EP3785362A1 - Plug'n'play energiespeichervorrichtung für die kombination mit elektrischen antriebssystemen - Google Patents

Plug'n'play energiespeichervorrichtung für die kombination mit elektrischen antriebssystemen

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Publication number
EP3785362A1
EP3785362A1 EP19730765.5A EP19730765A EP3785362A1 EP 3785362 A1 EP3785362 A1 EP 3785362A1 EP 19730765 A EP19730765 A EP 19730765A EP 3785362 A1 EP3785362 A1 EP 3785362A1
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EP
European Patent Office
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energy storage
storage device
voltage
control
board
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19730765.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian ENGST
Harald WANNER
Sven WELSER
Michael Schuler
Josef GLEINSER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Electronics and Drives GmbH
Original Assignee
Liebherr Components Biberach GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Components Biberach GmbH filed Critical Liebherr Components Biberach GmbH
Publication of EP3785362A1 publication Critical patent/EP3785362A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an energy storage device with power connections for connecting to a voltage circuit of power electronics of a drive system, which can be controlled by an external system controller, and at least one electrical memory block, at least one power converter for connecting the voltage circuit of the power electronics of the drive system with an internal voltage circuit of the memory block, and a control device for controlling the at least one converter, said control device being a controller board with supply and / or feed control means for controlling the converter for supplying current from the memory block to the drive system and / or for feeding current from the drive system into the memory block, and with voltage regulating and / or control means for regulating and / or controlling the output voltage of the energy storage device.
  • the invention further relates to a drive system with power electronics to which such an energy storage device is connected, the control device of which communicates with the higher-level system control of the drive system.
  • Such electrical drive systems can be used, for example, in lifting devices, in particular elevators such as passenger and / or freight elevators, but also cranes such as Container bridge cranes, or construction machines such as concrete mixer vehicles, earthmoving and mining machines such as surface milling cutters, but in principle other mobile machines or networked machines are also used.
  • such drive systems can be passenger and / or goods lifts that are used in or on buildings such as high-rise buildings, or they can also be other lifting devices that lift and lower loads cyclically.
  • the energy storage device can at least have a converter module in order to adapt the provided or fed current with regard to characteristic parameters such as voltage and / or frequency in the required manner.
  • a converter module in order to adapt the provided or fed current with regard to characteristic parameters such as voltage and / or frequency in the required manner.
  • Such DC / DC converters or DC / DC converters refer to an electrical circuit which can convert a DC voltage supplied at the input into a DC voltage with a higher, lower or inverted voltage level and is able to transfer energy from the high voltage level to the low voltage level transfer, for example in order to charge the energy storage block and also to transfer in the other direction, ie to store it or to transfer it from the storage block into the DC circuit of the drive system.
  • converters such as, for example, rectifiers, inverters, frequency converters or, in general, inverters can also be used, wherein such converters can include electronic components such as diodes, transistors or thyristors, but also Mosfets, IGBTs or IGCTs.
  • connection of such an energy storage device, in particular with a double-layer capacitor, to the respective drive system is more or less complex, since the individual components of such an energy storage device are usually laboriously configured together and adapted to the general conditions of the drive system, for example its electric motor and power electronics have to.
  • a user or application engineer is usually forced to deal with the complex internal processes in the energy storage and in the DC / DC controller in order to be able to make the necessary interpretations with regard to the modules and the internal functionality.
  • Care should be taken to ensure that the energy storage device must withstand the harsh operating conditions such as dust and shock and vibration loads.
  • the object of the present invention is to create an improved energy storage device of the type mentioned at the outset and an improved drive system with such an energy storage device, which avoid the disadvantages of the prior art and advantageously develop the latter.
  • the connection of the energy storage device to a respective drive system is to be drastically simplified, and at the same time the intermediate storage and re-emission of the electrical energy into and from the energy storage device should be designed efficiently and safely.
  • the stated object is achieved by an energy storage device according to claim 1 and a drive system with such an energy storage device according to claim 18.
  • the subject of the invention is furthermore the use of such a drive system in a lifting device according to claim 21.
  • said control device has an adaptation board connected to the controller board, which has a plurality of connection connections for differently designed external system controls, at least one communication interface for communicating with the controller board Control device and at least one adaptation circuit for adapting and transmitting signals between the connection terminals of the adaptation board and the controller board.
  • the control device integrated in the energy storage device can be connected in a simple manner to differently designed external system controls by means of the plurality of connection connections of the adaptation board which are of different designs.
  • the signals, data formats and / or parameters required or provided by the external system control can be received, transmitted or made available via the appropriate connection connection of the adaptation board.
  • the signals, data and / or parameters provided by the controller board can also be used by the external system control or, conversely, signals, data, commands or parameters provided by the external system control can be used by the controller board, this also fits - at least one adaptation circuit of the adaptation board, the signals, data, commands and / or parameters mentioned with regard to their format and / or voltage level and / or with regard to their transmission paths to the respective connection connection and / or to the communication interface of the adaptation Boards so that the controller board can communicate with differently designed, higher-level external system controls.
  • the adaptation board can advantageously comprise a plurality of adaptation circuits, of which a respectively suitable circuit can adapt the respectively required signals, data and / or parameters from / to the respective external system control.
  • the said adaptation board can also comprise a plurality of sensor connections for connection to various sensors which are required for the system control and / or for the internal control device.
  • the adaptation board can be connected, on the one hand, to sensors internal to the energy storage device, by means of which the sensor connections Gies storage device, in particular its memory block and / or at least one operating state on the converter and / or on the internal voltage circuit is monitored.
  • the adaptation board can be connected to external sensors via the sensor connections mentioned, which monitor at least one operating state of the drive system to be connected or its power electronics.
  • cooling device sensors for monitoring a cooling device for example a coolant flow quantity and / or mass sensor and / or a temperature sensor, and / or a current and / or voltage sensor for monitoring a current flow, can be connected to the sensor connections of the adaptation board and / or a voltage in the voltage circuit of the drive system to be connected and / or in the internal voltage circuit of the memory block, and / or a degree of symmetry sensor for monitoring the symmetry of a plurality of memory blocks can be connected.
  • Said at least one adaptation circuit of the adaptation board can consist, for example, of one or more hardware components in the form of electronic components such as semiconductor components, but alternatively or additionally comprise one or more software components that are stored in a memory can be saved and processed in a processor.
  • the adaptation board can in particular also comprise a number of such hardware circuits and / or software modules.
  • a controller board adapted to the memory block and its circuit can be used and still adapted to various higher-level system controls and used together with it.
  • the said adaption board can be detachably connected to the said controller board via one or more plug connections.
  • the adaptation board can also be hard-wired to the controller board.
  • the controller board mentioned can advantageously have at least one microcontroller, at least one FPGA component, that is to say a field-programmable gate array, furthermore flardware circuits and plug connectors for contacting and / or consist of the components mentioned.
  • the above-mentioned flardware circuits of the controller board can include electronic components such as flalbleiters, transistors, diodes or other active or passive components, and in particular integrated circuits can also be provided on the controller board.
  • the controller board can also comprise at least one software module, which is stored in a memory module and which interacts with the microcontroller or is processed by it.
  • control device integrated in the energy storage device can further comprise a communication board which is provided to enable fieldbus communication for the control device, in particular with signal-emitting and / or signal-processing components of the energy storage device such as sensors and / or with signaling and / or signal processing components of the drive device to be connected and / or the external system control such as sensors installed on the drive device.
  • signal-emitting and / or signal-processing components of the energy storage device such as sensors and / or with signaling and / or signal processing components of the drive device to be connected and / or the external system control such as sensors installed on the drive device.
  • the communication board mentioned can advantageously have plug connectors and can be plugged onto the controller board.
  • control device can advantageously be implemented and / or provided in the aforementioned controller board, which enable the control device to control the energy storage device for an abundance of different drive devices and different external control systems and to carry out corresponding control functions , whichever Control function of the drive device and / or the external control system are required.
  • control device of the energy storage device can comprise control means for controlling the operation of the at least one memory block, wherein the state control means mentioned for the operation of the energy store can advantageously be configured to automatically precharge an internal intermediate circuit and / or to automatically connect and disconnect to an external intermediate circuit of the drive system and / or an automatic precharging to a preferably parameterizable initial voltage.
  • the integrated control can include detection means for detecting various sensors, for example at least one voltage sensor and / or at least one current sensor and / or at least one temperature sensor or at least one flow sensor, by means of which corresponding operating variables of the energy storage device and / or of the drive system can be measured.
  • detection means for detecting various sensors for example at least one voltage sensor and / or at least one current sensor and / or at least one temperature sensor or at least one flow sensor, by means of which corresponding operating variables of the energy storage device and / or of the drive system can be measured.
  • control device of the energy storage device can comprise power control means for generating control signals for the power electronics of the drive system.
  • control device can comprise a regulator for regulating the current in the memory block.
  • the integrated control device can include operating control means for setting or controlling different operating modes of the energy storage device, the said operating control means in particular a regulator for regulating an intermediate circuit voltage and / or a regulator for regulating an intermediate circuit voltage with setpoint window and / or a regulator for regulating an intermediate circuit current and / or a regulator for regulating one Power and / or a controller for regulating a charge state and / or control means for actively discharging the memory block can include.
  • the said operating control means in particular a regulator for regulating an intermediate circuit voltage and / or a regulator for regulating an intermediate circuit voltage with setpoint window and / or a regulator for regulating an intermediate circuit current and / or a regulator for regulating one Power and / or a controller for regulating a charge state and / or control means for actively discharging the memory block can include.
  • the integrated control device can have a self-test module for self-testing the power electronics.
  • the integrated control device can comprise at least one limiter module, which is provided and designed to reach storage voltage limits and / or to reach storage current limits and / or to reach intermediate circuit current limits and / or when intermediate power limits are reached and / or when temperature limits are reached, to limit or change at least one characteristic manipulated variable of the energy storage device and / or of the drive device, for example to limit or reduce a current or voltage that is supplied or fed in and / or a voltage level ,
  • Such a limiter module can advantageously be configured to be parameterizable in order to be able to predefine the corresponding voltage limit and / or current limit and / or power limit and / or temperature limit.
  • said control device of the energy storage device can comprise at least one monitoring module which is designed to detect an overcurrent in the energy storage device and / or an overvoltage in an intermediate circuit and / or a voltage in the energy storage device and / or Voltage in the at least one storage block and / or an excess temperature, for example in the cooling water of a cooling device and / or in the at least one storage block and / or in an interior of the energy storage device and / or on at least one throttle, and / or to monitor a state of at least one relay and / or a cooling device, for example with regard to coolant flow and / or a cooling unit state, and / or to monitor power electronics and / or a memory state and / or a balancing function of the memory blocks.
  • Age- Monitoring means for monitoring the remaining service life of the energy storage device and / or the at least one memory block can also be provided natively or additionally, such monitoring devices being able to calculate and / or estimate the said remaining service life.
  • the aforementioned communication board and / or the adaptation board can have a fieldbus communication module for fieldbus communication with external control systems, wherein the fieldbus communication module can be provided, for example, for an operating mode to specify and / or to specify a start or stop of the drive device and / or to specify a setpoint for a respective operating mode and / or to specify changeable limits during operation and / or to specify a pilot control value for a control and / or operating mode and / or Read out the current status of the energy store and / or read out and provide current operating data.
  • the fieldbus communication module can be provided, for example, for an operating mode to specify and / or to specify a start or stop of the drive device and / or to specify a setpoint for a respective operating mode and / or to specify changeable limits during operation and / or to specify a pilot control value for a control and / or operating mode and / or Read out the current status of the energy store and / or read out and provide current operating data.
