電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及用于該電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)，以及具有用于緩存從該電動(dòng)機(jī)反饋的能量的能量存儲(chǔ)裝置，能通過(guò)可經(jīng)由直流電路連接到電壓源的電力電子設(shè)備向該電動(dòng)機(jī)饋電。在這方面，本發(fā)明具體地涉及用于連接到電力電子設(shè)備的直流電壓電路的這樣的能量存儲(chǔ)裝置，該能量存儲(chǔ)裝置具有至少一個(gè)電存儲(chǔ)模塊，具有用于將所述的直流電壓電路連接到該存儲(chǔ)模塊的內(nèi)部電壓電路的直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器，以及具有用于控制該直流/直流轉(zhuǎn)換器的控制單元。這樣的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能用于起重設(shè)備，具體是諸如集裝箱橋式起重機(jī)的起重機(jī)，或諸如混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的建筑機(jī)械，但一般地也可以用于其他移動(dòng)式機(jī)械或連接到電網(wǎng)的機(jī)械。
【背景技術(shù)】
[0002]為了節(jié)能，越來(lái)越多之前以機(jī)械或液壓方式驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器正在進(jìn)行電氣化，以能夠利用電動(dòng)機(jī)的更佳效率。在諸如混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)、運(yùn)土機(jī)械的建筑機(jī)械、諸如露天采礦機(jī)的礦業(yè)機(jī)械、或諸如集裝箱橋式起重機(jī)的起重機(jī)中也在進(jìn)行這樣的電氣化，即使由于工作條件艱苦(如暴露在塵土中，振動(dòng)劇烈等等)的原因，不能像在建筑中使用的工程機(jī)器那樣容易地使用電驅(qū)動(dòng)器和它們的部件。
[0003]為了不僅能利用這些電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)本身的更佳效率，也進(jìn)一步能節(jié)能，當(dāng)在工作循環(huán)中(例如在負(fù)載降低或剎車(chē)時(shí))產(chǎn)生電能量時(shí)，緩存電能量，且在需要能量時(shí)(例如在負(fù)載升高時(shí)或加速時(shí))再次釋放電能量。這里能量的存儲(chǔ)是切合實(shí)際地以電的方式實(shí)現(xiàn)的，為此目的，電容器，具體是雙層電容器，或其他電池系統(tǒng)或可充電電池是合適的。
[0004]如果將這樣的雙層電容器用作能量存儲(chǔ)器，則需要所謂的直流/直流轉(zhuǎn)換器或直流/直流變壓器，因?yàn)殡p層電容器上的電壓隨填充電平變化。所述的直流/直流變壓器將該雙層電容器存儲(chǔ)模塊連接到驅(qū)動(dòng)元件或通常連接到它的變頻器，且確保能量的交換。這樣的直流/直流變壓器或直流/直流轉(zhuǎn)換器指定了一種電路，該電路能將輸入端處提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為具有更高、更低或逆變電平，且能夠?qū)⒛芰繌妮^高電壓電平轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低電壓電平(例如對(duì)能量存儲(chǔ)模塊充電)，以及類似地在另一方向上傳送能量(即將其回收)，或是將其從存儲(chǔ)模塊輸送到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流電壓電路中。
[0005]然而，將具有雙層電容器的這樣的能量存儲(chǔ)裝置鏈接到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多多少少是復(fù)雜和/或昂貴的，因?yàn)椴坏貌毁M(fèi)力地一起配置這樣的能量存儲(chǔ)裝置的各個(gè)模塊，且必須使其適應(yīng)該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的框架條件(如適應(yīng)其電動(dòng)機(jī)與電力電子設(shè)備)。在這方面，通常，用戶或應(yīng)用工程師被迫處理能量存儲(chǔ)器和直流/直流轉(zhuǎn)換器中的復(fù)雜內(nèi)部例程，以能夠?qū)τ谶@些模塊和內(nèi)部操作做出必要的設(shè)計(jì)。此外，還有電纜布線，取決于驅(qū)動(dòng)器和所使用單元，電纜布線多多少少是復(fù)雜和/或昂貴的(包括高電流線、總線布線、以及SPS信號(hào))。