DE112012005512T5

DE112012005512T5 - Verfahren und Systeme zum Überwachen und Verwenden einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie

Info

Publication number: DE112012005512T5
Application number: DE112012005512.8T
Authority: DE
Inventors: Justin Dale Middleton; David Langsford Collins; John Joseph Votoupal; Wellington Ying-Wei Kwok
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-09-11
Also published as: WO2013101439A1; US20130169232A1

Abstract

Eine offenbarte Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Abschätzen des Betriebszustands einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie (48). Das Verfahren kann das Erhalten von Informationen bezüglich eines Spannungspegelverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie während eines Ladungs- und Entladungsverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie umfassen. Das Verfahren kann auch das Verwenden der erhaltenen Informationen zum Abschätzen mindestens eines Maximalwerts (P) oder Minimalwerts (V) in dem Spannungspegelverlauf umfassen. Zusätzlich kann das Verfahren das Verwenden mindestens einer Informationsverarbeitungsvorrichtung (152) zum Erzeugen einer Abschätzung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie auf der Basis des mindestens einen abgeschätzten Maximalwerts oder Minimalwerts umfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Vorrichtungen zum Speichern von elektrischer Energie und insbesondere Verfahren und Systeme zum Überwachen und Verwenden von Vorrichtungen zum Speichern von elektrischer Energie.
Hintergrund
Viele Systeme nutzen eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie (z. B. eine Batterie oder einen Kondensator) zum Zuführen von Elektrizität zu einer oder mehreren elektrischen Lasten. Das Betreiben solcher Systeme umfasst häufig das Überwachen von einem oder mehreren Parametern des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie und das Steuern von einem oder mehreren Aspekten des Systems auf der Basis der überwachten Parameter.
Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 6,232,744 für Kawai et al. („das '744-Patent”) ein Hybridleistungsversorgungssystem mit einer Batterie, sowie ein Verfahren, welches das Überwachen eines Spannungspegels der Batterie und das Steuern des Ladens und Entladens der Batterie auf der Basis des Spannungspegels umfasst. Das '744-Patent offenbart das Bestimmen, ob die Batterie ein Laden oder Entladen erfordert, durch Vergleichen einer berechneten Spannung der Batterie mit einer Zielspannung. Wenn die berechnete Batteriespannung unter die Zielspannung fällt, geht das Verfahren des '744-Patents davon aus, dass die Batterie geladen werden muss. Andererseits geht das Verfahren dann, wenn die berechnete Batteriespannung die Zielspannung übersteigt, davon aus, dass die Batterie entladen werden muss.
Obwohl das '744-Patent ein Verfahren des Ladens und Entladens einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie offenbart, können bestimmte Nachteile bestehen bleiben. Im Laufe der Zeit und des Gebrauchs können sich die Eigenschaften der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie und deren Reaktion auf das Laden und Entladen in einer Art und Weise ändern, die deren Vermögen zur effektiven Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Elektrizität vermindert. Als Ergebnis kann ein Ansatz, der zum Laden und Entladen der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zu Beginn von deren Lebensdauer gut funktioniert, zu einem späteren Zeitpunkt von deren Lebensdauer weniger gut funktionieren. In dem '744-Patent wird eine Verschlechterung der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, die im Zeitverlauf stattfindet, oder irgendeine Art und Weise der Überwachung oder Anpassung bezüglich einer solchen Verschlechterung nicht diskutiert.
Die Verfahren und Systeme der vorliegenden Offenbarung können eines oder mehrere der vorstehend genannten Probleme lösen.
Zusammenfassung
Eine offenbarte Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Abschätzen des Betriebszustands einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie. Das Verfahren kann das Erhalten von Informationen bezüglich eines Spannungspegelverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie während eines Ladungs- und Entladungsverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie umfassen. Das Verfahren kann auch das Verwenden der erhaltenen Informationen zum Abschätzen mindestens eines Maximalwerts oder Minimalwerts in dem Spannungspegelverlauf umfassen. Zusätzlich kann das Verfahren das Verwenden mindestens einer Informationsverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen einer Abschätzung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie auf der Basis des mindestens einen abgeschätzten Maximalwerts oder Minimalwerts umfassen.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungsversorgungssystems mit einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie. Das Verfahren kann das Laden und Entladen der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie gemäß einer Ladungs- und Entladungsstrategie umfassen. Das Verfahren kann auch das Erhalten von Informationen bezüglich eines Spannungspegelverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie während eines Ladungs- und Entladungsverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie umfassen. Zusätzlich kann das Verfahren das Modifizieren der Ladungs- und Entladungsstrategie als Reaktion auf eine Veränderung der Fluktuationsstruktur des Spannungspegels während des Ladungs- und Entladungsverlaufs umfassen.
Eine weitere offenbarte Ausführungsform betrifft ein Leistungsversorgungssystem. Das Leistungsversorgungssystem kann eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie und mindestens eine Informationsverarbeitungsvorrichtung aufweisen. Die mindestens eine Informationsverarbeitungsvorrichtung kann zum Erhalten von Informationen bezüglich eines Spannungspegelverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie während eines Ladungs- und Entladungsverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildet sein. Die mindestens eine Informationsverarbeitungsvorrichtung kann auch zum Identifizieren von Maximalwerten und Minimalwerten in dem Spannungspegelverlauf der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildet sein. Die mindestens eine Informationsverarbeitungsvorrichtung kann auch zum Durchführen von mindestens einem von einer Überwachung eines Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zumindest teilweise auf der Basis der identifizierten Maximalwerte und Minimalwerte oder einer Steuerung des Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zumindest teilweise auf der Basis der identifizierten Maximalwerte und Minimalwerte ausgebildet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ausführungsform einer Maschine mit einem Leistungsversorgungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung,
2 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungsversorgungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung detaillierter,
3A zeigt graphisch ein Beispiel dafür, wie der Spannungspegel einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie im Zeitverlauf variieren kann,
3B zeigt graphisch ein weiteres Beispiel dafür, wie der Spannungspegel einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie im Zeitverlauf variieren kann, und
3C zeigt graphisch ein weiteres Beispiel dafür, wie der Spannungspegel einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie im Zeitverlauf variieren kann.