  • said control device of the energy storage device can comprise a statistical module for determining and / or storing statistical data, for example a time distribution of a storage temperature and / or a time distribution of a power and / or a time distribution of a current in the energy storage device and / or a time distribution of a voltage in the energy storage device.
  • control device can comprise a master / slave control device for operating a plurality of memory blocks in a master / slave mode, such a master / slave control device advantageously having communication means which preferably communicate via a plurality of energy storage units with one another enable a CAN bus, and / or can comprise synchronization means for synchronizing the voltage of the plurality of energy storage units connected in parallel and / or distribution control means for evenly distributing the current in the energy storage units connected in parallel.
  • said control device can comprise operating data transmission means for transmitting operating data of the at least one energy storage device to a central server and / or a cloud.
  • the internal control device of the energy storage device in particular at least one of the aforementioned control means, can be configured to be parameterizable in order to be able to change the functionalities mentioned by correspondingly specifying parameters.
  • a parameterization module can advantageously communicate with an external or internal parameterization device, for example a PC program OPAL, via a USB interface and / or a Profinet interface in order to carry out the desired parameterization.
  • At least one parameter for power electronics such as, for example, the maximum current, a minimum and / or maximum voltage, at least one sensor, at least one switching time and / or at least one switching frequency, at least one operating mode, for example a control mode via one Fieldbus and / or a master / slave mode and / or an error reaction mode,
  • At least one monitoring function such as the specification of a limit value for a cooling device and / or a balancing function and / or a voltage, and / or at least one limit value for current and power of the energy storage device and / or the drive device, -nominal data of the energy storage device such as nominal capacity and / or nominal current and / or inductance,
  • the energy storage device mentioned can be of fundamentally different types, for example comprise a battery and / or a capacitor as the storage cell.
  • the control device described above can be used particularly advantageously in a bipolar storage unit.
  • the energy storage device can have a DC / DC actuator, which is designed bidirectionally in order to be able to both charge the storage block and to provide current from the storage block, the control unit of the energy storage device delivering and feeding-in control means for controlling the DC / DC actuator both when supplying current from the memory block to the DC voltage circuit and when feeding current from the DC voltage circuit into the memory block, and the DC / DC actuator, the memory block and the control unit to form an energy storage unit are combined with a common housing in which the DC / DC actuator, the memory block and the control unit are accommodated and on the outside of which two connections are provided for connection to the DC voltage circuit.
  • the energy storage device forms an integral overall system which brings together the components involved and required in a single housing, in which the control for the energy management is also installed. Essentially, only the two connections on the outside of the housing need to be connected to the DC voltage circuit of the drive system, the control unit in the interior of the housing of the energy storage device adapting the necessary control and regulating variables to the drive system.
  • the storage block of the energy storage device can in particular comprise at least one capacitor, preferably in the form of a double-layer capacitor, for energy storage, but in principle also at least one battery or an accumulator can be provided in addition or as an alternative to one or more capacitors.
  • the at least one memory block and / or the DC / DC actuator and / or the control unit inside the common housing can be connected to a cooling circuit, which preferably has coolant connections on the housing for connection.
  • a cooling circuit which preferably has coolant connections on the housing for connection.
  • the coolant connections mentioned can be designed to be pluggable, so that only the coolant lines of the external cooling circuit have to be connected to the housing of the energy storage device.
  • the internal and / or external cooling circuit and its components such as coolant circulators, cooling air blowers, switching valves, flow regulators and the like can advantageously be controlled by the control unit inside the energy storage device, in particular depending on the temperature of a component inside the housing of the energy storage device and / or an ambient temperature.
  • the control unit can be connected to the control unit, which measures the named component and / or ambient temperature and / or housing interior temperature.
  • the control unit can be connected to a flow meter in order to be able to regulate the flow rate of the cooling medium.
  • the electrical connections and / or the signal connections of the energy storage device can also be plugged in on the outside of the housing or designed as a plug, so that the corresponding power or signal lines are merely plugged in need.
  • the housing in which the components of the module are integrated can be designed to be divisible and comprise a plurality of housing parts which can be assembled to form the common housing into which at least the DC / DC controller, the memory block and the control unit are integrated.
  • Various electrical components can be accommodated in the different housing parts, which can be connected to one another when the housing parts are assembled by releasable connecting means, in particular plug contacts.
  • plug-in connection parts can be attached to the interfaces of the housing parts or elsewhere in such a way that when two housing parts are put together or joined together, the plug connections are also automatically closed or come into engagement in order to interconnect the electronic components which are accommodated in the two housing parts connect to.
  • a warning signal device can be provided for emitting a warning signal when the energy storage unit is still charged with energy and in this respect voltage can still be applied to the external connection contacts and thus a possible one Danger potential is present.
  • the warning signal device can, for example, be designed visually and provide a warning signal that is visible from the outside, but possibly also work acoustically or in some other way.
  • an electrical isolating switch can advantageously also be provided to disconnect the memory block and / or to disconnect the connections on the housing, the isolating switch mentioned being designed as an internal circuit or inside the housing of the energy storage unit can. With the help of such an electrical isolating switch, the connections made from the energy storage system can be de-energized, which considerably reduces the risk potential.
  • the energy storage device can also comprise a preferably integrated discharge circuit which can advantageously be actuated from the outside or, on command from the outside, can convert the energy still contained in the storage block into heat. Accordingly, the memory block can be discharged by a control signal which can be sent to the energy storage unit from the outside, for example if the energy storage device is to be decoupled from the drive system.
  • the housing can advantageously be designed in a sufficiently high IP protection class that enables the storage system to be used outdoors.
  • the energy storage device is designed mechanically in such a way that it can also be used in the event of higher vibration loads, such as can occur in mobile work machines such as construction machines and cranes, for example by means of a correspondingly strong design of the housing and / or damping embedding of the electrical components in the housing and / or suitable design of the electrical components themselves.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the control device of the energy storage device from FIG. 1, the controller board, the communication board plugged onto the controller board and the adaptation board of the control device connected to the controller board being shown; 3 shows a schematic representation of a plurality of energy storage units connected in parallel, which can be controlled by the previously shown control device of FIG. 2 in a master / slave operating mode,
  • FIG. 5 shows a schematic representation of two energy storage units which are arranged in parallel with one another, but in contrast to the embodiment according to FIG. 4, but function as master and slave units through the control device,
  • FIGS. 1 to 5 a schematic representation of a drive system with mains supply and an electric motor controlled by a frequency converter, the frequency converter being supplied from a DC voltage intermediate circuit to which the energy storage device from FIGS. 1 to 5 can be connected, and
  • FIG. 7 a schematic representation of the connection of the memory block from FIGS. 4 and 5 to the DC voltage intermediate circuit from FIG. 6 via a DC / DC actuator.
  • FIG. 6 shows an example of a drive system 1 to which the energy storage devices shown by way of example in FIGS. 1 to 5 can be connected in accordance with exemplary embodiments of the invention.
  • the drive system 1 can comprise an electric motor M, which can be supplied via a power electronics 2 from a current source or voltage source 5, the said current source 5 being a mains connection or a generator, for example can be driven by a diesel engine, as is often the case with construction machines.
  • the named electric motor M can drive various actuators.
  • this can be a lifting mechanism and / or a traversing drive of a lifting device, for example in the form of a passenger and / or freight elevator of a building, or else in the form of a crane, in particular a container bridge crane, or an actuator or a drive drive unit of a mobile construction machine such as a truck mixer.
  • a lifting device for example in the form of a passenger and / or freight elevator of a building, or else in the form of a crane, in particular a container bridge crane, or an actuator or a drive drive unit of a mobile construction machine such as a truck mixer.
  • the power electronics 2 can comprise a frequency converter 3 which controls and supplies the electric motor M.
  • Said frequency converter 3 can in turn be supplied from a DC voltage circuit or DC voltage intermediate circuit 4, which is connected to the current source 5 and can work as a rectifier.
  • said DC voltage intermediate circuit 4 can comprise an intermediate circuit capacitor C1, to the two voltage connections of which an energy storage device 6 can be connected, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the at least one memory block 7 of the energy storage device 6 can be connected via a DC / DC converter 8, which connects the output voltage U2 of the memory block 7 to the voltage U1 of the DC link 4, cf. Fig. 7.
  • the energy storage system for example connected to the connections of the intermediate circuit capacitor C1, now serves not to destroy the regenerated energy from the direct voltage intermediate circuit 4, but to absorb it and make it available again at a later point in time.
  • the energy store itself can be formed from various electrical components which are suitable for this. In particular, these can be double-layer capacitors, or also battery cells or accumulators, as are used in emergency power systems.
  • a memory block 7 can be formed from a plurality of such cells - for example, a plurality of double-layer capacitors - by series and / or parallel connection, which emits a variable total voltage depending on the cell type and charge state.
  • the circuit is now advantageously designed such that the maximum voltage of the memory block 7 is lower than the minimum voltage of the DC link 4.
  • the output voltage U2 of the memory block 7 can be, for example, in the range from 250 to 500 V, while the voltage U1 across the connections of the DC link 4 can be, for example, 650 V.
  • the DC / DC actuator 8 now connects the two voltage systems to one another, the circuit of the DC / DC actuator being able to transfer energy from the high voltage level to the low voltage level, which corresponds to the loading of the memory block 7, and also to transfer in the other direction, which corresponds to the withdrawal or an energy transfer from the storage block 7 into the intermediate circuit 4, cf. Fig. 7.
  • the energy storage device 6 is advantageously distinguished by a plug-and-play configuration, so that the energy storage device 6 can be easily connected to the intermediate circuit 4 in the manner of a black box.
  • a memory block 7 which, as mentioned, consists of several memory cells, for example in the form of double-layer capacitors. can stand, together with a DC / DC actuator 8 and a control device 9 which accomplishes the energy management of the energy storage device, combined to form an energy storage unit and integrated into a common housing 10 which, as mentioned, consists of different housing parts. can be composed.
  • coolant connections 14 can be provided on the housing 10 of an energy storage unit in order to provide a cooling circuit integrated in the housing 10 for cooling the storage block 7 and / or the DC / DC actuator 8 and / or the control device 9 to an external one To be able to connect the cooling circuit of the machine.
  • the aforementioned internal control device 9 of the energy storage device 6 can include a controller board 90 which controls and / or regulates various control functions of the energy storage device 6, in particular the aforementioned DC / DC controller 8 checked and performs other control functions that will be explained.
  • Said controller board 90 can include a microcontroller 91, which can process one or more software modules, for example, which can be stored in a memory module (not shown in more detail). Furthermore, the controller board 90 mentioned can comprise a so-called FPGA module, that is to say a field-programmable gate array, cf. Reference numeral 92 in FIG. 2.
  • controller board 90 advantageously comprises a plurality of hardware circuits in order to implement various control functions.
  • control device 9 further advantageously comprises a communication board 95 which can be plugged onto the said controller board 90 and can implement fieldbus communication.
  • the controller board 90 also comprises a multiplicity of signal and / or supply connections, which can be designed, for example, in the form of detachable plug connections 93, in order to be used with the adaptation board 96 to be described to be releasably connected.
  • controller board 90 can have a plurality of inputs 94, for example in the form of plug contacts for connecting various sensors.
  • the adaptation board 96 of the control device 9 already mentioned advantageously comprises a plurality of adaptation circuits 100, for example in the form of flardware circuits, by means of which received signals can be adapted and / or transformed and / or channeled and / or distributed, for example around input signals to adapt the superordinate or external system control of the drive device to the needs of the integrated control device 9 and to be able to transfer them there and / or vice versa to adapt and / or transform control signals, operating data and / or recorded parameters from the internal control device 9 and / or to be able to adapt to the needs of the external system control and to be able to provide them appropriately.
