电运行的土木工程机械以及对此的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电运行的土木工程机械，其具有：移动的承载设备；至少一个土木工程工具；至少一个电动机，电动机构造成不仅用于在驱动模式中驱动操纵单元而且用于在回收模式中产生电能；至少一个内部的可充电的电池单元，其用于存储电能并且供给至少一个电动机以电能；供应装置，其用于供应外部能量源的电能用以电气地运行土木工程机械；以及电路组件，通过该电路组件将至少一个电动机、至少一个电池单元和供应装置相互线路连接。此外，本发明涉及一种根据权利要求10的前序部分所述的用于电运行土木工程机械的方法，该土木工程机械具有：移动的承载设备；至少一个土木工程工具；至少一个电动机，电动机构造成不仅用于在驱动模式中驱动操纵单元而且用于在回收模式中产生电能；至少一个内部的可充电的电池单元，其用于存储电能并且供给至少一个电动机以电能；供应装置，其用于供应外部能量源的电能；以及电路组件，通过该电路组件将至少一个电动机、至少一个电池单元和供应装置相互线路连接。

背景技术：

1、纯电驱动的土木工程机械长期以来已经已知，并且尤其是应用在不希望噪声、振动和废气的工作地点处，这例如在利用内燃机运行的土木工程机械中以被放大的方式出现的那样。由于这种类型的电运行的土木工程机械的高能量需求，该土木工程机械具有用于供应外部的电能量源(其也被称为电源)、尤其是电气电网的电能的供应装置。为此，需要设置相应的电气线路。

2、此外，电运行的土木工程机械也设有可再次充电的电池单元，该电池单元尤其是用于在运动或移动(在此时常常进行电气线路连接的断开)时供给移动式土木工程机械以足够的电能。

3、此外，将电能存储在内部的电池单元中允许在土木工程机械的能量消耗峰值(其无法完全通过正常的能量供应经由供应装置从所联接的外部电网中被施加)时，可以从内部的电池单元调用附加的电能以用于覆盖峰值能量需求。

4、此外已知的是，如此构造设置在土木工程机械处的电动机，使得电动机也可以以回收的方式运行用于能量再生。尤其是，在绳索绞盘(seilwinde)(利用该绳索绞盘可以例如竖直地或倾斜地提起和降下负载)运行时，可以在下降时借助于电动机在回收模式中将负载的势能转换回电能。由此降低了土木工程机械的能量需求，并且使运行整体更经济且更环保。

5、为了土木工程机械的高效运行，在此在土木工程机械处符合需求地控制和分配能量具有重要意义。基本上常见的是，如在电运行的车辆中，尤其是在具有能以回收的方式运行的电动机的机动车中那样，通过中央控制装置提供能量分配。例如经由相应的传感器将关于单个电气负载的能量需求的值传输给中央计算机，其中，计算机随后经由供应装置和电池单元控制能量提供。

6、在土木工程机械的运行中可能出现大的负载变换，该负载变换导致能量消耗短期提高，或以回收的方式产生的能量量短期积累。

技术实现思路

1、本发明的目的是说明一种电运行的土木工程机械以及一种用于其运行的方法，利用其实现土木工程机械的特别经济且高效的运行。

2、该目的一方面通过具有权利要求1所述的特征的土木工程机械实现，并且另一方面通过具有权利要求10所述的特征的方法实现。在从属权利要求中说明本发明的优选的实施方式。

3、根据本发明的土木工程机械的特征在于，电路组件具有带有电压控制的功率调节的中间电路，并且功率调节实施成分散式，其中，至少一个电动机、至少一个电池单元和供应装置分别关联有独立的调节部件，调节部件分别根据在中间电路中的电压调节来自中间电路的电能供应或到中间电路中的电能输出。中间电路可以是电导体，尤其是汇流排。

4、本发明的基本想法在于，在功率调节或功率管理时摆脱中央控制装置。这通过以下方式实现，即，电路组件设置成具有带有电压控制的功率调节的中间电路。在此，至少一个电动机、至少一个电池单元和供应装置分别关联有独立的调节部件。这些调节部件并不由中央控制装置进行操控。而是，通过各个独立的调节部件，根据每个调节部件的在中间电路中测得的电压，独立地将电能供应给中间电路，或者从中间电路中导出能量。通过这种分散式功率调节，系统可以整体非常快速地对伴有能量需求突然升高或降低的负载变换做出响应。如此也可以将短期积累的更大量的以回收的方式产生的能量输出到电气负载、内部的电池单元上，或必要时(假如存在对此的可能性)输出到外部的电网处。

5、原则上，相应的调节部件可以设置在合适的位置处。根据本发明的一种改进方案特别优选的是，调节部件中间连接在中间电路和相应相关联的电动机、相关联的电池单元或相关联的供应装置之间。调节部件可以直接或者经由相应的测量元件获得关于在中间电路中的当前电压的值。在此，每个调节部件都设有调节或控制逻辑，通过该调节或控制逻辑预设，在中间电路中的特定电压值下或在电压值的特定时间曲线下将能量供应给中间电路或从中间电路中导出，以便如此符合需求地供给例如电动机或其它电气负载以所需的能量，或必要时将在回收运行中产生的能量输送给电池单元用以存储。

