5, wobei das Steuern des ersten Leistungsreglers, so dass Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufgenommen wird und die Elektrizität zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie ansprechend auf die ersten Betriebsbedingungen geliefert wird, aufweist, die Größe des elektrischen Stroms der Elektrizität, die von dem ersten Leistungsregler zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie geliefert wird, unter einem ersten Stromwert zu halten; wobei das selektive Bewirken, dass Elektrizität von der Leistungsleitung zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie ansprechend auf zweite Betriebsbedingungen geliefert wird, aufweist, selektiv Elektrizität zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer Größe des elektrischen Stroms über dem ersten Stromwert zu liefern.
  7. Maschine nach Anspruch 1, wobei das Steuern des ersten Leistungsreglers, so dass Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufgenommen wird und die Elektrizität zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie geliefert wird, aufweist, eine Größe des elektrischen Stroms der Elektrizität, die von dem ersten Leistungsregler der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie geliefert wird, unter einem ersten Stromwert zu halten; und wobei der mindestens eine Informationsprozessor weiter konfiguriert ist, um selektiv eine Lieferung von Elektrizität von der Leistungsleitung zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer Größe des elektrischen Stroms über dem ersten Stromwert zu bewirken.
  8. Verfahren zum Betrieb eines Leistungssystems (11) einer Maschine (10), wobei das Leistungssystem einen Primärantrieb (30), einen elektrischen Generator (32), der treibend mit dem Primärantrieb verbunden ist, eine Leistungsleitung (110), eine erste Speichervorrichtung (48) für elektrische Energie, eine zweite Speichervorrichtung (50) für elektrische Energie und einen Leistungsregler (104) aufweist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: selektives Liefern von Elektrizität zur Leistungsleitung durch Betreiben des Motors bzw. Primärantriebs, um den elektrischen Generator anzutreiben und um Elektrizität von dem elektrischen Generator zur Leistungsleitung zu liefern; selektives Betreiben des Leistungsreglers, um Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufzunehmen und Elektrizität zu der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie zu liefern, was einschließt, die Größe des elektrischen Stroms der Elektrizität, die von dem ersten Leistungsregler zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie geliefert wird, unter einem ersten Stromwert zu halten; selektives Liefern von Elektrizität von der Leistungsleitung zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer höheren Größe des elektrischen Stroms als der erste Stromwert.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das selektive Betreiben des ersten Leistungsreglers, so dass Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie aufgenommen wird und Elektrizität zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie geliefert wird, das Betreiben des ersten Leistungsreglers derart aufweist, dass Elektrizität von der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer ersten Spannung aufgenommen wird und die Elektrizität zur ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie mit einer zweiten Spannung geliefert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Spannung höher ist als die erste Spannung.
DE112011104655T 2010-12-29 2011-11-29 Maschine und Antriebssytem mit Speichervorrichtung für elektrische Energie Pending DE112011104655T5 (de)

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US12/981,398 2010-12-29
US12/981,398 US8606444B2 (en) 2010-12-29 2010-12-29 Machine and power system with electrical energy storage device
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