同時(shí)，必須小心前述的所使用單元:該能量存儲(chǔ)裝置必須承受艱苦的工作條件(諸如暴露在塵土中，沖擊負(fù)載、振動(dòng)負(fù)載)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]由此開(kāi)始，本發(fā)明的根本目標(biāo)是提供最初所述類型的改進(jìn)的能量存儲(chǔ)裝置，以及具有這樣的能量存儲(chǔ)裝置的改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，以及以有利的方式進(jìn)一步開(kāi)發(fā)后者。將該能量存儲(chǔ)裝置鏈接到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具體地應(yīng)當(dāng)大為簡(jiǎn)化，且在這方面，能量在能量存儲(chǔ)器中的緩存以及隨后從能量存儲(chǔ)器中的輸出應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)得有效率和可靠。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的能量存儲(chǔ)裝置以及根據(jù)權(quán)利要求18的具有這樣的能量存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了所述目標(biāo)。在根據(jù)權(quán)利要求21的起重設(shè)備中和根據(jù)權(quán)利要求22的建筑機(jī)械中使用這樣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是本發(fā)明的另一個(gè)主題。
[0008]因此，建議將該能量存儲(chǔ)裝置的電氣部件組合到即插即用模塊中，該即插即用模塊可以由用戶以黑盒的方式簡(jiǎn)單地連接到電力電子設(shè)備或直流電壓電流，以便為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電，其且自身適于系統(tǒng)環(huán)境的各種情形，或執(zhí)行要求的控制調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明，該能量存儲(chǔ)單元的特征在于，直流/直流轉(zhuǎn)換器是雙向的，該控制單元具有輸出和饋入控制機(jī)構(gòu)，用于在將功率從存儲(chǔ)模塊輸出到直流電壓電路和在將來(lái)自直流電壓電路的功率饋入該存儲(chǔ)模塊這兩方面控制該直流/直流轉(zhuǎn)換器，且所述直流/直流轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)模塊和控制單元組合成為具有公共殼體的能量存儲(chǔ)單元，在該殼體中，收納了該直流/直流轉(zhuǎn)換器、該存儲(chǔ)模塊和控制單元，且在該殼體外側(cè)提供了兩個(gè)連接，用于連接至該直流電壓電路。因此，將功率饋入該存儲(chǔ)模塊或從該存儲(chǔ)模塊輸出功率均經(jīng)由該直流/直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行，該轉(zhuǎn)換器控制功率輸出和饋入，使得至驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流電壓電路的簡(jiǎn)單鏈接成為可能。在這方面，該能量存儲(chǔ)裝置形成完整的整體系統(tǒng)，其將參加的和需要的部件組合在單個(gè)殼體中，在該殼體中，也安裝了用于能量管理的控制。僅僅存在于外殼體側(cè)的該兩個(gè)連接實(shí)質(zhì)上需要連接到該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流電壓電路，其中該能量存儲(chǔ)裝置的殼體內(nèi)部的控制單元根據(jù)該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)需要的控制和調(diào)節(jié)參數(shù)。
[0009]該能量存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)模塊具體地能夠包括至少一個(gè)電容器(優(yōu)選地為雙層電容器形式)，用于能量存儲(chǔ)，其中，然而，在原則上，除這樣的一個(gè)或多個(gè)電容器外，或是作為它們的替代，也可以提供至少一個(gè)電池或可充電電池。