Detaillierte Beschreibung
Die 1 und 2 zeigen eine Maschine 10, ein Leistungsversorgungssystem 11 und verschiedene Komponenten davon gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Maschine 10 kann jedweder Typ von Maschine sein, die Leistung zur Durchführung einer oder mehrerer Aufgaben einsetzt. Beispielsweise kann die Maschine 10 eine mobile Maschine sein, die zum Transportieren oder Bewegen von Personen, Gütern oder anderen Materialien oder Gegenständen ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Maschine 10 zum Durchführen verschiedener anderer Vorgänge ausgebildet sein, die mit einer kommerziellen oder industriellen Aufgabe zusammenhängen, wie z. B. Tagebau bzw. Bergbau, Bauwirtschaft, Erschließung bzw. Abbau von Energiequellen und/oder Energieerzeugung, Herstellung, Transport und Landwirtschaft.
Wie es in der 1 gezeigt ist, kann die Maschine 10 in manchen Ausführungsformen ein Bagger sein, der zum Graben ausgebildet ist. Die Maschine 10 kann ein Chassis bzw. Fahrgestell 13 aufweisen, an dem andere Komponenten der Maschine 10 angebracht sind. In dem in der 1 gezeigten Beispiel kann das Chassis 13 einen Unterwagen 14 und einen Aufbau 20 aufweisen. Der Unterwagen 14 kann einen Rahmen 12 aufweisen. In manchen Ausführungsformen kann die Maschine 10 eine mobile Maschine sein und der Unterwagen 14 kann eine oder mehrere Antriebsvorrichtungen 16 zum Antreiben der Maschine 10 aufweisen. Bei den Antriebsvorrichtungen 16 kann es sich um jedweden Typ von Vorrichtung handeln, die zum Antreiben der Maschine 10 ausgebildet ist. Beispielsweise können die Antriebsvorrichtungen 16 Ketteneinheiten sein, wie es in der 1 gezeigt ist. Alternativ können die Antriebsvorrichtungen 16 Räder oder jedwede andere Typen von Vorrichtungen sein, die zum Antreiben der Maschine 10 betrieben werden können. Der Unterwagen 14 kann auch eine oder mehrere Komponenten zum Antreiben der Antriebsvorrichtungen 16 aufweisen. Beispielsweise kann der Unterwagen 14 Antriebsmotoren 18 zum Antreiben der Antriebsvorrichtungen 16 aufweisen. Die Antriebsmotoren 18 können Elektromotoren oder Hydraulikmotoren sein.
Der Aufbau 20 kann von dem Rahmen 12 gestützt sein. In manchen Ausführungsformen kann der Aufbau 20 von dem Rahmen 12 durch ein Drehsystem 22 gestützt sein. Das Drehsystem 22 kann einen Drehkranz 24 und einen Elektromotor 46 aufweisen. Der Drehkranz 24 kann einen an dem Rahmen 12 angebrachten Innenring und einen Außenring aufweisen, an dem der Aufbau 20 montiert ist. Sowohl der Innenring als auch der Außenring des Drehkranzes 24 können sich konzentrisch zu einer vertikalen Achse 34 erstrecken. Der Elektromotor 46 kann zum Drehen des Aufbaus 20 und des Außenrings des Drehkranzes 24 um die Achse 34 betrieben werden. Der Elektromotor 46 kann ein Zahnrad 51 aufweisen, das an dessen Abtriebswelle montiert ist, und der Elektromotor 46 kann an dem Aufbau 20 in einer Position montiert sein, so dass das Zahnrad 51 mit den Zahnradzähnen an dem Rahmen 12 kämmt. Der Elektromotor 46 kann zum Drehen des Aufbaus 20 um die Achse 34 Leistung von verschiedenen Komponenten des Leistungsversorgungssystems 11 erhalten. Der Elektromotor 46 kann eine von vielen elektrischen Leistungslasten des Leistungsversorgungssystems 11 sein.
Die Maschine 10 kann verschiedene andere Komponenten aufweisen. Beispielsweise kann die Maschine 10, wie es in der 1 gezeigt ist, ein Arbeitsgerät 36 aufweisen. Das Arbeitsgerät 36 kann an verschiedenen Teilen der Maschine 10 montiert und zum Durchführen verschiedener Aufgaben ausgebildet sein. In manchen Ausführungsformen kann das Arbeitsgerät 36 an dem Aufbau 20 montiert und zum Graben ausgebildet sein. Die Maschine 10 kann auch eine Bedienerstation 38 aufweisen, von der aus eine Person einen oder mehrere Aspekte des Betriebs der Maschine 10 steuern kann. Die Bedienerstation 38 kann auch an dem Aufbau 20 montiert sein.
Die 2 zeigt das Leistungsversorgungssystem 11 detaillierter. Das Leistungsversorgungssystem 11 kann Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 und verschiedene Komponenten aufweisen, die zum Bereitstellen von Leistung zur Durchführung verschiedener Aufgaben betrieben werden können. In manchen Ausführungsformen kann das Leistungsversorgungssystem 11 ein elektrisches Hybrid-Leistungsversorgungssystem sein. Zusätzlich zu den Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 kann das Leistungsversorgungssystem 11 einen Elektromotor 46, eine Kraftmaschine 30, einen Elektromotor/Generator 32, eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 und ein Leistungsübertragungssystem 52 aufweisen. Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff „Elektromotor/Generator” auf jedwede elektrische Vorrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie als Elektromotor arbeitet, wenn sie elektrische Leistung erhält, und/oder als elektrischer Generator arbeitet, wenn sie mechanisch angetrieben wird.
Die Kraftmaschine 30 kann jedweder Typ von Vorrichtung sein, die zum Erzeugen von mechanischer Leistung zum Antreiben des Elektromotor/Generators 32 ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Kraftmaschine 30 ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Motor oder jedweder andere Typ von Komponente sein, die zum Erzeugen von mechanischer Leistung betrieben werden kann.