  • the said adaptation board 96 advantageously comprises a plurality of interfaces 97, for example in the form of plugs, in order to be able to be connected to the controller board 90, in particular its plug contacts 93, between the controller board 90 and the adaptation board 96 to be able to exchange corresponding signals and / or commands and / or data.
  • the adaptation board 96 can also connect sensor connections 99 various sensors that can be provided in the energy storage device 6 or as external sensors on the drive device.
  • Said control device 9 comprising controller board 90, adaptation board 96 and communication board 95, can in particular be configured to carry out the following control functions and monitoring functions:
  • the parameters can be set via the USB interface or the Profinet interfaces and the PC program Opal.
  • Nominal data for the memory (nominal capacity, nominal current, inductance, ..) o Setting the controller of the different operating modes
  • a plurality of such energy storage units can be connected in parallel and connected in this configuration to the DC voltage intermediate circuit 4, it being possible for the power connections 11 and 12 leading to the outside to be connected directly in parallel, ie + to + and - on -.
  • the interconnected control devices 9 of the energy storage units communicate with one another via the control bus and support the parallel connection mentioned in such a way that all the memory blocks of the units connected in parallel are automatically adjusted to a uniform amount of energy.
  • the memory blocks 7 can each have a balancing circuit which leads the individual voltages of the memory cells to a value that is as uniform as possible.
  • control devices 9 of the energy storage units connected in parallel can also communicate hierarchically with one another, a control device 9 functioning as a master unit, which controls the other control devices 9 functioning as slave units, supplies them with control specifications and / or direct control commands , as well as communicated with the higher-level system controller PLC.
  • the control devices 9 of the storage units can include the control and / or regulating means already explained at the beginning and can be provided or connected with corresponding sensors, detection circuits or sensor circuits, so that the energy storage device 6 or its energy storage units, which in Parallel connection can be summarized, which can also perform functions already explained above.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung mit Leistungsanschlüssen zum Anschließen an einen Spannungskreis einer Leistungselektronik eines Antriebssystems, das von einer externen Systemsteuerung steuerbar ist, sowie zumindest einem elektrischen Speicherblock, zumindest einem Stromrichter für die Verbindung des Spannungskreises der Leistungselektronik des Antriebssystems mit einem internen Spannungskreis des Speicherblocks, und einer Steuervorrichtung zum Steuern des zumindest einen Stromrichters, wobei die genannte Steuervorrichtung ein Controller-Board mit Abgabe- und/oder Einspeisesteuermitteln zum Ansteuern des Stromrichters für das Abgeben/Einspeisen von Strom aus dem/in den Speicherblock, und/oder Spannungsregel- und/oder –steuermittel zum Regeln und/oder Steuern der Ausgangsspannung der Energiespeichervorrichtung aufweist. Erfindungsgemäß besitzt die genannte Steuervorrichtung ein mit dem Controller-Board verbundenes Adaptions-Board, das mehrere Verbindungsanschlüsse für verschieden ausgebildete externe Systemsteuerungen, zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren mit dem Controller-Board der Steuervorrichtung und zumindest einen Adaptions-Schaltkreis zum Anpassen und Übertragen von Signalen zwischen den Verbindungsanschlüssen des AdaptionsBoards und dem Controller-Board aufweist.

Description

PLUG'N'PLAY ENERGIESPEICHERVORRICHTUNG FÜR DIE KOMBINATION MIT
ELEKTRISCHEN ANTRIEBSSYSTEMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung mit Leistungsan- schlüssen zum Anschließen an einen Spannungskreis einer Leistungselektronik eines Antriebssystems, das von einer externen Systemsteuerung steuerbar ist, so- wie zumindest einem elektrischen Speicherblock, zumindest einem Stromrichter für die Verbindung des Spannungskreises der Leistungselektronik des Antriebs- systems mit einem internen Spannungskreis des Speicherblocks, und einer Steuer- vorrichtung zum Steuern des zumindest einen Stromrichters, wobei die genannte Steuervorrichtung ein Controller-Board mit Abgabe- und/oder Einspeisesteuermit- teln zum Ansteuern des Stromrichters für das Abgeben von Strom aus dem Spei- cherblock an das Antriebssystem und/oder für das Einspeisen von Strom aus dem Antriebssystem in den Speicherblock, und mit Spannungsregel- und/oder - steuermittein zum Regeln und/oder Steuern der Ausgangsspannung der Energie- speichervorrichtung aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Antriebssystem mit einer Leistungselektronik, an die eine solche Energiespeichervorrichtung angeschlossen ist, deren Steuervorrichtung mit der übergeordneten Systemsteuerung des Antriebssystems kommuniziert. Sol- che elektrischen Antriebssysteme können bspw. bei Hubvorrichtungen, insbeson- dere Aufzügen wie Personen- und/oder Lastenaufzügen, aber auch Kranen wie Containerbrückenkranen, oder Baumaschinen wie beispielsweise Betonmischer- fahrzeugen, Erdbewegungs- und Bergbaumaschinen wie Oberflächenfräsern, grundsätzlich aber auch anderen mobilen Maschinen oder auch netzgebundenen Maschinen zum Einsatz kommen. Insbesondere können solche Antriebssysteme Personen- und/oder Lastenaufzüge sein, die in oder an Gebäuden wie beispiels- weise Hochhäusern eingesetzt werden, oder auch andere Hubvorrichtungen sein, die Lasten zyklisch heben und senken.
Zur Einsparung von Energie werden immer mehr Antriebe elektrifiziert, die bislang mechanisch oder hydraulisch betrieben wurden, um den besseren Wirkungsgrad von Elektromotoren ausnutzen zu können. Dabei ist es insbesondere bei Anwen- dungen mit zyklisch wiederkehrenden Beschleunigungs- und Bremsphasen bzw. Bergauf- und Bergabfahrten sinnvoll, eine Energiespeichervorrichtung in das An- triebssystem zu integrieren bzw. daran anzuschließen, um bei Beschleunigungs- bzw. Bergaufphasen Energie bereitzustellen und bei Brems- bzw. Bergabphasen freigesetzte Energie rückzuspeisen und in dem zumindest einen Speicherblock zu speichern, wozu sich Kondensatoren, insbesondere Doppelschichtkondensatoren, aber andere Batteriesysteme oder Akkumulatoren eignen. Dabei fallen je nach An- triebssystem zum Teil beträchtliche Energiemengen an, die es bereitzustellen und zwischenzuspeichern gilt, sodass herkömmliche Energiespeicher schnell an ihre Grenzen stoßen bzw. es einer intelligenten Steuerung bedarf, um den Anforderun- gen gerecht zu werden.
Um die von dem zumindest einen Speicherblock bereitgestellte Spannung bzw. den abgegebenen Strom an das jeweilige Antriebssystem und dessen Spannungs- und/oder Strombedarf anzupassen und/oder umgekehrt den vom Antriebssystem rückgespeisten Strom an die Gegebenheiten des internen Spannungskreises des Speicherblocks anzupassen, kann die Energiespeichervorrichtung zumindest einen Stromrichter-Baustein aufweisen, um den bereitgestellten oder eingespeisten Strom hinsichtlich charakteristischer Parameter wie Spannung und/oder Frequenz in der benötigten Weise anzupassen. Werden beispielsweise Doppelschichtkondensatoren als Energiespeicher verwen- det, werden sog. DC/DC-Steller oder DC/DC-Wandler benötigt, da sich die Span- nung über einem Doppelschichtkondensator abhängig vom Füllzustand ändert. Der genannte DC/DC-Wandler verbindet den Doppelschichtkondensator- Speicherbaustein mit den Antriebselementen bzw. den damit normalerweise ver- bundenen Frequenzumrichter und stellt den Austausch von Energie sicher. Solche DC/DC-Wandler oder DC/DC-Steller bezeichnen eine elektrische Schaltung, die eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umsetzen kann und in der Lage ist, Energie vom hohen Spannungspegel in den niedrigen Spannungspegel zu transferieren, beispielsweise um den Energiespeicherblock zu laden, und ebenfalls in der anderen Richtung zu transferieren, d.h. auszuspeichern bzw. vom Speicher- block in den Gleichspannungskreis des Antriebssystems zu transferieren.
Je nach Speicherblock und Antriebssystem können aber auch andere Stromrichter wie beispielsweise Gleichrichter, Wechselrichter, Frequenzumrichter oder allgemein Umrichter Verwendung finden, wobei solche Stromrichter elektronische Bauteile wie etwa Dioden, Transistoren oder Thyristoren, aber auch Mosfets, IGBTs oder IGCTs umfassen können.
Die Anbindung einer solchen Energiespeichervorrichtung insbesondere mit einem Doppelschichtkondensator an das jeweilige Antriebssystem ist jedoch mehr oder minder aufwändig, da üblicherweise die einzelnen Bausteine einer solchen Ener- giespeichervorrichtung mühsam zusammenkonfiguriert und an die Rahmenbedin- gungen des Antriebssystems, beispielsweise dessen Elektromotor und Leistungs- elektronik angepasst werden müssen. Hierbei wird ein Anwender bzw. Applikati- onsingenieur in der Regel gezwungen, sich mit den komplexen internen Abläufen im Energiespeicher und im DC/DC-Steller zu beschäftigen, um die notwendigen Auslegungen bezüglich der Bausteine und der internen Funktionsweise machen zu können. Flinzu kommt eine je nach Antrieb und Einsatzgerät mehr oder minder aufwändige Verkabelung einschließlich Hochstromleitungen, Busverkabelung und SPS-Signalen. Gleichzeitig muss bei den eingangs genannten Einsatzgeräten da- rauf geachtet werden, dass die Energiespeichervorrichtung den rauen Einsatzbe- dingungen wie Staubbelastung und Stoß- und Vibrationsbelastungen standhalten muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energiespeichervorrichtung der eingangs genannten Art, sowie ein verbessertes Antriebssystem mit einer solchen Energiespeichervorrichtung zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und Letzteren in vor- teilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll die Anbindung der Energiespei- chervorrichtung an ein jeweiliges Antriebssystem drastisch vereinfacht werden und dabei dennoch die Zwischenspeicherung und Wiederabgabe der elektrischen Energie in und aus dem Energiespeicher effizient und sicher gestaltet werden.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine Energiespeichervorrich- tung gemäß Anspruch 1 und ein Antriebssystem mit einer solchen Energiespei- chervorrichtung gemäß Anspruch 18 gelöst. Erfindungsgegenstand ist weiterhin der Einsatz eines solchen Antriebssystems in einer Hubvorrichtung gemäß Anspruch 21 .
Es wird also vorgeschlagen, die elektrischen Komponenten der Energiespeicher- Vorrichtung zu einem Plug-and-Play-Modul zusammenzufassen, das von einem Anwender nach Art einer Black Box einerseits mit den Leistungsanschlüssen ein- fach an die Leistungselektronik bzw. den Spannungskreis des Antriebssystems an- schließbar ist und andererseits mit seiner integrierten Steuervorrichtung, die den zumindest einen Stromrichter für das Abgeben und/oder Einspeisen und/oder die Ausgangsspannugn der Speichervorrichtung steuert, an die übergeordnete Steuer- vorrichtung verschiedener Antriebssysteme anschließbar ist und die von der jewei- ligen übergeordneten Steuervorrichtung benötigten Parameter und Signale austau- schen kann. Erfindungsgemäß besitzt die genannte Steuervorrichtung ein mit dem Controller-Board verbundenes Adaptions-Board, das mehrere Verbindungsan- schlüsse für verschieden ausgebildete externe Systemsteuerungen, zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren mit dem Controller-Board der Steuervorrichtung und zumindest einen Adaptions-Schaltkreis zum Anpassen und Übertragen von Signalen zwischen den Verbindungsanschlüssen des Adaptions- Boards und dem Controller-Board aufweist. Durch die mehreren, voneinander ver- schieden ausgebildeten Verbindungsanschlüsse des Adaptions-Boards kann die in die Energiespeichervorrichtung integrierte Steuervorrichtung in einfacher Weise an verschieden ausgebildete, externe Systemsteuerungen angeschlossen werden.