6、本发明的另一优选的设计方案在于，设置具有独立的调节部件的多余能量消耗单元、尤其是制动斩波器和/或电气负载，并且使其与中间电路线路连接。通过多余能量消耗单元，尤其是所谓的制动斩波器，可以将不需要且也无法存储的、来自回收的多余能量转化为尤其是热量。如果这种热量不能用于加热如驾驶员舱，可以将该热量输出到例如环境中。由此可以防止土木工程机械的电气系统以及还有内部的电池单元的过载。尤其是，如果在过短的时间内向电池单元供应过多的能量，可能严重损害电池单元的寿命。也可以将多余能量输送给其它电气负载，以便避免例如过压峰值。

7、原则上可以以任意任何合适的方式实施中间电路。根据本发明的一种设计方案特别有利的是，中间电路构造成用于引导和分配基于直流电流的能量。用于引导直流电流的中间电路允许特别好且快速的能量分配。

8、尤其是当在中间电路中引导和分配作为直流电流的能量时，根据本发明的一种实施变型方案有利的是，至少一个调节部件包括dc/dc调整器。优选地，多个或所有调节部件可以具有dc/dc调整器。通过这种调整器，可以将在输入部处供应的直流电流压转换成具有更高的、更低的或反向的电压水平的直流电压。这种dc/dc调整器尤其是为自控制的变流器。

9、在从外部交流电网中提取电能时，根据本发明的一种改进方案有利的是，供应装置构造成供应来自交流电源的电能，其中，在供应装置处设置有电流整流单元。该电流整流单元尤其可以是整流器，通过该整流器可以将交流电流或交流电流压转换成直流电流或直流电流压。

10、本发明的另一有利的设计方案在于，至少一个电动机关联有换流器单元，该换流器单元构造成将直流电流或直流电压转化成交流电流或交流电压，以及反过来转化。由此，换流器单元同样是可以在两个方向上转换电流和电压的整流器或逆变器。如此，一方面可以将来自中间电路的直流电流作为交流电流供应给电动机，而另一方面，可以将在电动机的回收运行中产生的电能从交流电流转换成直流电流用以输出给中间电路。在解释本发明的框架内，大多引用交流电流和直流电流。但原则上，在此也可以引用交流电压和直流电压，因为通常交流电流仅仅伴随交流电压出现，而直流电流仅仅伴随直流电压出现。

11、被也可以回收的方式运行的电动机驱动的操纵单元可以是在土木工程机械处的任意的如下操纵单元，其例如在制动过程时或在下降过程等时释放能量。该能量可用于在回收模式中运行电动机，从而可以将动能和/或势能转换成电能。

12、根据本发明的一种优选的设计方案设置成，该土木工程机械构造成钻探设备，并且至少一个电动机驱动动力转头和/或绳索绞盘或者任意其它负载，像例如液压泵。钻探设备尤其可以是例如可以用于在土壤中建造地基桩的土方钻探设备。尤其是如果这种类型的钻探设备用于非连续钻探(例如利用钻斗)，尤其是在钻探设备处进行钻探工具与的频繁提起和降下。尤其是在降下时，在相关的绳索绞盘处的电动机可以如此定期将势能转换成电能。由此可以显着改善土木工程机械的能量效率。此外有利的是，设置至少两个电动机。

13、根据本发明的方法的特征在于，电路组件具有带有电压控制的功率调节的中间电路，功率调节实施成分散式，其中，至少一个电动机、至少一个电池单元和供应装置分别关联有独立的调节部件，并且通过独立的调节部件，分别根据在中间电路中的电压，将电能从至少一个电动机、至少一个电池单元和供应装置输出到中间电路中，或者将电能从中间电路供应给至少一个电动机、至少一个电池单元和供应装置。

14、该方法尤其是可以应用在之前描述的本发明的土木工程机械中。在此，可以实现以上描述的优点。

15、本发明的一种优选的方法变型方案在于，将无法用于运行土木工程机械且无法用于给电池充电的多余电能输送给多余能量消耗单元、尤其是制动斩波器。在回收运行中，尤其是在降下重的负载时可能短期积累大量的电能。将过大量的电能供应给电池单元会导致电池单元损坏，或电池单元的寿命显著缩短。在这种情况下适宜的是，将无法使用的多余能量供应给相应的消耗单元，尤其是所谓的制动斩波器。所述制动斩波器可以消耗并分解多余能量，例如通过将其转化为热量的方式。如果热量不能以其它方式使用，可以将热量输出到环境处。原则上，通过制动斩波器消耗能量是应该尽可能避免且仅仅在必要情况下使用的措施。原则上，可以如此运行建筑机械，使得大量积累的能量在电池单元中被使用或被电气负载使用，和/或如此控制例如通过绳索绞盘的下降运行引起的电流积累，使得减小下降速度并且如此将积累的能量分配在更长的时间段上。

16、根据一种方法变型方案，在系统中的特别好且快速的能量分配可以通过以下方式实现，即，在中间电路中引导和分配作为直流电流的电能。

17、根据另一方法变型方案优选的是，经由供应装置从外部能量源供应作为交流电流的电能，其中，在供应装置处布置有电流整流单元，通过该电流整流单元将交流电流转换成直流电流。在调节部件处也可以相应地设置转换器单元，从而保证在中间电路中供应或导出期望的电流形式、尤其是直流电流，并且调整期望的电压大小。

18、以相应的方式，根据本发明的一种改进方案优选的是，至少一个电动机关联有换流器单元，通过该换流器单元在驱动模式中将来自中间电路的直流电流转换成交流电流，以及反过来，将在回收模式中由电动机产生的交流电流转换成直流电流。在这种情况下，进行将电能仅仅作为直流电流供应到中间电路中或者和从中间电路中导出。在需要时设置有相应地转换成交流电流或从交流电流相应地转换。这实现可靠且快速的能量分配。