Der Elektromotor/Generator 32 kann jedweder Typ von Komponente sein, die zum Erzeugen von Elektrizität mit mechanischer Leistung betrieben werden kann, die von der Kraftmaschine 30 erhalten wird. Der Elektromotor/Generator 32 kann auch so betrieben werden, dass er Elektrizität erhält und als Elektromotor zum Antreiben der Kraftmaschine 30 für eine Anzahl von Zwecken arbeitet. Der Elektromotor 46 kann jedweder Typ von Komponente sein, die zum Erhalten von Elektrizität von dem Leistungsübertragungssystem 52 und zum Erzeugen von mechanischer Leistung mit dieser Elektrizität betrieben werden kann. Jeder des Elektromotor/Generators 32 und des Elektromotors 46 kann z. B. jedwede einer elektrischen Maschine mit Permanentmagneterregung, einer elektrischen Maschine mit geschalteter Reluktanz, einer elektrischen Gleichstrommaschine, einer Maschine des Induktionstyps oder jedweder anderer Typ von bekannter elektrischer Maschine sein.
Die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 kann jedweder Typ von Vorrichtung sein, die zum Speichern von elektrischer Energie und zum Austauschen von Elektrizität mit (d. h., Erhalten von Elektrizität von dem und Abgeben von Elektrizität an das) dem Leistungsübertragungssystem 52 betrieben werden kann. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 eine oder mehrere Batterien und/oder einen oder mehrere Kondensatoren aufweisen. Die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 kann einen positiven Anschluss 54 und einen negativen Anschluss 56 aufweisen.
Das Leistungsübertragungssystem 52 kann einen Wechselrichter 100, einen Leistungsregler 102 und verschiedene elektrische Verbindungseinrichtungen, wie z. B. elektrische Leitungen und/oder elektrische Schalter, aufweisen, welche diese Vorrichtungen verbinden. Der Wechselrichter 100 kann eine Leistungselektronikeinheit 106, eine Leistungselektronikeinheit 108, Stromzuführungsleitungen 110, 111, einen Stützkondensator 114 und eine Steuerung 112 aufweisen. Die Leistungselektronikeinheit 106 kann zum Regulieren eines Leistungsflusses zwischen dem Elektromotor 46 und den Stromzuführungsleitungen 110, 111 betrieben werden. Die Leistungselektronikeinheit 108 kann entsprechend zum Regulieren eines Leistungsflusses zwischen dem Elektromotor/Generator 32 und den Stromzuführungsleitungen 110, 111 betrieben werden. Der Stützkondensator 114 kann zwischen den Stromzuführungsleitungen 110, 111 angeschlossen sein und dient zum Glätten jedweder Schwankungen der Spannung über den Stromzuführungsleitungen 110, 111. Dieser Aufbau des Wechselrichters 100 ermöglicht einen Austausch von Elektrizität zwischen dem Elektromotor/Generator 32 und dem Elektromotor 46 mittels der Leistungselektronikeinheiten 106, 108 und der Stromzuführungsleitungen 110, 111.
Die Steuerung 112 kann funktionell mit den Leistungselektronikeinheiten 106, 108 verbunden sein und die Steuerung 112 kann so ausgebildet (z. B. programmiert) sein, dass sie einen oder mehrere Aspekte des Betriebs der Leistungselektronikeinheiten 106, 108 steuert. In manchen Ausführungsformen kann die Steuerung 112 z. B. einen oder mehrere Mikroprozessoren und/oder eine oder mehrere Speichervorrichtungen aufweisen.
Der Leistungsregler 102 kann Eingangs/Ausgangsanschlüsse 116, 117, 118, 119 aufweisen. Der Leistungsregler 102 kann jedweden Aufbau aufweisen, der es dem Leistungsregler 102 ermöglicht, einen oder mehrere Aspekte der Elektrizität, die zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 ausgetauscht wird, zu regulieren. Der Leistungsregler 102 kann z. B. so betrieben werden, dass er steuert, ob Elektrizität zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 ausgetauscht wird. Der Leistungsregler 102 kann auch so ausgebildet sein, dass er steuert, in welcher Richtung die Elektrizität zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 fließt, d. h. ob Elektrizität von den Anschlüssen 116, 117 zu den Anschlüssen 118, 119 fließt oder umgekehrt. Der Leistungsregler 102 kann Elektrizität in verschiedenen Formen austauschen. In manchen Ausführungsformen kann der Leistungsregler 102 so ausgebildet sein, dass er Gleichstromelektrizität an den Anschlüssen 116, 117, 118, 119 erhält und/oder zuführt. Der Leistungsregler 102 kann auch so betrieben werden, dass er die Spannung an jedem der Anschlüsse 116, 117, 118, 119 sowie die Größe des elektrischen Stroms, der an jedem der Anschlüsse 116, 117, 118, 119 fließt, steuert. Beispielsweise kann der Leistungsregler 102 so betrieben werden, dass er die Elektrizität, die zwischen den Anschlüssen 116, 117 und den Anschlüssen 118, 119 übertragen wird, von einer Spannung der Gleichstromelektrizität an den Anschlüssen 116, 117 zu einer anderen Spannung der Gleichstromelektrizität an den Anschlüssen 118, 119 verändert. Wie es weiter unten diskutiert wird, kann der Leistungsregler 102 durch eine oder mehrere andere Komponente(n) des Leistungsversorgungssystems 11 gesteuert werden, so dass diese anderen Komponenten steuern können, wie der Leistungsregler 102 den Austausch von Elektrizität zwischen den Anschlüssen 116, 117 zu den Anschlüssen 118, 119 steuert. Der Leistungsregler 102 kann jedwede geeignete Konfiguration von Komponenten aufweisen, die es dem Leistungsregler 102 ermöglichen, die vorstehend diskutierte Funktionalität bereitzustellen.