Je nachdem, wie die externe Systemsteuerung ausgebildet ist, können über den jeweils passenden Verbindungsanschluss des Adaptions-Boards die von der exter- nen Systemsteuerung benötigten oder bereitgestellten Signale, Datenformate und/oder Parameter empfangen oder übertragen bzw. bereitgestellt werden. Damit die von dem Controller-Board bereitgestellten Signale, Daten und/oder Parameter von der externen Systemsteuerung auch verwendet werden können oder umge- kehrt von der externen Systemsteuerung bereitgestellte Signale, Daten, Befehle oder Parameter vom Controller-Board verwendet werden können, passt der zumin- dest eine Adaptions-Schaltkreis des Adaptions-Boards die genannten Signale, Da- ten, Befehle und/oder Parameter hinsichtlich ihres Formats und/oder Spannungsle- vels und/oder hinsichtlich ihrer Übertragungswege zum jeweiligen Verbindungsan- schluss und/oder zur Kommunikationsschnittstelle des Adaptions-Boards an, so- dass das Controller-Board mit verschieden ausgebildeten, übergeordneten exter- nen Systemsteuerungen kommunizieren kann.
Vorteilhafterweise kann das Adaptions-Board mehrere Adaptions-Schaltkreise um- fassen, von denen ein jeweils passender Schaltkreis die jeweils benötigten Signale, Daten und/oder Parameter von der/an die jeweilige externe Systemsteuerung adap- tieren kann.
In Weiterbildung der Erfindung kann das genannte Adaptions-Board auch mehrere Sensoranschlüsse zum Anschließen an verschiedene Sensoren umfassen, die für die Systemsteuerung und/oder für die interne Steuervorrichtung benötigt werden. Insbesondere kann das Adaptions-Board mittels der genannten Sensoranschlüsse einerseits an energiespeichervorrichtungsinterne Sensoren, mittels derer die Ener- giespeichervorrichtung, insbesondere deren Speicherblock und/oder zumindest ein Betriebszustand am Stromrichter und/oder am internen Spannungskreis überwacht wird, angeschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Adaptions-Board über die genannten Sensoranschlüsse an externe Sensoren angeschlossen wer- den, die zumindest einen Betriebszustand des anzuschließenden Antriebssystems oder dessen Leistungselektronik überwachen.
Beispielsweise können an die Sensoranschlüsse des Adaptions-Boards Kühlvor- richtungs-Sensoren zum Überwachen einer Kühlvorrichtung, beispielsweise ein Kühlmittelflussmengen- und/oder -massensensor und/oder ein Temperatursensor, und/oder ein Strom- und/oder Spannungssensor zum Überwachen eines Strom- flusses und/oder einer Spannung im Spannungskreis des anzuschließenden An- triebssystems und/oder im internen Spannungskreis des Speicherblocks, und/oder ein Symmetriergrad-Sensor zum Überwachen der Symmetrierung mehrerer Spei- cherblöcke angeschlossen werden.
Der genannte zumindest eine Adaptions-Schaltkreis des Adaptions-Boards kann beispielsweise aus einer oder mehrerer Hardware-Komponenten in Form elektroni- scher Bausteine wie Halbleiterbausteinen bestehen, aber auch alternativ oder zu- sätzlich einen oder mehrere Software-Bausteine umfassen, die in einem Speicher- baustein gespeichert und in einem Prozessor verarbeitet werden können.
Das Adaptions-Board kann insbesondere auch mehrere solcher Hardware- Schaltkreise und/oder Software-Bausteine umfassen.
Unter Zuhilfenahme des genannten Adaptions-Boards kann ein an den Speicher- block und dessen Schaltkreis angepasstes Controller-Board Verwendung finden und trotzdem an verschiedene übergeordnete Systemsteuerungen angepasst und damit zusammen verwendet werden. Das genannte Ad aptions- Board kann über eine oder mehrere Steckverbindungen lösbar mit dem genannten Controller-Board verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Adaptions-Board aber auch fest mit dem Controller-Board verdrahtet sein. Das genannte Controller-Board kann vorteilhafter weise zumindest einen Mikrocon- troller, zumindest einen FPGA-Baustein, das heißt ein Field-Programmable Gate Array, weiterhin Flardware-Schaltkreise und Steckverbinder für die Kontaktierung aufweisen und/oder aus den genannten Bausteinen bestehen. Die genannten Flardware-Schaltkreise des Controller-Boards können dabei elektronische Baustei- ne wie beispielsweise Flalbleiterbausteine, Transistoren, Dioden oder andere aktive oder passive Bauelemente umfassen, wobei insbesondere auch integrierte Schalt- kreise am Controller-Board vorgesehen sein können. Alternativ oder zusätzlich zu den genannten Flardware-Schaltkreisen kann das Controller-Board aber auch zu- mindest einen Software- Bau stein umfassen, der in einem Speicherbaustein gespei- chert ist und mit dem Mirkocontroller zusammenwirkt bzw. von diesem abgearbeitet wird.
In Weiterbildung der Erfindung kann die in die Energiespeichervorrichtung integrier- te Steuervorrichtung weiterhin ein Kommunikations-Board umfassen, welches dazu vorgesehen ist, eine Feldbus-Kommunikation für die Steuervorrichtung zu ermögli- chen, insbesondere mit signalgebenden und/oder mit signalverarbeitenden Bau- steinen der Energiespeichervorrichtung wie beispielsweise Sensoren und/oder mit signalgebenden und/oder signalverarbeitenden Bausteinen der anzuschließenden Antriebsvorrichtung und/oder der externen Systemsteuerung wie beispielsweise an der Antriebsvorrichtung verbauten Sensoren.
Das genannte Communication-Board kann in vorteilhafter Weise Steckverbinder aufweisen und auf dem Controller-Board aufgesteckt sein.
In dem genannten Controller-Board kann in vorteilhafter Weise eine Fülle von Steuerungsfunktionen implementiert und/oder vorangelegt sein, die es der Steuer- vorrichtung ermöglichen, die Energiespeichervorrichtung für eine Fülle verschiede- ner Antriebsvorrichtungen und verschiedener externer Steuerungssysteme zu steu- ern und entsprechende Steuerungsfunktionen auszuführen, je nachdem welche Steuerungsfunktion von der Antriebsvorrichtung und/oder dem externen Steue- rungssystem benötigt werden.
Insbesondere kann die Steuervorrichtung der Energiespeichervorrichtung Steuer- mittel zum Steuern des Betriebs des zumindest einen Speicherblocks umfassen, wobei die genannten Zustandssteuermittel für den Betrieb des Energiespeichers vorteilhafter Weise dazu konfiguriert sein können, eine automatische Vorladung eines internen Zwischenkreises und/oder ein automatisches Verbinden und Tren- nen zu einem externen Zwischenkreis des Antriebssystems und/oder ein automati- sches Vorladen auf eine vorzugsweise parametrierbare Initialspannung auszufüh- ren.
Alternativ oder zusätzlich kann die integrierte Steuerung Erfassungsmittel zum Er- fassen verschiedener Sensoren umfassen, beispielsweise zumindest eines Span- nungssensors und/oder zumindest eines Stromsensors und/oder zumindest eines Temperatursensors oder zumindest eines Durchflusssensors, mittels derer ent- sprechende Betriebsgrößen der Energiespeichervorrichtung und/oder des Antriebs- systems gemessen werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung der Energiespeichervorrich- tung Leistungssteuermittel zum Erzeugen von Steuersignalen für die Leistungs- elektronik des Antriebssystems umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung einen Regler zum Regeln des Stroms im Speicherblock umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann die integrierte Steuervorrichtung Betriebssteuermit- tel zum Einstellen bzw. Steuern verschiedener Betriebsarten der Energiespeicher- Vorrichtung umfassen, wobei die genannten Betriebssteuermittel insbesondere ei- nen Regler zum Regeln einer Zwischenkreisspannung und/oder einen Regler zum Regeln einer Zwischenkreisspannung mit Sollwertfenster und/oder einen Regler zum Regeln eines Zwischen kreisstroms und/oder einen Regler zum Regeln einer Leistung und/oder einen Regler zum Regeln eines Ladungszustands und/oder Steuermittel zum aktiven Entladen des Speicherblocks umfassen können.
Alternativ oder zusätzlich kann die integrierte Steuervorrichtung einen Selbsttest- Baustein zum Selbsttesten der Leistungselektronik aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann die integrierte Steuervorrichtung zumindest einen Begrenzer-Baustein umfassen, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, beim Er- reichen von Speicher-Spannungsgrenzen und/oder beim Erreichen von Speicher- Stromgrenzen und/oder beim Erreichen von Zwischenkreis-Stromgrenzen und/oder beim Erreichen von Zwischen-Leistungsgrenzen und/oder beim Erreichen von Temperaturgrenzen zumindest eine charakteristische Stellgröße der Energiespei- chervorrichtung und/oder der Antriebsvorrichtung zu begrenzen oder zu verändern, beispielsweise einen abgegebenen oder eingespeisten Strom und/oder ein Span- nungsniveau zu begrenzen oder zu senken.
Ein solcher Begrenzer-Baustein kann vorteilhafter Weise parametrierbar ausgebil- det sein, um die entsprechende Spannungsgrenze und/oder Stromgrenze und/oder Leistungsgrenze und/oder Temperaturgrenze einstellbar vorgeben zu können.
Alternativ oder zusätzlich kann die genannte Steuervorrichtung der Energiespei- chervorrichtung zumindest einen Überwachungs-Baustein umfassen, der dazu ausgebildet ist, einen Überstrom in der Energiespeichervorrichtung und/oder eine Überspannung in einem Zwischenkreis und/oder eine Spannung in der Energie- speichervorrichtung und/oder eine Spannung in dem zumindest einen Speicher- block, und/oder eine Übertemperatur beispielsweise im Kühlwasser einer Kühlvor- richtung und/oder in dem zumindest einen Speicherblock und/oder in einem Innen- raum der Energiespeichervorrichtung und/oder an zumindest einer Drossel, und/oder einem Zustand zumindest eines Relais und/oder eine Kühlvorrichtung beispielsweise hinsichtlich Kühlmitteldurchfluss und/oder eines Kühlaggregatszu- stands, und/oder eine Leistungselektronik und/oder einen Speicherzustand und/oder eine Symmetrierungsfunktion der Speicherblöcke zu überwachen. Alter- nativ oder zusätzlich können auch Überwachungsmittel zum Überwachen der Rest- lebensdauer der Energiespeichervorrichtung und/oder des zumindest einen Spei- cherblocks vorgesehen sein, wobei solche Überwachungsmittel die genannte Rest- lebensdauer berechnen und/oder schätzen können.
Alternativ oder zusätzlich kann das zuvor genannte Kommunikations-Board und/oder das Adaptions-Board einen Feldbus-Kommunikations-Baustein für eine Feldbus-Kommunikation zu externen Steuerungssystem aufweisen, wobei der Feldbus-Kommunikations-Baustein beispielsweise dazu vorgesehen sein kann, ei- ne Betriebsart vorzugeben und/oder ein Starten bzw. Stoppen der Antriebsvorrich- tung vorzugeben und/oder einen Sollwert für eine jeweilige Betriebsart vorzugeben und/oder veränderbare Limits während eines Betriebs vorzugeben und/oder einen Vorsteuerwert für eine Regelung und/oder Betriebsart vorzugeben und/oder einen aktuellen Status des Energiespeichers auszulesen und/oder aktuelle Betriebsdaten auszulesen und bereitzustellen.