[0010]為避免該能量存儲(chǔ)裝置的熱問(wèn)題，在該公共殼體的內(nèi)部，可以將該至少一個(gè)存儲(chǔ)模塊和/或該直流/直流轉(zhuǎn)換器和/或該控制單元連接到冷卻電路，該冷卻電路優(yōu)選地在該殼體處具有冷卻劑連接，用于連接到外部的冷卻電路，以將進(jìn)入冷卻劑的熱量從該殼體導(dǎo)出到該存儲(chǔ)模塊和/或該直流/直流轉(zhuǎn)換器和/或該控制單元以外，以及能夠?qū)⑵湎蛲廨敵?。為?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的組裝，可以將所述冷卻劑連接配置成可插拔的，使得僅需將該外部冷卻電路的冷卻劑線路連接到該能量存儲(chǔ)裝置的殼體。
[0011]該內(nèi)部和/或外部冷卻電路及其部件(諸如冷卻劑循環(huán)器、冷卻風(fēng)扇、切換閥、流量控制器等)由該能量存儲(chǔ)裝置內(nèi)部的控制單元根據(jù)溫度，具體地根據(jù)該能量存儲(chǔ)裝置的殼體內(nèi)部的部件溫度和/或環(huán)境溫度來(lái)進(jìn)行控制。為此目的，可以提供至少一個(gè)溫度傳感器，且可以將其連接到該控制單元，所述溫度傳感器測(cè)量所述部件溫度和/或環(huán)境溫度和/或該殼體內(nèi)部的溫度。替代性地或除此之外，可將該控制單元連接到流量計(jì)，以便能管控冷卻介質(zhì)的流量。
[0012]為了能不僅僅將冷卻劑線路簡(jiǎn)單地插入該殼體，也可以將該能量存儲(chǔ)裝置的電連接或信號(hào)連接形成為可插拔的或該殼體外側(cè)處的插頭，使得僅需要插入相應(yīng)的電力線或信號(hào)線。
[0013]為實(shí)現(xiàn)該能量存儲(chǔ)裝置的簡(jiǎn)單處理和簡(jiǎn)單運(yùn)輸，可以將集成該模塊部件的殼體形成為可分的，且可以包括多個(gè)殼體零件，可將這些零件集中在一起形成集成至少該直流/直流轉(zhuǎn)換器、該存儲(chǔ)模塊和該控制單元的公共殼體?？梢栽谠摬煌臍んw零件中容納不同的電氣部件，在集中這些殼體零件時(shí)，可以通過(guò)可釋放的連接裝置(具體為插入觸點(diǎn))，將這些不同電氣部件相互連接起來(lái)。例如，可以將插連接零件附接到這些殼體零件的接口或其他地方，使得當(dāng)將兩個(gè)殼體零件集中或連接在一起時(shí)，該插入連接也自動(dòng)閉合，或形成接合，以將容納在該兩個(gè)殼體零件中的電子部件連接在一起。
[0014]為確保對(duì)該能量存儲(chǔ)單元的穩(wěn)固和安全的使用，可以在本發(fā)明的另一個(gè)進(jìn)展中提供報(bào)警信號(hào)設(shè)備，以當(dāng)在該能量存儲(chǔ)單元仍充有能量，且在這方面仍能在外部連接觸點(diǎn)處施加電壓，從而出現(xiàn)可能的危險(xiǎn)電勢(shì)時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)?？梢岳缈梢暤嘏渲迷搱?bào)警信號(hào)設(shè)備，且其能提供外部可見(jiàn)的報(bào)警信號(hào)，但是其也可以可發(fā)聲地工作或以另一種方式工作。
[0015]作為對(duì)這樣的報(bào)警信號(hào)設(shè)備的替代，或是除該報(bào)警信號(hào)設(shè)備以外，有利地也可以提供電斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，用于斷開(kāi)該存儲(chǔ)模塊和/或用于對(duì)殼體處的連接去能，其中可以內(nèi)部形成或在該能量存儲(chǔ)單元的內(nèi)部作為斷開(kāi)電路形成所述的斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。借助于這樣的電斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，可以在電壓上對(duì)引出該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的連接進(jìn)行去能，由此顯著的減少了該危險(xiǎn)電勢(shì)。
[0016]替代性地或除此之外，該能量存儲(chǔ)裝置也可以包括優(yōu)選為集成式的放能電路，有利地可以從外部操縱該放能電路，或是其可以根據(jù)來(lái)自外部的命令將仍包含在該存儲(chǔ)模塊中的能量轉(zhuǎn)化成熱量。相應(yīng)地，通過(guò)可從外部給予該能量存儲(chǔ)單元的控制信號(hào)(例如當(dāng)應(yīng)將該能量存儲(chǔ)裝置與該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解耦時(shí))，可對(duì)該存儲(chǔ)模塊的能量進(jìn)行放能。
[0017]有利地，可以將該殼體形成為具有足夠高的IP安全等級(jí)，這使得可以在戶外使用該存儲(chǔ)系統(tǒng)。有利地，對(duì)該能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)行機(jī)械配置，或是通過(guò)該殼體的相應(yīng)的強(qiáng)壯設(shè)計(jì)和/