Der Wechselrichter 100, der Leistungsregler 102, die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48, der Elektromotor 46 und der Elektromotor/Generator 32 können in verschiedener Weise elektrisch miteinander verbunden sein. Wie es die 2 zeigt, können in manchen Ausführungsformen die Anschlüsse 116, 117 des Leistungsreglers 102 elektrisch mit den Stromzuführungsleitungen 110, 111 des Wechselrichters 100 verbunden sein. Dies kann einen Austausch von Elektrizität zwischen dem Leistungsregler 102, dem Elektromotor 46 und dem Elektromotor/Generator 32 über die Stromzuführungsleitungen 110, 111 des Wechselrichters 100 ermöglichen. Zusätzlich kann das Leistungsübertragungssystem 52 Einrichtungen aufweisen, welche die Anschlüsse 118, 119 des Leistungsreglers 102 direkt oder indirekt mit der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 verbinden. Beispielsweise können die Anschlüsse 118, 119 des Leistungsreglers 102 kontinuierlich elektrisch mit den Anschlüssen 54 und 56 der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 verbunden sein.
Der in der 2 gezeigte beispielhafte Aufbau des Leistungsübertragungssystems 52 kann es dem Leistungsübertragungssystem 52 ermöglichen, Elektrizität zwischen dem Elektromotor/Generator 32, dem Elektromotor 46 und der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 in verschiedener Weise mittels des Wechselrichters 100 und des Leistungsreglers 102 zu übertragen. Beispielsweise kann das Leistungsübertragungssystem 52 Elektrizität von dem Elektromotor/Generator 32 durch den Wechselrichter 100 zu dem Elektromotor 46 übertragen, wodurch der Elektromotor 46 zum Drehen des Ausbaus 20 betrieben wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Leistungsübertragungssystem 52 hin und wieder Elektrizität von der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 durch den Leistungsregler 102 zu dem Wechselrichter 100 und dem Elektromotor 46 zum Drehen des Aufbaus 20 abgeben. Zu anderen Zeiten kann das Leistungsübertragungssystem 52 die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 durch Übertragen von Elektrizität von dem Wechselrichter 100 (z. B. Elektrizität, die durch den Elektromotor/Generator 32 erzeugt worden ist) durch den Leistungsregler 102 zu der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 laden.
Zusätzlich zu denjenigen, die in der 2 gezeigt sind, kann das Leistungsversorgungssystem 11 auch eine Anzahl von anderen elektrischen Lasten und/oder Quellen aufweisen. Beispielsweise kann das Leistungsversorgungssystem 11 zusätzlich zu dem Elektromotor 46 verschiedene andere große Hochspannungslasten aufweisen, wie z. B. die Antriebsmotoren 18, die mit den Stromzuführungsleitungen 110, 111 des Wechselrichters 100 verbunden sind. Zusätzlich kann das Leistungsversorgungssystem 11 verschiedene kleinere Niederspannungslasten, wie z. B. Lampen, Anzeigen, Sensoren, Lüftermotoren und dergleichen, aufweisen.
Die Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 können zum Steuern des Ladens und Entladens der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48, des Betriebs der Kraftmaschine 30, des Betriebs des Elektromotor/Generators 32, des Betriebs des Elektromotors 46 und der Übertragung von Elektrizität durch das Leistungsübertragungssystem 52 im Zusammenhang mit allen diesen Zielen ausgebildet sein. Die Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 können den Wechselrichter 100 und den Leistungsregler 102 umfassen. Zur Steuerung des Betriebs dieser Komponenten können einige Ausführungsformen der Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 auch eine oder mehrere andere Komponenten aufweisen. Beispielsweise können, wie es in der 2 gezeigt ist, die Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 eine Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 aufweisen, die funktionell mit der Steuerung 112 des Wechselrichters 100 und dem Leistungsregler 102 verbunden ist. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann auch mit der Kraftmaschine 30, dem Elektromotor/Generator 32 und dem Elektromotor 46 in einer Weise funktionell verbunden sein, so dass die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 einen oder mehrere Aspekte des Betriebs dieser Komponenten überwachen und/oder steuern kann. Auf der Basis der verschiedenen Betriebsparameter der Kraftmaschine 30, des Elektromotor/Generators 32, des Elektromotors 46 und/oder anderer Komponenten des Leistungsversorgungssystems 11 kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 eine Hochpegelsteuerung des Leistungsversorgungssystems 11 durchführen. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann jedwede geeignete Informationsverarbeitungsvorrichtung zum Steuern der vorstehend diskutierten Komponenten umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 einen oder mehrere Mikroprozessoren und/oder eine oder mehrere Speichervorrichtungen aufweisen, die so programmiert sind, dass sie in der nachstehend diskutierten Art und Weise arbeiten. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann in jedweder Weise so konfiguriert (d. h., programmiert) sein, dass sie die nachstehend offenbarten Verfahren ausführen kann.
Die Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 können auch Komponenten zum Überwachen verschiedener Aspekte des Betriebs des Leistungsversorgungssystems 11 aufweisen. Beispielsweise können die Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 einen Spannungssensor 144 zum Erfassen einer Spannung über die Anschlüsse 54, 56 der Vorrichtung zum Speichem von elektrischer Energie 48 aufweisen. Der Spannungssensor 144 kann direkt oder indirekt funktionell mit der Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 verbunden sein, so dass die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 den Spannungspegel der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 überwacht. Die Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 können auch einen Stromsensor 146 zum Erfassen der Größe eines elektrischen Stroms aufweisen, der zwischen der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 und dem Leistungsübertragungssystem 52 ausgetauscht wird. Wie der Spannungssensor 144 kann der Stromsensor 146 direkt oder indirekt funktionell mit der Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 verbunden sein, so dass die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 die Größe eines elektrischen Stroms überwachen kann, der zwischen der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 und dem Leistungsübertragungssystem 52 ausgetauscht wird.