Alternativ oder zusätzlich kann die genannte Steuervorrichtung der Energiespei- chervorrichtung einen Statistik-Baustein zum Bestimmen und/oder Speichern von statistischen Daten umfassen, beispielsweise einer Zeitverteilung einer Speicher- temperatur und/oder einer Zeitverteilung einer Leistung und/oder einer Zeitvertei- lung eines Stroms in der Energiespeichervorrichtung und/oder einer Zeitverteilung einer Spannung in der Energiespeichervorrichtung.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung eine Master-/Slave- Steuereinrichtung zum Betreiben mehrerer Speicherblöcke in einem Master-/Slave- Modus umfassen, wobei eine solche Master-/Slave-Steuereinrichtung vorteilhafter Weise Kommunikationsmittel, die eine Kommunikation mehrerer Energiespeicher- einheiten untereinander vorzugsweise über einen CAN-BUS ermöglichen, und/oder Synchronisationsmittel zum Synchronisieren der Spannung der mehreren parallel- geschalteten Energiespeichereinheiten und/oder Aufteil-Steuermittel zum gleich- mäßigen Aufteilen des Stroms in den parallelgeschalteten Energierspeichereinhei- ten umfassen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die genannte Steuervorrichtung Betriebsdaten- Übertragungsmittel zum Übertragen von Betriebsdaten der zumindest einen Ener- giespeichervorrichtung an einen zentralen Server und/oder eine Cloud umfassen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die interne Steuervorrichtung der Energiespeichervorrichtung, insbesondere zumindest eines der vorgenannten Steuermittel, parametrierbar ausgebildet sein, um über entsprechende Vorgabe von Parametern die genannten Funktionalitäten verändern zu können. Ein Parametrie- rungs-Baustein kann vorteilhafter Weise über eine USB-Schnittstelle und/oder eine Profinet-Schnittstelle mit einem externen oder internen Parametrierungs-Gerät, bei spielsweise einem PC-Programm OPAL kommunizieren, um die gewünschte Pa- rametrierung vorzunehmen.
Vorteilhafterweise kann mittels des genannten Parametrierungs-Bausteins zumin- dest eine der folgenden Funktionalitäten parametriert bzw. angepasst werden:
-zumindest ein Kommunikationsparameter,
-zumindest ein Parameter zur Leistungselektronik wie beispielsweise der ma- ximale Strom, eine minimale und/oder maximale Spannung, zumindest ein Sensor, zumindest eine Schaltzeit und/oder zumindest eine Schaltfrequenz, -zumindest ein Betriebsmodus, beispielsweise ein Steuerungs-Modus über ei- nen Feldbus und/oder ein Master-/Slave-Modus und/oder ein Fehlerreaktions- Modus,
-zumindest eine Überwachungsfunktion wie beispielsweise die Vorgabe eines Grenzwerts für eine Kühlvorrichtung und/oder eine Symmetrierungsfunktion und/oder eine Spannung, und/oder zumindest ein Grenzwert für Strom und Leistung der Energiespeichervorrichtung und/oder der Antriebsvorrichtung, -Nenndaten der Energiespeichervorrichtung wie beispielsweise Nennkapazität und/oder Nennstrom und/oder Induktivität,
-eine Einstellung zumindest eines Reglers. Die genannte Energiespeichervorrichtung kann dabei grundsätzlich verschieden beschaffen sein, beispielsweise als Speicherzelle einen Akku und/oder einen Kon- densator umfassen. Insbesondere vorteilhaft kann die zuvor beschriebene Steuer- vorrichtung Verwendung finden bei einer bipolar ausgebildeten Speichereinheit.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Energiespeichervorrichtung einen DC/DC- Steller aufweisen, der bidirektional ausgebildet ist, um den Speicherblock sowohl laden als auch Strom aus dem Speicherblock bereitstellen zu können, wobei die Steuerungseinheit der Energiespeichervorrichtung Abgabe- und Einspeisesteuer- mittel zum Ansteuern des DC/DC-Stellers sowohl beim Abgeben von Strom aus dem Speicherblock an den Gleichspannungskreis als auch beim Einspeisen von Strom aus dem Gleichspannungskreis in den Speicherblock aufweist, und der ge- nannte DC/DC-Steller, der Speicherblock und die Steuerungseinheit zu einer Ener- giespeichereinheit mit einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind, in dem der DC/DC-Steller, der Speicherblock und die Steuerungseinheit aufgenom- men sind und an dessen Außenseite zwei Anschlüsse zum Anschließen an den Gleichspannungskreis vorgesehen sind. Es erfolgt also sowohl die Einspeisung als auch die Abgabe von Strom in den bzw. aus dem Speicherblock über den DC/DC- Steller, der sowohl die Stromabgabe als auch die Einspeisung steuert, so dass eine einfache Anbindung an den Gleichspannungskreis des Antriebssystems möglich ist. Dabei bildet die Energiespeichervorrichtung ein integrales Gesamtsystem, welches die beteiligten und benötigten Komponenten in einem einzigen Gehäuse zusam- menführt, in das auch die Steuerung für das Energiemanagement eingebaut ist. Im Wesentlichen müssen lediglich die beiden an der Gehäuseaußenseite vorhandenen Anschlüsse mit dem Gleichspannungskreis des Antriebssystems verbunden wer- den, wobei die Steuerungseinheit im Inneren des Gehäuses der Energiespeicher- Vorrichtung die notwendigen Steuerungs- und Regelgrößen an das Antriebssystem anpasst.
Der Speicherblock der Energiespeichervorrichtung kann insbesondere zumindest einen Kondensator, vorzugsweise in Form eines Doppelschichtkondensators, zur Energiespeicherung umfassen, wobei prinzipiell aber auch zumindest eine Batterie oder ein Akkumulator zusätzlich oder alternativ zu einem solchen oder mehreren Kondensatoren vorgesehen sein kann.
Um thermische Probleme der Energiespeichervorrichtung zu vermeiden, kann der zumindest eine Speicherblock und/oder der DC/DC-Steller und/oder die Steue- rungseinheit im Inneren des gemeinsamen Gehäuses an einen Kühlkreis angebun- den werden, der vorzugsweise am Gehäuse Kühlmittelanschlüsse zum Anschlie- ßen an einen externen Kühlkreis aufweisen kann, um die in das Kühlmittel gelan- gende Wärme aus dem Speicherblock und/oder dem DC/DC-Steller und/oder der Steuerungseinheit aus dem Gehäuse herausführen und extern abgeben zu können. Um eine einfache Montage zu ermöglichen, können die genannten Kühlmittelan- schlüsse steckbar ausgebildet sein, so dass lediglich die Kühlmittelleitungen des externen Kühlkreises an das Gehäuse der Energiespeichervorrichtung angeschlos- sen werden müssen.
Vorteilhafterweise kann der interne und/oder externe Kühlkreis und dessen Bauteile wie Kühlmittelumwälzer, Kühlluftgebläse, Schaltventile, Durchflussregler und der- gleichen temperaturabhängig von der Steuereinheit im Inneren der Energiespei- chervorrichtung angesteuert werden, insbesondere in Abhängigkeit der Temperatur einer Komponente im Inneren des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung und/oder einer Umgebungstemperatur. Hierzu kann zumindest ein Temperatur- sensor vorgesehen und mit der Steuereinheit verbindbar sein, welcher die genann- te Bauteil- und/oder Umgebungstemperatur und/oder Gehäuseinnenraumtempera- tur misst. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit mit einem Durchfluss- messer verbindbar sein, um die Durchflussmenge des Kühlmediums regeln zu kön- nen.
Um nicht nur die Kühlmittelleitungen einfach an das Gehäuse anstecken zu kön- nen, können auch die elektrischen Anschlüsse und/oder die Signalanschlüsse der Energiespeichervorrichtung an der Gehäuseaußenseite steckbar bzw. als Stecker ausgebildet sein, so dass die entsprechenden Strom- bzw. Signalleitungen lediglich angesteckt werden brauchen. Um eine einfache Handhabung und einen einfachen Transport der Energiespei- chervorrichtung zu ermöglichen, kann das Gehäuse, in das die Komponenten des Moduls integriert sind, teilbar ausgebildet sein und mehrere Gehäuseteile umfas- sen, die zu dem gemeinsamen Gehäuse zusammensetzbar sind, in das zumindest der DC/DC-Steller, der Speicherblock und die Steuereinheit integriert sind. In die verschiedenen Gehäuseteile können verschiedene elektrische Komponenten un- tergebracht sein, die beim Zusammensetzen der Gehäuseteile durch lösbare Ver- bindungsmittel, insbesondere Steckkontakte, miteinander verbunden werden kön- nen. Beispielsweise können Steckverbindungsteile an den Schnittstellen der Ge- häuseteile oder anderswo so angebracht sein, dass beim Zusammensetzen bzw. Aneinanderfügen zweier Gehäuseteile automatisch auch die Steckverbindungen geschlossen werden bzw. in Eingriff geraten, um die elektronischen Komponenten, die in den beiden Gehäuseteilen untergebracht sind, miteinander zu verbinden.
Um einen sicheren, gefahrlosen Gebrauch der Energiespeichereinheit sicherzustel- len, kann in Weiterbildung der Erfindung eine Warnsignaleinrichtung zum Abgeben eines Warnsignals vorgesehen sein, wenn die Energiespeichereinheit noch mit Energie geladen ist und insofern an den äußeren Anschlusskontakten noch Span- nung anliegen kann und damit ein mögliches Gefahrenpotential vorhanden ist. Die Warnsignaleinrichtung kann beispielsweise visuell ausgebildet sein und ein von außen sichtbares Warnsignal bereitstellen, ggf. aber auch akustisch oder in anderer Weise arbeiten.
Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Warnsignaleinrichtung kann vorteilhaf- terweise auch ein elektrischer Trennschalter zum Abtrennen des Speicherblocks und/oder zum Energielosschalten der Anschlüsse am Gehäuse vorgesehen sein, wobei der genannte Trennschalter intern bzw. im Inneren des Gehäuses der Ener- giespeichereinheit als Trennschaltung ausgebildet sein kann. Mit Hilfe eines sol- chen elektrischen Trennschalters können die aus dem Energiespeichersystem her- ausführenden Anschlüsse elektrisch spannungslos gemacht werden, wodurch das Gefahrenpotential beträchtlich reduziert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Energiespeichervorrichtung auch eine vorzugs- weise integrierte Entladeschaltung umfassen, die vorteilhafterweise von außen her betätigbar bzw. auf ein Kommando von außen her die im Speicherblock noch ent- haltene Energie in Wärme umwandeln kann. Dementsprechend kann durch ein von außen her an die Energiespeichereinheit gebbares Steuersignal der Speicherblock entladen werden, beispielsweise wenn die Energiespeichervorrichtung vom An- triebssystem abgekoppelt werden soll.