Die Maschine 10 und das Leistungsversorgungssystem 11 sind nicht auf die in den 1 und 2 gezeigten und vorstehend diskutierten Konfigurationen beschränkt. Beispielsweise können die Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 verschiedene andere Konfigurationen und/oder Anordnungen zum Überwachen und Steuern der Übertragung von Elektrizität zwischen den verschiedenen Komponenten des Leistungsversorgungssystems 11 aufweisen. Solche anderen Konfigurationen der Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 können zusätzlich zu der Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 zusätzliche Steuerungskomponenten aufweisen, die kommunikativ miteinander verbunden sind und zur gemeinsamen Ausführung von Steuerungszielen betrieben werden können, wie z. B. andere Informationsverarbeitungsvorrichtungen. Darüber hinaus können die Leistungsversorgungssystem-Steuereinheiten 26 eine weitere Anzahl und/oder weitere Konfigurationen von Leistungsreglern, elektrischen Verbindungseinrichtungen bzw. -elementen und anderen Komponenten aufweisen, die Leistung zwischen den Leistungslasten und den Leistungsquellen des Leistungsversorgungssystems 11 übertragen. Das Leistungsversorgungssystem 11 kann zusätzlich zu der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 auch andere Vorrichtungen zum Speichern von elektrischer Energie aufweisen. Darüber hinaus kann der Elektromotor 46 eine Funktion aufweisen, die vom Drehen des Aufbaus 20 um die Achse 34 verschieden ist, wie z. B. das Bewegen anderer Komponenten der Maschine 10 oder das Zuführen von mechanischer Leistung zum Antreiben der Maschine 10. Ferner kann die Maschine 10 jedwede einer Anzahl von Typen von Maschinen sein, die von einem Bagger verschieden sind, einschließlich eine stationäre Maschine. Wenngleich die 2 ein Leistungsversorgungssystem 11 als ein Leistungsversorgungssystem des elektrischen Hybridtyps zeigt, kann das Leistungsversorgungssystem 11 ein Leistungsversorgungssystem des rein elektrischen Typs ohne Kraftmaschine 30 und Elektromotor/Generator 32 sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Maschine 10 und das Leistungsversorgungssystem 11 können in jedweder Anwendung eingesetzt werden, die Leistung zur Durchführung einer oder mehrerer Aufgaben erfordert. Während des Betriebs der Maschine 10 kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 verschiedene elektrische Lasten zur Durchführung verschiedener Aufgaben aktivieren, wie z. B. den Elektromotor 46 zum Drehen des Aufbaus 20 um die Achse 34 aktivieren. Das Leistungsversorgungssystem 11 kann die Elektrizität bereitstellen, die zum Betreiben des Elektromotors 46 und jedweder anderer elektrischer Lasten von verschiedenen Quellen in verschiedenen Situationen erforderlich ist. Abhängig von den Umständen kann das Leistungsversorgungssystem 11 Elektrizität für den Elektromotor 46 und die anderen elektrischen Lasten von einem oder beiden des Elektromotor/Generators 32 und der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 bereitstellen.
Wenn die elektrischen Anforderungen des Elektromotors 46 und anderer elektrischer Lasten des Leistungsversorgungssystems 11 hoch sind, kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 das Leistungsübertragungssystem 52 so betreiben, dass es Elektrizität von der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 zu einer oder mehreren der elektrischen Lasten des Leistungsversorgungssystems 11 zuführt. Zu anderen Zeiten kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 das Leistungsübertragungssystem 52 so steuern, dass es der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 Elektrizität zuführt, um sie wieder zu laden. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann verschiedene Strategien zur Steuerung des Ladens und Entladens der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 auf der Basis verschiedener Faktoren nutzen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, eines abgeschätzten Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48, gegenwärtiger Leistungsanforderungen der Maschine 10 und der voraussichtlichen Leistungsanforderungen der Maschine 10.
Wenn die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 geladen und entladen wird, kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 einen oder mehrere Betriebsparameter der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 überwachen. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 in manchen Ausführungsformen einen Spannungspegel der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 mittels des Signals überwachen, das von dem Spannungssensor 144 erhalten worden ist. Der Spannungspegel der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 kann während des Ladens zunehmen und während des Entladens abnehmen. Während eines Zeitraums des Ladens und Entladens der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 Informationen von dem Spannungssensor 144 erhalten, die den Spannungspegelverlauf der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 angeben.
Der erfasste Spannungspegel der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 kann sich zum Ziehen bestimmter Schlüsse bezüglich der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 als nützlich erweisen. Beispielsweise kann der erfasste Spannungspegel bei jedwedem gegebenen Zeitpunkt eine Angabe des Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 oder der Energiemenge liefern, die gegenwärtig in der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 gespeichert ist. Zusätzlich kann die Schwankungsstruktur des erfassten Spannungspegels eine Angabe darüber liefern, wie sich der Ladungszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf ändert. Ferner kann die Schwankungsstruktur des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 eine gewisse Angabe bezüglich der Verschlechterung von deren Vermögen zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von Elektrizität oder deren Betriebszustand liefern.
Die 3A bis C zeigen Beispiele dafür, wie sich die Schwankungsstruktur des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Verlauf von deren Lebensdauer verändern kann. In jeder dieser Figuren ist der Zeitverlauf entlang der horizontalen Achse angegeben und umfasst die Zeitintervalle I₁ bis I₇. Auf der linken Seite der horizontalen Achse gibt BOL den Beginn der Lebensdauer für die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 an. Die Spannungskurve C_V stellt die Schwankungen des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf dar. Die Linien U_L und L_L stellen die Obergrenze und die Untergrenze für den Spannungspegel der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 dar. Die Grenzen U_L und L_L können auf der Basis verschiedener Erwägungen verschiedene Werte aufweisen. In manchen Ausführungsformen können die Grenzen U_L und L_L auf der Basis der Spannungsgrenzen der Maschine 10, der Spannungsgrenzen von Komponenten, wie z. B. der Leistungselektronikkomponenten der Maschine 10, und/oder den vom Hersteller empfohlenen höchsten und niedrigsten akzeptablen Spannungspegeln für die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 festgelegt sein.
Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann verschiedene Aspekte der Schwankungsstruktur des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 überwachen. In manchen Ausführungsformen kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 einen oder mehrere Maximalwerte P und/oder einen oder mehrere Minimalwerte V in dem erfassten Spannungspegel identifizieren. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 ermitteln, dass ein Maximalwert P aufgetreten ist, wenn sich die erste Ableitung der erfassten Spannung von positiv zu negativ ändert. Entsprechend kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 ermitteln, dass ein Minimalwert V aufgetreten ist, wenn sich die erste Ableitung der erfassten Spannung von negativ zu positiv ändert.
Die identifizierten Maximalwerte P und Minimalwerte V können wertvolle Informationen hinsichtlich verschiedener Aspekte des Betriebs des Leistungsversorgungssystems 11 liefern. Im Allgemeinen können die Schwankungen des Spannungspegels und folglich der Größe der Maximalwerte P und der Minimalwerte V eine Angabe darüber liefern, wie sich der Ladungszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf ändert. Beispielsweise können gefilterte Werte der Maximalwerte P und der Minimalwerte V einen statistischen Durchschnitt der Maximalwerte P und der Minimalwerte V bei einer gegebenen Ladungs/Entladungsleistung während typischer Betriebszyklen innerhalb des Betriebszustands des Ladungsbereichs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 liefern. Ferner können, wie es nachstehend detaillierter diskutiert wird, die Schwankungsstruktur des Spannungspegels und folglich die identifizierten Maximalwerte und Minimalwerte eine Angabe des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 liefern.
Unter anderem kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 die identifizierten Maximalwerte P und Minimalwerte V nutzen, um zu bestimmen, wie nahe an der Obergrenze und der Untergrenze U_L und L_L die Spannung schwankt. Um dies durchzuführen, kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 die folgenden Gleichungen nutzen: ΔH = U_L – P ΔL = V – L_L
ΔH ist die Differenz zwischen der Obergrenze U_L und einem gegebenen Maximalwert P und ΔL ist die Differenz zwischen einem gegebenen Minimalwert V und der Untergrenze L_L. Die Werte von ΔH und ΔL können eine zweckmäßige Angabe dahingehend liefern, wie nahe die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 an einer der Grenzen U_L und L_L arbeitet. Zusätzlich können die Werte von ΔH und ΔL eine zweckmäßige Angabe der Größe und der Struktur von Schwankungen des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 liefern.
Die 3A und 3B zeigen, dass eine Veränderung, die bei der Schwankungsstruktur des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf auftreten kann, das Abweichen der Schwankungen nach oben oder unten ist. Die 3A zeigt ein Szenario, bei dem die Spannungsschwankungen im Zeitverlauf nach oben abweichen, und die 3B zeigt ein Szenario, bei dem die Spannungsschwankungen im Zeitverlauf nach unten abweichen. Selbstverständlich können die Spannungsschwankungen unter vielen Umständen nicht in der in den 3A und 3B gezeigten Weise stetig nach oben bzw. stetig nach unten abweichen, sondern können im Zeitverlauf unregelmäßig nach oben und unten abweichen. Nach oben abweichende Spannungsschwankungen, wie diejenigen, die in der 3A gezeigt sind, können anzeigen, dass der durchschnittliche Ladungszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf zunimmt. Umgekehrt können nach unten abweichende Spannungsschwankungen, wie diejenigen, die in der 3B gezeigt sind, anzeigen, dass der durchschnittliche Ladungszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf abnimmt.
Eine weitere Veränderung, die in der Schwankungsstruktur des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf auftreten kann, ist eine Zunahme der Größe der Abweichung. Dies kann zumindest teilweise aufgrund einer Zunahme des Innenwiderstands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf auftreten. Für ein gegebenes Ladungsausmaß kann ein höherer Innenwiderstand eine größere Spannungsdifferenz von den Anschlüssen 54, 56 zu dem Inneren der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 verursachen, was eine höhere erfasste Spannung an den Anschlüssen 54, 56 verursachen kann. Entsprechend kann für ein gegebenes Ladungsausmaß ein höherer Innenwiderstand eine größere Spannungsdifferenz von dem Inneren der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 zu den Anschlüssen 54, 56 verursachen, was eine niedrigere erfasste Spannung an den Anschlüssen 54, 56 verursachen kann. Folglich können Erhöhungen der Größe der Schwankungen zwischen den Maximalwerten P und den Minimalwerten V des Spannungspegels einen erhöhten Innenwiderstand und einen sich verschlechternden Betriebszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 anzeigen.
In den offenbarten Ausführungsformen kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 das vorstehend genannte Phänomen, das mit dem erfassten Spannungspegel und der Struktur der Spannungsschwankung zusammenhängt, nutzen, um verschiedene Ziele zu erreichen. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann Informationen bezüglich des überwachten Spannungspegels zum Überwachen des Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 nutzen. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 unter den in der 3A gezeigten Umständen aus den nach oben abweichenden Spannungsschwankungen schließen, dass der durchschnittliche Ladungszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf nach oben abweicht. Umgekehrt kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 unter den in der 3B gezeigten Umständen aus den nach unten abweichenden Spannungsschwankungen schließen, dass der durchschnittliche Ladungszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 im Zeitverlauf nach unten abweicht.
Zusätzlich kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 das Laden und Entladen der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 auf der Basis des überwachten Spannungspegels so steuern, dass der Ladungszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 in einem gewünschten Bereich gehalten wird. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann dies auf verschiedenartige Weise erreichen. In manchen Ausführungsformen kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 das Laden und Entladen der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 so steuern, dass Zielwerte von ΔH und ΔL oder Zielbeziehungen zwischen diesen zwei Werten aufrechterhalten werden.
Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 die Strategie zum Laden und Entladen der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 als Reaktion auf eine Veränderung der Schwankungsstruktur der erfassten Spannung modifizieren. Wenn die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 eine Struktur von zunehmenden oder abnehmenden Spannungspegeln erfasst, kann sie die zum Steuern des Ladens und Entladens der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 verwendete Strategie modifizieren. Wenn die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 beispielsweise eine Struktur von abnehmenden Spannungspegeln erfasst, wie diejenigen, die in der 3B gezeigt sind, kann sie durch Verstärken des Ladens und/oder Vermindern des Entladens der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 reagieren. Wenn umgekehrt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 eine Struktur von zunehmenden Spannungspegeln erfasst, wie diejenigen, die in der 3A gezeigt sind, kann sie durch Vermindern des Ladens und/oder Verstärken des Entladens der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 reagieren.
Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann beim Modifizieren der Ladungs- und Entladungsstrategie als Reaktion auf Veränderungen der Schwankungsstruktur des Spannungspegels verschiedene Ansätze nutzen. In manchen Ausführungsformen kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 das Laden und Entladen je nach Erfordernis modifizieren, um die Spannungsschwankungen im Wesentlichen mittig zwischen der Obergrenze und der Untergrenze U_L und L_L zu halten. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann dies z. B. durch Steuern des Ladens und Entladens in einer Weise erreichen, so dass ΔH und ΔL im Wesentlichen gleich gehalten werden. Eine solche Strategie kann zu einer Struktur der Spannungsschwankungen wie derjenigen führen, die in der 3C gezeigt ist. Alternativ kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 die Ladungs- und Entladungsstrategie auf verschiedene andere Arten modifizieren, so dass ein gewünschtes Niveau des Ladungszustands bereitgestellt wird. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 das Laden und Entladen so steuern, dass ein in etwa konstantes Verhältnis zwischen ΔH und ΔL aufrechterhalten wird, oder nur soweit es erforderlich ist, um die Spannungsschwankungen zwischen der Obergrenze und der Untergrenze U_L und L_L zu halten.
Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann auch zumindest teilweise die Schwankungsstruktur des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 zum Überwachen des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 nutzen. Dies kann die Nutzung des erfassten Spannungspegels zum Bestimmen, wann sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 dem Ende ihrer Gebrauchsdauer annähert und/oder diese erreicht hat, umfassen. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann dies auf verschiedenartige Weise durchführen. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann ausschließlich auf der Basis des erfassten Spannungspegels oder auf der Basis des erfassten Spannungspegels in Kombination mit anderen Faktoren bestimmen, ob sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 dem Ende ihrer Gebrauchsdauer annähert und/oder diese erreicht hat.
In manchen Ausführungsformen kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 durch Überwachen, ob der Spannungspegel nahe an der Obergrenze und/oder der Untergrenze U_L und L_L oder darüber hinaus schwankt, bestimmen, ob sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 dem Ende ihrer Gebrauchsdauer annähert und/oder diese erreicht hat. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 durch Überwachen der Werte von ΔH und ΔL im Zeitverlauf bestimmen, ob sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 dem Ende ihrer Gebrauchsdauer annähert und/oder diese erreicht hat.
Wenn sich die Werte von ΔH und ΔL vermindern, kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 feststellen, dass sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 dem Ende ihrer Gebrauchsdauer annähert. Dies kann umfassen, dass die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 verschiedene Bestimmungen ausführt. In manchen Ausführungsformen kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 eine quantitative Darstellung eines Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 erzeugen. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 auf der Basis der Werte von ΔH und ΔL einen abgeschätzten Prozentsatz der verbleibenden Gebrauchsdauer der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 berechnen. Zusätzlich oder alternativ kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 eine oder mehrere qualitative Darstellungen des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 erzeugen. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 an einem bestimmten Punkt separat feststellen, dass die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 einen Zustand nahe am Ende von deren Gebrauchsdauer erreicht hat.
Wenn die Werte von ΔH und ΔL weiter abnehmen, kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 schließlich feststellen, dass sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 am Ende ihrer Gebrauchsdauer befindet. In Ausführungsformen, bei denen die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 eine quantitative Darstellung des Betriebszustands erzeugt, kann sie feststellen, dass sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 am Ende ihrer Gebrauchsdauer befindet, wenn die quantitative Darstellung ein gewisses Niveau erreicht. Wenn beispielsweise die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 einen Prozentsatz der verbleibenden Gebrauchsdauer abschätzt, kann sie feststellen, dass sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 am Ende ihrer Gebrauchsdauer befindet, wenn die abgeschätzte verbleibende Gebrauchsdauer Null erreicht. Alternativ kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 einfach feststellen, dass sich die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 am Ende ihrer Gebrauchsdauer befindet, wenn ΔH und/oder ΔL bestimmte Kriterien erfüllen, wie z. B. einmal oder mehrmals auf Null fallen.
Zusätzlich zu oder anstelle der Größe der Schwankungen des erfassten Spannungspegels (durch die Werte von ΔH und ΔL dargestellt), kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 verschiedene andere Aspekte der Schwankungsstruktur des Spannungspegels zur Bewertung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 nutzen. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 die Geschwindigkeit des Spannungsabfalls während Entladungsereignissen als Indikator für den Betriebszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 überwachen. Für eine gegebene Leistungsentnahme kann ein schnellerer Spannungsabfall einen schlechteren Betriebszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 anzeigen. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann eine Abschätzung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 zum Teil auf der Basis des Spannungsabfalls während eines Entladungsereignisses als solchem erzeugen. Alternativ kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 eine Abschätzung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 auf der Basis der Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Spannungsabfalls während unterschiedlicher Entladungsereignisse zu verschiedenen Zeitpunkten erzeugen.
Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 kann die vorstehend genannten Informationen auf verschiedene Art und Weise nutzen. In manchen Ausführungsformen kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 den abgeschätzten Betriebszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 an verschiedene andere Einheiten übermitteln. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 einen abgeschätzten Betriebszustand der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 an einen Bediener der Maschine 10, Servicepersonal und/oder andere Personen durch Einrichtungen wie z. B. Bediener- und/oder Serviceschnittstellen übermitteln.