Vorteilhafterweise kann das Gehäuse in einer ausreichend hohen IP-Schutzklasse ausgebildet sein, die den Eisnatz des Speichersystems im Freien ermöglicht. Vor- teil hafterweise ist die Energiespeichervorrichtung mechanisch derart ausgebildet, daß sie auch bei höheren Vibrationsbelastungen, wie sie bei mobilen Arbeitsma- schinen wie Bausmaschinen und Kranen Vorkommen, einsetzbar ist, bspw. durch entsprechend starke Ausbildung des Gehäuses und/oder dämpfende Einbettung der elektrischen Komponenten im Gehäuse und/oder geeignete Ausbildung der elektrischen Komponenten selbst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und zu- gehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Energiespeichervorrichtung mit ei- ner variabel konfigurierbaren Steuervorrichtung nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung,
Fig. 2: eine schematische Darstellung der Steuerungsvorrichtung der Energie- speichervorrichtung aus Fig. 1 , wobei das Controller-Board, das auf das Controller-Board aufgesteckte Kommunikations-Board und das mit dem Controller-Board verbundene Adaptions-Board der Steuervorrichtung dargestellt sind, Fig. 3: eine schematische Darstellung mehrerer parallel geschalteter Energie- speichereinheiten, die von der zuvor gezeigten Steuervorrichtung der Fig. 2 in einem Master-/Slave-Betriebsmodus steuerbar sind,
Fig. 4: eine schematische Darstellung zweier Energiespeichereinheiten, die je- weils in ein gemeinsames Gehäuse integriert einen Speicherblock, eine Steuerungsvorrichtung und einen DC/DC-Steller umfassen, zueinander parallel geschaltet angeordnet sind und gleichberechtigt miteinander so- wie mit einer übergeordneten Steuerung kommunizierende Steuerungs- Vorrichtungen umfassen,
Fig. 5: eine schematische Darstellung zweier Energiespeichereinheiten, die zu- einander parallel geschaltet angeordnet sind, im Gegensatz zur Ausfüh- rung nach Fig. 4 jedoch durch die Steuerungsvorrichtung als Master- und Slave-Einheiten fungieren,
Fig. 6: eine schematische Darstellung eines Antriebssystems mit Netzspeisung und ein über einen Frequenzumrichter gesteuerten Elektromotor, wobei der Frequenzumrichter aus einem Gleichspannungs-Zwischenkreis ver- sorgt wird, an welchen die Energiespeichervorrichtung aus den Figuren 1 bis 5 anbindbar ist, und
Fig. 7: eine schematische Darstellung der Anbindung des Speicherblocks aus den Figuren 4 und 5 an den Gleichspannungs-Zwischenkreis aus Fig. 6 über einen DC/DC-Steller.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Antriebssystems 1 , an das die in den Figuren 1 bis 5 beispielhaft gezeigten Energiespeichervorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung angebunden werden können. Das Antriebssystem 1 kann einen Elektromotor M umfassen, der über eine Leistungselektronik 2 von einer Stromquel- le bzw. Spannungsquelle 5 her versorgt werden kann, wobei die genannte Strom- quelle 5 ein Netzanschluss, oder auch ein Generator sein kann, der beispielsweise von einem Dieselmotor angetrieben werden kann, wie dies häufig bei Baumaschi- nen der Fall ist. Der genannte Elektromotor M kann verschiedene Stellaggregate antreiben. Beispielsweise kann dies, wie eingangs erwähnt, ein Hubwerk und/oder ein Verfahrantrieb einer Hubvorrichtung beispielsweise in Form eines Personen- und/oder Lastenaufzugs eines Gebäudes, oder aber auch in Form eines Krans, insbesondere eines Containerbrückenkrans sein, oder ein Stellantrieb oder ein An- triebsaggregat einer mobilen Baumaschine wie beispielsweise eines Fahrmischers.
Wie Fig. 6 zeigt, kann die Leistungselektronik 2 einen Frequenzumrichter 3 umfas- sen, der den Elektromotor M ansteuert und versorgt. Der genannte Frequenzum- richter 3 kann wiederum aus einem Gleichspannungskreis bzw. Gleichspannungs- Zwischenkreis 4 versorgt werden, der an die Stromquelle 5 angebunden ist und als Gleichrichter arbeiten kann. Insbesondere kann der genannte Gleichspannungs- Zwischenkreis 4 einen Zwischenkreiskondensator C1 umfassen, an dessen beiden Spannungsanschlüssen eine Energiespeichervorrichtung 6 angeschlossen werden kann, wie dies in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist. Insbesondere kann die Anbin- dung des zumindest einen Speicherblocks 7 der Energiespeichervorrichtung 6 über einen DC/DC-Steller 8 erfolgen, der die Ausgangsspannung U2 des Speicherblocks 7 an die Spannung U1 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 anbindet, vgl. Fig. 7.
Wenn der Elektromotor M des Antriebssystems 1 antreibt, wird Energie aus dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 entnommen und dem Elektromotor M zugeführt, wobei die Nachlieferung der Energie aus der Stromquelle 5 über den Netzgleich- richter erfolgt, der in Fig. 6 den linken Schaltungsteil der Leistungselektronik 2 bil- det. Wenn der Elektromotor M jedoch bremst, wird Energie vom Elektromotor M in das Gleichspannungssystem eingespeist. In herkömmlichen Systemen ohne Ener- giezwischenspeicherung wird diese rückgespeiste Energie üblicherweise, die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen R1 gekennzeichnet sind, zu Wärme vernichtet, wo- bei solche Hochlastwiderstände mittels elektronischen Schaltern T5 über das Gleichspannungssystem geschaltet werden können, um eine Zerstörung der Leis- tungselektronik durch die rückgespeiste Energie zu vermeiden. Das beispielsweise an die Anschlüsse des Zwischenkreiskondensators C1 ange- schlossene Energiespeichersystem dient nun dazu, die rückgespeiste Energie aus dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 nicht zu vernichten, sondern sie aufzuneh- men und zu einem späteren Zeitpunkt wieder zur Verfügung zu stellen. Der Ener- giespeicher selber kann hierbei aus verschiedenen elektrischen Komponenten ge- bildet sein, welche hierzu in Frage kommen. Dies können insbesondere Doppel- schichtkondensatoren sein, oder auch Batteriezellen oder Akkumulatoren, wie sie in Notstromanlagen in Gebrauch sind. Beispielsweise kann aus mehreren solcher Zel- len - beispielsweise mehreren Doppelschichtkondensatoren - durch Reihen- und/oder Parallelschaltung ein Speicherblock 7 gebildet sein, der je nach Zellentyp und Ladungszustand eine veränderliche Summenspannung abgibt.
Die Schaltung wird nun vorteilhafterweise so ausgelegt, dass die maximale Span- nung des Speicherblocks 7 niedriger ist als die minimale Spannung des Gleich- spannungs-Zwischenkreises 4. Wie Fig. 7 zeigt, kann die Ausgangsspannung U2 des Speicherblocks 7 beispielsweise im Bereich von 250 bis 500 V liegen, während die Spannung U1 über den Anschlüssen des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 beispielsweise 650 V betragen kann.
Der DC/DC-Steller 8 verbindet nun die beiden Spannungssysteme miteinander, wobei die Schaltung des DC/DC-Stellers in der Lage ist, Energie vom hohen Span- nungspegel in den niedrigen Spannungspegel zu transferieren, was dem Laden des Speicherblocks 7 entspricht, und auch in die andere Richtung zu transferieren, was dem Ausspeichern bzw. einem Energietransfer vom Speicherblock 7 in den Zwi- schenkreis 4 entspricht, vgl. Fig. 7.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, zeichnet sich die Energiespeichervorrichtung 6 vorteilhafterweise durch eine Plug- and-Play-Konfiguration aus, so dass die Ener- giespeichervorrichtung 6 nach Art einer Blackbox einfach an den Zwischenkreis 4 anschließbar ist. Dabei sind jeweils ein Speicherblock 7, der wie erwähnt aus meh- reren Speicherzellen beispielsweise in Form von Doppelschichtkondensatoren be- stehen kann, zusammen mit einem DC/DC-Steller 8 und einer Steuerungsvorrich- tung 9, die das Energiemanagement der Energiespeichervorrichtung bewerkstelligt, zu einer Energiespeichereinheit zusammengefasst und in ein gemeinsames Ge- häuse 10 integriert, welches, wie erwähnt, aus verschiedenen Gehäuseteilen zu- sammengesetzt sein kann. An der Außenseite des Gehäuses 10 einer Energie- speichereinheit sind lediglich zwei Leistungsanschlüsse 11 und 12, die vorteilhaf- terweise als Stecker ausgeführt sein können, sowie Signalleitungsanschlüsse 13 vorgesehen, über die die Steuerungsvorrichtung 9 mit einer übergeordneten Steue- rung PLC bzw. der Steuerungsvorrichtung 9 einer anderen Energiespeichereinheit kommunizieren kann, beispielsweise über ein Bussystem. Ferner können an dem Gehäuse 10 einer Energiespeichereinheit jeweils Kühlmittelanschlüsse 14 vorge- sehen sein, um einen in das Gehäuse 10 integrierten Kühlkreis zur Kühlung des Speicherblocks 7 und/oder des DC/DC-Stellers 8 und/oder der Steuerungsvorrich- tung 9 an einen externen Kühlkreis der Arbeitsmaschine anschließen zu können.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, kann die genannte interne Steuervorrichtung 9 der Energiespeichervorrichtung 6 ein Controller-Board 90 umfassen, welches verschie- dene Steuerungsfunktionen der Energiespeichervorrichtung 6 steuert und/oder re- gelt, insbesondere den zuvor genannten DC/DC-Steller 8 kontrolliert und weitere Steuerungsfunktionen ausführt, die noch erläutert werden.
Das genannte Controller-Board 90 kann dabei einen Mikrocontroller 91 umfassen, der beispielsweise einen oder mehrere Software-Bausteine abarbeiten kann, die in einem nicht näher gezeigten Speicherbaustein abgelegt sein können. Ferner kann das genannte Controller-Board 90 einen sogenannte FPGA-Baustein, also ein Field-Programmable Gate Array umfassen, vgl. Bezugsziffer 92 in Fig. 2.
Weiterhin umfasst das Controller-Board 90 vorteilhafter Weise mehrere Hardware- Schaltkreise, um verschiedene Steuerungsfunktionen zu implementieren. Die Steuervorrichtung 9 umfasst weiterhin vorteilhafter Weise ein Communication- Board 95, welches auf das genannte Controller-Board 90 aufgesteckt werden kann und eine Feldbus-Kommunikation umsetzen kann.
Wie Fig. 2 zeigt, umfasst das genannte Controller-Board 90 ferner eine Vielzahl von Signal- und/oder Versorgungsanschlüssen, die beispielsweise in Form von lösba- ren Steckverbindungen 93 ausgebildet sein können, um mit dem noch zu beschrei- benden Adaptions-Board 96 lösbar verbunden werden zu können.
Ferner kann das Controller-Board 90 mehrere Eingänge 94 beispielsweise in Form von Steckkontakten zum Anschließen verschiedener Sensoren aufweisen.
Das schon erwähnte Adaptions-Board 96 der Steuervorrichtung 9 umfasst vorteil hafter Weise mehrere Adaptions-Schaltkreise 100 beispielsweise in Form von Flardware-Schaltkreisen, mittels derer empfangene Signale angepasst und/oder transformiert und/oder kanalisiert und/oder verteilt werden können, beispielsweise um Eingangssignale der übergeordneten bzw. externen Systemsteuerung der An- triebsvorrichtung auf die Bedürfnisse der integrierten Steuervorrichtung 9 anpassen und dorthin übertragen zu können und/oder umgekehrt Steuerungssignale, Be- triebsdaten und/oder erfasste Parameter von der internen Steuervorrichtung 9 an- passen und/oder transformieren und/oder an die Bedürfnisse der externen System- steuerung anpassen zu können und an diese passend bereitstellen zu können.
Das genannte Adaptions-Board 96 umfasst dabei vorteilhafter Weise eine Vielzahl von Schnittstellen 97 beispielsweise in Form von Steckern, um mit dem Controller- Board 90, insbesondere dessen Steckkontakten 93 verbunden werden zu können, um zwischen dem Controller-Board 90 und dem Adaptions-Board 96 entsprechen- de Signale und/oder Befehle und/oder Daten austauschen zu können.
Zusätzlich zu den genannten Schnittstellensteckern für das Controller-Board 90 kann das Adaptions-Board 96 ferner auch Sensoranschlüsse 99 zum Anschließen verschiedener Sensoren umfassen, die in der Energiespeichervorrichtung 6 oder auch als externe Sensoren an der Antriebsvorrichtung vorgesehen sein können.