Verfahren zum Überwachen der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 und zum Steuern von deren Ladung und Entladung sind nicht auf die vorstehend diskutierten Beispiele beschränkt. Beispielsweise kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 andere Ansätze als die Überwachung von ΔH und ΔL zur Identifizierung von Erhöhungen der Größe von Spannungsschwankungen nutzen. Zusätzlich kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 Aspekte der Struktur einer Spannungsschwankung zur Bewertung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 nutzen, die von der Größe der Schwankung und der Geschwindigkeit des Spannungsabfalls verschieden sind. Entsprechend kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 alternative Kriterien zum Feststellen nutzen, dass die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 das Ende ihrer Gebrauchsdauer erreicht oder sich am Ende ihrer Gebrauchsdauer befindet. Ferner kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 152 verschiedene Strategien zum Steuern des Ladens und Entladens auf der Basis der Struktur von Spannungsschwankungen nutzen. Einige solcher Strategien können zu turbulenteren Schwankungsstrukturen als denjenigen führen, die in der 3 gezeigt sind.
Die offenbarten Ausführungsformen können bestimmte Vorteile bereitstellen. Beispielsweise kann die Steuerung des Ladens und Entladens auf der Basis von überwachten Schwankungen des Spannungspegels ein einfaches Mittel zum Steuern oder Aufrechterhalten des Betriebszyklus innerhalb eines gewünschten Ladungszustands bereitstellen, ohne dass der exakte Ladungszustand bekannt sein muss. Zusätzlich können die offenbarten Verfahren des Überwachens von Schwankungen des Spannungspegels der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 eine einfache und effektive Art und Weise zum Überwachen von Veränderungen des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 und zum Einstellen des Ladens und Entladens zur Berücksichtigung solcher Veränderungen bereitstellen. Dies kann das Vermögen zur effektiven und effizienten Verwendung der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 erhöhen. Dadurch, dass die offenbarten Verfahren dabei unterstützen, die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 innerhalb ihrer oberen und unteren Spannungsgrenzen U_L und L_L zu halten, können die offenbarten Verfahren eine längere Nutzung der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 ermöglichen. Zusätzlich können die offenbarten Verfahren auch die genaue Abschätzung ermöglichen, wann es unmöglich wird, die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 innerhalb dieser Grenzen zu betreiben, so dass die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie 48 rechtzeitig ersetzt werden kann.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass das offenbarte System und die offenbarten Verfahren verschiedenartig modifiziert und variiert werden können, ohne von dem Bereich der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen des offenbarten Systems und der offenbarten Verfahren ergeben sich für den Fachmann durch Berücksichtigen der Beschreibung und der Ausführung des Systems und der Verfahren, die hier offenbart sind. Die Beschreibung und die Beispiele sind lediglich beispielhaft aufzufassen, wobei der eigentliche Bereich der Offenbarung durch die beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente angegeben ist.

Claims

Verfahren zum Abschätzen des Betriebszustands einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie (48), wobei das Verfahren umfasst: Erhalten von Informationen bezüglich eines Spannungspegelverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie während eines Ladungs- und Entladungsverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, Verwenden der erhaltenen Informationen zum Abschätzen mindestens eines Maximalwerts (P) oder Minimalwerts (V) in dem Spannungspegelverlauf und Verwenden mindestens einer Informationsverarbeitungsvorrichtung (152) zum Erzeugen einer Abschätzung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie auf der Basis des mindestens einen abgeschätzten Maximalwerts oder Minimalwerts.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verwendung der mindestens einen Informationsverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen einer Abschätzung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie auf der Basis des mindestens einen abgeschätzten Maximalwerts oder Minimalwerts das Erzeugen einer Angabe dahingehend umfasst, ob die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie das Ende ihrer Gebrauchsdauer erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Erzeugen einer Angabe dahingehend, ob die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie das Ende ihrer Gebrauchsdauer erreicht hat, das Vergleichen des mindestens einen Maximalwerts oder Minimalwerts mit einem Bezugsspannungswert (L_L) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Vergleichen des mindestens einen Maximalwerts oder Minimalwerts mit einem Bezugsspannungswert das Vergleichen des mindestens einen Maximalwerts oder Minimalwerts mit einer vorgegebenen oberen (U_L) oder unteren (L_L) Spannungsgrenze für die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verwendung der mindestens einen Informationsverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen einer Abschätzung des Betriebszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie auf der Basis des mindestens einen abgeschätzten Maximalwerts oder Minimalwerts das Vergleichen des mindestens einen Maximalwerts oder Minimalwerts mit einem Bezugsspannungswert (L_L) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Vergleichen des mindestens einen Maximalwerts oder Minimalwerts mit einem Bezugsspannungswert das Vergleichen des mindestens einen Maximalwerts oder Minimalwerts mit einer vorgegebenen oberen (U_L) oder unteren (L_L) Spannungsgrenze für die Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie umfasst.
Leistungsversorgungssystem (11) mit einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie (48) und mindestens einer Informationsverarbeitungsvorrichtung (152), die zum Erhalten von Informationen bezüglich eines Spannungspegelverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie während eines Ladungs- und Entladungsverlaufs der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, Identifizieren von Maximalwerten (P) und Minimalwerten (V) in dem Spannungspegelverlauf der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie und Durchführen von mindestens einem eines Überwachens eines Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zumindest teilweise auf der Basis der identifizierten Maximalwerte oder Minimalwerte oder eines Steuerns des Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zumindest teilweise auf der Basis der identifizierten Maximalwerte oder Minimalwerte ausgebildet ist.
Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 7, bei dem die mindestens eine Informationsverarbeitungsvorrichtung zum Steuern des Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zumindest teilweise auf der Basis der identifizierten Maximalwerte oder Minimalwerte ausgebildet ist.
Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 8, bei dem das Steuern des Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zumindest teilweise auf der Basis der identifizierten Maximalwerte oder Minimalwerte das Steuern des Ladens und Entladens der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zum Erreichen mindestens einer gewünschten Beziehung zwischen mindestens einem Bezugsspannungspegel und den identifizierten Maximalwerten und Minimalwerten umfasst.
Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 7, bei dem die mindestens eine Informationsverarbeitungsvorrichtung zum Überwachen des Ladungszustands der Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zumindest teilweise auf der Basis der identifizierten Maximalwerte oder Minimalwerte ausgebildet ist.