Die genannte Steuervorrichtung 9 umfassend das Controller-Board 90, das Adapti- ons-Board 96 und das Kommunikations-Board 95 kann insbesondere dazu konfigu- riert sein, folgende Steuerungsfunktionen und Überwachungsfunktionen auszufüh ren:
• Zustandsmaschine für den Betrieb des Energiespeichers
o Automatische Vorladung des internen Zwischenkreises
o Automatisches Verbinden und Trennen zum externen Zwischenkreis o Automatisches Vorladen auf die initiale Spannung (parametrierbar)
• Erfassen der verschiedenen Sensoren:
o Spannung
o Strom
o Temperatur
o Durchfluss
• Erzeugung der Steuersignale für die Leistungselektronik
• Regelung des Stroms im Speicher
• Verschiedene vordefinierte Betriebsarten des Energiespeichers
o Regelung der Zwischenkreisspannung
o Regelung der Zwischenkreisspannung mit Sollwertfenster
o Regelung des Zwischenkreisstroms
o Regelung der Leistung
o Regelung des Ladezustands
o Aktives Entladen des Speichers
• Selbsttest der Leistungselektronik • Limitierungen: (parametrierbar)
o beim Erreichen von Speicher Spannungsgrenzen
o Beim Erreichen von Speicher Stromgrenzen
o Beim Erreichen von Zwischenkreis Stromgrenzen
o Beim Erreichen von Zwischenkreis Leistungsgrenzen
o Beim Erreichen von Temperaturgrenzen
• Überwachungen:
o Überstrom im Energiespeicher
o Überspannung
(Zwischenkreis, Spannung im Energiespeicher und den einzelnen Speicherblöcken)
o Übertemperatur (Kühlwasser, Speicherblöcke, Innenraum, Drosseln) o Zustand der Relais
o Kühlung (Durchfluss, Kühlaggregat)
o der Leistungselektronik
o Berechnung der zu erwartenden Rest-Lebensdauer des Speichers o Speicherzustand durch Automatisches Ausmessen der Speicher- nenndaten Kapazität und Innenwiderstand
o der Symmetrierfunktion der Speicherzellen
• Feldbuskommunikation zu externen Systemen.
o Vorgabe der Betriebsart, Starten Stoppen
o Vorgabe von Sollwert für die jeweilige Betriebsart
o Vorgabe von veränderbaren Limits während des Betriebs
o Vorsteuerwert für die jeweilige Reglung bzw. Betriebsart o Auslesen des aktuellen Status des Energiespeichers
o Auslesen von aktuellen Betriebsdaten • Speichern von Statistischen Daten in der Steuerung
o Zeitverteilung Speichertemperatur
o Zeitverteilung Leistung
o Zeitverteilung Strom im Speicher
o Zeitverteilung Spannung im Speicher
• Master/Slave Betrieb für die Parallelschaltung von bis zu 10 Energiespeichern o Kommunikation der Energiespeicher untereinander über den CAN- Bus CAN intern
o Synchronisation der Spannung der verschiedenen parallel geschalte- ten Speicher
o Gleichmäßiges Aufteilen des Stroms in den parallelgeschalteten Speichern
• Übertragung der Energiespeicher Betriebsdaten an einen zentralen Server (Cloud)
• In der Steuerung kann über Parameter die Funktionalität verändert werden.
Die Parametrierung kann über die USB Schnittstelle oder die Profinet Schnitt- steile und dem PC-Programm Opal vorgenommen werden.
Folgende Funktionalitäten können über Parameter angepasst werden:
o Kommunikationsparameter
o Parameter zur Leistungselektronik (Max Strom, MinMax Spannung, Sen- soren, Schaltzeiten, Schaltfrequenz)
o Betriebs-Modus (Steuerung über Feldbus oder Connect&Use), Master- Slave Modus, Fehlerreaktion)
o Überwachungsfunktionen
- Grenzwert für Kühlung, Symmetrierungsfunktion, Spannung
- Grenzwerte für Strom und Leistung
o Nenndaten zum Speicher (Nennkapazität, Nennstrom, Induktivität, ..) o Einstellung der Regler der verschiedenen Betriebsarten Wie Fig. 1 zeigt, können mehrere solcher Energiespeichereinheiten parallel ge- schaltet und in dieser Konfiguration an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 an- gebunden werden, wobei die nach außen führenden Leistungsanschlüsse 11 und 12 direkt parallel geschaltet werden können, d.h. + auf + und - auf -. Die miteinan- der verbundenen Steuerungsvorrichtungen 9 der Energiespeichereinheiten kom- munizieren miteinander über den Steuerungsbus und unterstützen die genannte Parallelschaltung insbesondere derart, dass automatisch alle Speicherblöcke der parallel geschalteten Einheiten auf einen einheitlichen Energiebetrag eingeregelt werden. Die Speicherblöcke 7 können dabei jeweils über eine Symmetrierschaltung verfügen, welche die Einzelspannungen der Speicherzellen zu einem möglichst einheitlichen Wert führt.
Wie Fig. 2 zeigt, können die Steuerungsvorrichtungen 9 der parallel geschalteten Energiespeichereinheiten auch hierarchisch miteinander kommunizieren, wobei eine Steuerungsvorrichtung 9 als Mastereinheit fungiert, die die anderen, als Slave- Einheiten fungierenden Steuerungsvorrichtungen 9 ansteuert, mit Steuerungsvor- gaben und/oder direkten Steuerbefehlen versorgt, sowie mit der übergeordneten Systemsteuerung PLC kommuniziert.
Die Steuerungsvorrichtungen 9 der Speichereinheiten können dabei die eingangs bereits näher erläuterten Steuer- und/oder Regelmittel umfassen und mit entspre- chenden Sensoren, Erfassungsschaltungen oder Sensorschaltungen versehen sein bzw. verbunden sein, so dass die Energiespeichervorrichtung 6 bzw. deren Ener- giespeichereinheiten, die in Parallelschaltung zusammengefasst sein können, die ebenfalls bereits eingangs erläuterten Funktionen ausführen können.

Claims

Patentansprüche
1. Energiespeichervorrichtung mit Leistungsanschlüssen (11 , 12) zum An- schließen an einen Spannungskreis einer Leistungselektronik eines An- triebssystems (1 ), das von einer externen Systemsteuerung (PLC) steuerbar ist, sowie zumindest einem elektrischen Speicherblock (7), zumindest einem Stromsteller (8) für die Verbindung des Spannungskreises der Leistungs- elektronik des Antriebssystems (1 ) mit einem internen Spannungskreis (4) des Speicherblocks (7), und einer Steuervorrichtung (9) zum Steuern des zumindest einen Stromstellers (8), wobei die genannte Steuervorrichtung (9) ein Controller-Board (90) mit Abgabe- und/oder Einspeisesteuermitteln zum Ansteuern des Stromstellers (8) für das Abgeben von Strom aus dem Spei- cherblock (7) an das Antriebssystem (1 ) und/oder für das Einspeisen von Strom aus dem Antriebssystem (1 ) in den Speicherblock (7), und mit Span- nungsregel- und/oder -steuermittein zum Regeln und/oder Steuern der Aus- gangsspannung der Energiespeichervorrichtung (6) aufweist, dadurch ge- kennzeichnet, dass die genannte Steuervorrichtung (9) ein mit dem Control- ler-Board (90) verbundenes Adaptions-Board (96), das mehrere Verbin- dungsanschlüsse (98) für verschieden ausgebildete externe Systemsteue- rungen, zumindest eine Kommunikationsschnittstelle (97) zum Kommunizie- ren mit dem Controller-Board (90) der Steuervorrichtung (9) und zumindest einen Adaptions-Schaltkreis (100) zum Anpassen und Übertragen von Sig nalen zwischen den Verbindungsanschlüssen (98) des Adaptions-Boards (96) und dem Controller-Board (90) aufweist.
2. Energiespeichervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Adaptions-Board (96) mehrere verschieden ausgebildete Adaptions- Schaltkreise (100) umfasst, von denen ein jeweils passender Schaltkreis die jeweils benötigten Signale, Daten und/oder Parameter von der/an die jeweili ge externe Systemsteuerung (PLC) adaptiert.
3. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Adaptions-Board (96) weiterhin mehrere Sensoranschlüsse (99) zum Anschließen an verschiedene Sensoren umfasst, die Sensorsignale für die Systemsteuerung (PLC) und/oder für die interne Steuervorrichtung (9) bereitstellen.
4. Energiespeichervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Adaptions-Board (96) mittels der genannten Sensoranschlüsse (99) einer- seits an energiespeichervorrichtungsinterne Sensoren, mittels derer die Energiespeichervorrichtung (6), insbesondere deren Speicherblock (7) und/oder zumindest ein Betriebszustand am Stromrichter (8) und/oder am in- ternen Spannungskreis (4) überwacht wird, angeschlossen ist und an exter- ne Sensoren, die zumindest einen Betriebszustand des anzuschließenden Antriebssystems (1 ) oder dessen Leistungselektronik überwachen, ange- schlossen ist.
5. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Controller-Board (90) zumindest einen Mikrocontroller (91 ), zu- mindest einen FPGA-Baustein (92) und weiterhin Hardware-Schaltkreise aufweist.
6. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (9) weiterhin ein Kommunikations-Board (95) umfasst, welches dazu vorgesehen ist, eine Feldbus-Kommunikation für die Steuervorrichtung (9) mit signalgebenden und/oder mit signalverarbeitenden Bausteinen der Energiespeichervorrichtung (6) und mit signalgebenden und/oder signalverarbeitenden Bausteinen der anzuschließenden Antriebs- vorrichtung (1 ), insbesondere mit der externen Systemsteuerung (PLC) der Antriebvorrichtung (1 ), auszuführen.
7. Energiespeichervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Kommunikations-Board (95) Steckverbinder aufweist und auf dem Controller- Board (90) vorzugsweise lösbar aufgesteckt ist.
8. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kommunikations-Board (95) und/oder das Adaptions-Board (96) einen Feldbus-Kommunikations-Baustein für eine Feldbus-Kommunikation zum externen Steuerungssystem (PLC) aufweisen, wobei der Feldbus- Kommunikations-Baustein dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Be- triebsart der Antriebsvorrichtung (1 ) vorzugeben und/oder ein Starten bzw. Stoppen der Antriebsvorrichtung (1 ) vorzugeben und/oder einen Sollwert für eine jeweilige Betriebsart der Antriebsvorrichtung (1 ) vorzugeben und/oder veränderbare Limits während eines Betriebs der Antriebsvorrichtung (1 ) vor- zugeben und/oder einen Vorsteuerwert für eine Regelung der Antriebsvor- richtung (1 ) und/oder Betriebsart der Antriebsvorrichtung (1 ) vorzugeben.
9. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Controller-Board (90) Betriebssteuermittel zum Einstellen und Steuern verschiedener Betriebsarten der Energiespeichervorrichtung (6) um- fasst, wobei die genannten Betriebssteuermittel zumindest einen Regler zum Regeln einer Zwischenkreisspannung und/oder einen Regler zum Regeln ei- ner Zwischenkreisspannung mit Sollwertfenster und/oder einen Regler zum Regeln eines Zwischen kreisstroms und/oder einen Regler zum Regeln einer Leistung und/oder einen Regler zum Regeln eines Ladungszustands und/oder Steuermittel zum aktiven Entladen des Speicherblocks umfassen.
10. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Controller-Board (90) einen Selbsttest-Baustein zum Selbsttesten der Leistungselektronik aufweist.
11. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Controller-Board (90) zumindest einen parametrierbar ausgebilde- ten Begrenzer-Baustein umfasst, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, beim Erreichen einer Speicher-Spannungsgrenze, die durch Parametrieren des Begrenzer-Bausteins variabel vorgebbar ist, und/oder bei Erreichen ei- ner Speicher-Stromgrenze, die durch Parametrieren des Begrenzer- Bausteins variabel vorgebbar ist, und/oder beim Erreichen einer Zwischen- kreis-Stromgrenze, die durch Parametrieren des Begrenzer-Bausteins varia- bel vorgebbar ist, und/oder bei Erreichen einer Zwischen-Leistungsgrenze, die durch Parametrieren des Begrenzer-Bausteins variabel vorgebbar ist, und/oder bei Erreichen einer Temperaturgrenze, die durch Parametrieren des Begrenzer-Bausteins variabel vorgebbar ist, zumindest eine charakteris- tische Stellgröße der Energiespeichervorrichtung und/oder der Antriebsvor- richtung zu begrenzen oder zu verändern, insbesondere einen abgegebenen oder eingespeisten Strom und/oder ein Spannungsniveau zu begrenzen o- der zu senken.
12. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Controller-Board (90) zumindest einen Überwachungs-Baustein umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine Übertemperatur im Kühlwasser einer Kühlvorrichtung und/oder in dem zumindest einen Speicherblock (7) und/oder in einem Innenraum der Energiespeichervorrichtung (6) und/oder an zumindest einer Drossel, und/oder einen Zustand zumindest eines Kühl vorrichtungs-Relais und/oder einen Kühlmitteldurchfluss und/oder einen Kühlaggregatszustand zu überwachen und in Abhängigkeit der überwachten Größe zumindest eine charakteristische Stellgröße der Energiespeichervor- richtung und/oder der Antriebsvorrichtung zu begrenzen oder zu verändern.
13. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Controller-Board (90) zumindest einen Überwachungs-Baustein umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine Symmetrierungsfunktion der Spei- cherblöcke (7) zu überwachen und in Abhängigkeit der überwachten Sym- metrierung zumindest eine charakteristische Stellgröße der Energiespeicher- Vorrichtung zu steuern.
14. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Controller-Board (90) eine Master-/Slave-Steuereinrichtung zum Betreiben mehrerer Speicherblöcke (7) in einem Master-/Slave-Modus um- fasst, wobei die Master-/Slave-Steuereinrichtung Kommunikationsmittel, die eine Kommunikation mehrerer Energiespeichereinheiten untereinander vor- zugsweise über einen CAN-BUS ermöglichen, und Synchronisationsmittel zum Synchronisieren der Spannung der mehreren parallelgeschalteten Energiespeichereinheiten und Aufteil-Steuermittel zum gleichmäßigen Auftei- len des Stroms in den parallelgeschalteten Energierspeichereinheiten um- fasst.
15. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Controller-Board (90) zumindest einen Parametrierungs-Bausteins zum Parametrieren und/oder variablen Einstellen zumindest einer der fol- genden Funktionalitäten aufweist:
- zumindest eines Kommunikationsparameters,
- zumindest eines Parameters der Leistungselektronik (2), insbesondere des maximalen Stroms, einer minimalen und/oder maximalen Spannung, zumindest eines Sensors, zumindest einer Schaltzeit und/oder zumindest ei- ner Schaltfrequenz der Leistungselektronik (2),
zumindest eines Betriebsmodus, insbesondere Steuerungs-Modus über einen Feldbus und/oder Master-/Slave-Modus und/oder Fehlerreaktions- Modus, zumindest einer Überwachungsfunktion, insbesondere Vorgabe eines Grenzwerts für eine Kühlvorrichtung und/oder eine Symmetrierungsfunktion und/oder eine Spannung, und/oder zumindest eines Grenzwerts für Strom und Leistung der Energiespeichervorrichtung (6) und/oder der Antriebsvor- richtung (1 ),
von Nenndaten der Energiespeichervorrichtung (6), insbesondere Nenn- kapazität und/oder Nennstrom und/oder Induktivität,
- einer Einstellung zumindest eines Reglers.
16. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Stromsteller zumindest ein DC/DC-Steller (8) für die Verbindung eines Gleichspannungszwischenkreises (4) mit dem internen Spannungs- kreis des zumindest einenSpeicherblocks (7) vorgesehen ist, wobei der DC/DC-Steller (8) bidirektional ausgebildet ist und die Steuerungsvorrichtung (9) Abgabe- und Einspeisesteuermittel zum Ansteuern des DC/DC-Steller sowohl für das Abgeben von Strom aus dem Speicherblock (7) an den Gleichspannungskreis (4) als auch für das Einspeisen von Strom aus dem Gleichspannungskreis (4) in den Speicherblock (7) aufweist.
17. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Speicherblock (7) zumindest einen Kondensator, vorzugsweise Doppelschichtkondensator, zur Energiespeicherung umfasst.
18. Antriebssystem mit zumindest einem Elektromotor (M), der über eine Leis- tungselektronik (2) speisbar ist, die über einen Spannungskreis (4) mit einer Spannungsquelle (5) verbindbar ist, sowie ferner zumindest einer Energie- speichervorrichtung (6) zum Zwischenspeichern von aus dem Elektromotor (M) rückgespeister Energie, wobei die Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und an den Span- nungskreis (4) angeschlossen ist.
19. Antriebssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die maximale Spannung (U2) des zumindest einen Speicherblocks (7) der Energiespei- chervorrichtung (6) niedriger gehalten ist als die minimale Spannung des Gleichspannungszwischenkreises (4).
20. Antriebssystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl das Einspeisen von rückgespeister Energie des Elektromotors (M) in die Energiespeichervorrichtung (6) als auch das Abgeben von zwischenge- speicherter Energie aus der Energiespeichervorrichtung (6) an den Gleich- spannungskreis (4) über den DC/DC-Steller (8) der Energiespeichervorrich- tung (6) erfolgt.
21. Hubvorrichtung, insbesondere Personen- und/oder Lastenaufzug eines Ge- bäudes, mit einem Antriebssystem, das nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 20 ausgebildet ist.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102202613B1 (ko) * 2017-09-27 2021-01-12 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 균등화 장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
DE102018114405A1 (de) 2018-06-15 2019-12-19 Liebherr-Components Biberach Gmbh Energiespeichervorrichtung für elektrische Antriebssysteme
DE102020126981A1 (de) 2020-10-14 2022-04-14 Liebherr-Components Biberach Gmbh Energiespeichervorrichtung mit Temperiervorrichtung
KR102434036B1 (ko) * 2021-06-17 2022-08-19 삼성전자주식회사 보조 전원 장치의 수명을 위한 충전 전압 제어 방법 및 이를 수행하는 스토리지 장치
CN114325066B (zh) * 2021-11-25 2023-01-20 双登集团股份有限公司 一种过压检测与能量吸收装置
CN115441729B (zh) * 2022-08-05 2025-09-12 天钰科技股份有限公司 电源转换器、多个集成模块的信号控制方法及集成模块
DE102022210124A1 (de) * 2022-09-26 2024-03-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung, Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung, Elektrische Antriebseinrichtung

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101169038B (zh) * 2006-10-27 2010-09-08 三一重型装备有限公司 全自动掘进机
US8138720B2 (en) * 2008-02-26 2012-03-20 Afs Trinity Power Corporation System and method for dual energy storage management
CN101403905A (zh) * 2008-10-29 2009-04-08 深圳东洋旺和实业有限公司 机床数据采集系统
CN101930027A (zh) * 2009-06-25 2010-12-29 北京中煤电气有限公司 三相交流电量采集模块
US8550007B2 (en) * 2009-10-23 2013-10-08 Siemens Industry, Inc. System and method for reinjection of retard energy in a trolley-based electric mining haul truck
CN102427242B (zh) * 2010-12-07 2014-06-04 上海市电力公司 锂电池储能监控系统
US8601190B2 (en) * 2011-06-24 2013-12-03 Teco-Westinghouse Motor Company Providing multiple communication protocols for a control system having a master controller and a slave controller
JP5776482B2 (ja) * 2011-10-11 2015-09-09 トヨタ自動車株式会社 電動車両
CN102411353B (zh) * 2011-11-03 2013-09-25 固高科技(深圳)有限公司 驱控一体化控制器和控制系统
CN102622279B (zh) * 2012-03-16 2015-08-19 华为技术有限公司 冗余控制系统、方法及管理控制器
CN102624301A (zh) * 2012-04-10 2012-08-01 武汉长海电气科技开发有限公司 浮选机变频调速控制装置及变频调速控制方法
CN102751943B (zh) * 2012-04-24 2015-04-22 中国石油大学(北京) 一种电动修井机电控系统
US8981727B2 (en) * 2012-05-21 2015-03-17 General Electric Company Method and apparatus for charging multiple energy storage devices
CN202696532U (zh) * 2012-07-01 2013-01-23 中国东方电气集团有限公司 基于dsp与fpga的电动车电机驱动系统控制器
US9440655B2 (en) * 2012-08-07 2016-09-13 GM Global Technology Operations LLC Method of selecting modes of operation for a hybrid vehicle
CN102826054B (zh) * 2012-08-14 2014-12-17 深圳先进技术研究院 一种电动汽车多功能集成电力电子系统
DE102013201221A1 (de) * 2013-01-25 2014-07-31 Robert Bosch Gmbh Ansteuervorrichtung für ein elektrisches Energiespeichersystem
DE102013009823A1 (de) * 2013-06-11 2014-12-11 Liebherr-Components Biberach Gmbh Elektrisches Antriebssystem sowie Engergiespeichervorrichtung hierfür
CN203419683U (zh) * 2013-08-30 2014-02-05 成都千秋科技有限公司 起重机电气系统集成化平台
CN103580050B (zh) * 2013-11-11 2016-01-20 国家电网公司 一种大功率模块化多电平锂电池储能变流器装置
CN103699035B (zh) * 2013-12-16 2015-02-18 武汉理工大学 一种车用发动机硬件在环仿真过程中的信号匹配方法及装置
US10040363B2 (en) * 2015-10-15 2018-08-07 Powin Energy Corporation Battery-assisted electric vehicle charging system and method
WO2017139682A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 Capacitor Sciences Incorporated Improved energy storage system using capacitors
CA3052242A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 Capacitor Sciences Incorporated Capacitive energy storage cell, capacitive energy storage module, and capacitive energy storage system
CN105620706B (zh) * 2016-02-19 2018-10-23 武汉理工大学 具有谐波抑制和回馈制动功能的船舶电力推进系统及控制方法
CN106229984A (zh) * 2016-08-31 2016-12-14 中国电力科学研究院 一种基于交直流混合配用电的多端口电能交换器
DE102016220262A1 (de) * 2016-10-17 2018-04-19 Robert Bosch Gmbh Elektromechanischer Adapter, Energiespeichersystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichersystems
DE102016223154A1 (de) * 2016-11-23 2018-05-24 Robert Bosch Gmbh Batterieeinheit
CN107544416A (zh) * 2017-09-26 2018-01-05 苏州市经纬轨道控制技术有限公司 一种辅助变流器的控制装置
DE102018114405A1 (de) 2018-06-15 2019-12-19 Liebherr-Components Biberach Gmbh Energiespeichervorrichtung für elektrische Antriebssysteme

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MATION OTTO: "SoftPLC Smart Gateway", AUTOMATION.COM, 18 February 2010 (2010-02-18), pages 1 - 5, XP055950626, Retrieved from the Internet <URL:https://www.automation.com/en-us/products/product15/softplc-smart-gateway> [retrieved on 20220810] *

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US11764718B2 (en) 2023-09-19
JP2021528032A (ja) 2021-10-14
DE102018114405A1 (de) 2019-12-19
BR112020025024A2 (pt) 2021-03-23
CN112740528A (zh) 2021-04-30
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