[RU]

1. Электрический привод для транспортного средства, содержащий электромотор, способный приводить в движение транспортное средство и выполненный с возможностью подключения, по выбору, к контактной линии для получения электроэнергии для приведения в движение транспортного средства; и устройство для хранения энергии, соединенное с электромотором и выполненное с возможностью подключения, по выбору, к упомянутой контактной линии, которая способна поставлять электроэнергию в транспортное средство и в устройство для хранения энергии, при этом транспортное средство содержит горнодобывающее устройство, выполненное с возможностью электропитания от контактной линии и/или устройства для хранения энергии, а устройство для хранения энергии выполнено с возможностью работы по выбору в одном или более режимах, включающих питание электромотора для перемещения транспортного средства, когда электромотор отсоединен от контактной линии; форсирование электромотора, когда электромотор соединен с контактной линией, путем подачи энергии из устройства для хранения энергии в электромотор, в то время как энергия подается в электромотор от контактной линии; эксплуатацию горнодобывающего устройства, когда горнодобывающее устройство отсоединено от контактной линии; и форсирование горнодобывающего устройства, когда горнодобывающее устройство соединено с контактной линией, путем подачи энергии из устройства для хранения энергии в горнодобывающее устройство, в то время как энергия подается в горнодобывающее устройство от контактной линии.

2. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии герметично изолировано для предотвращения контакта внутреннего объема устройства для хранения энергии с огнеопасным газом.

3. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии содержит одну или более кислотно-свинцовых, никелево-кадмиевых, ионно-литиевых, никель-металлгидридных аккумуляторных систем.

4. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии соединено с электромотором через первый инвертор и соединено с горнодобывающим устройством через второй, отдельный, инвертор.

5. Транспортное средство, содержащее электрический привод по п.1; горнодобывающее устройство и систему управления с машиночитаемыми инструкциями, выполненную таким образом, что она обеспечивает во время первого режима - режима движения - электропитание двигательной системы с использованием устройства для хранения энергии в первом рабочем состоянии и электропитание двигательной системы с использованием энергии из внешнего источника энергии при одновременной зарядке устройства для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии во втором рабочем состоянии; и во время второго, функционального, режима электропитание упомянутого горнодобывающего устройства с использованием энергии из внешнего источника энергии при одновременной зарядке устройства для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии.

6. Транспортное средство по п.5, в котором упомянутое горнодобывающее устройство содержит одно или более буровых устройств.

7. Транспортное средство по п.5, в котором упомянутое горнодобывающее устройство содержит одно или более из следующего: конвейер, разгрузчик, сито, ковш и дробилка.

8. Транспортное средство по п.5, в котором система управления дополнительно обеспечивает выполнение инструкций для третьего режима - режима моста, во время которого энергия из внешнего источника энергии недоступна, а электропитание упомянутого горнодобывающего устройства производится с использованием энергии из устройства для хранения энергии.

9. Транспортное средство по п.8, в котором система управления дополнительно обеспечивает выполнение инструкций для четвертого, форсированного, режима, во время которого электропитание упомянутого горнодобывающего устройства производится с использованием энергии из устройства для хранения энергии и внешнего источника энергии, при этом подаваемая мощность во время четвертого режима превышает подаваемую мощность во время второго или третьего режима.

10. Транспортное средство по п.9, в котором во время второго и четвертого режимов подача энергии из внешнего источника энергии осуществляется посредством соединения транспортного средства с внешним источником энергии через контактную линию, а во время первого и третьего режимов подача энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.

11. Способ управления транспортным средством, содержащим электрический привод по п.1 и горнодобывающее устройство, включающий этапы, на которых во время первого состояния осуществляют электропитание двигательной установки из устройства для хранения энергии; во время второго состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства и зарядку устройства для хранения энергии с использованием внешнего источника энергии, при этом транспортное средство соединено с внешним источником энергии через контактную линию; во время третьего состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства устройством для хранения энергии и во время четвертого состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства с использованием объединенной мощности из устройства для хранения энергии и из внешнего источника энергии, при этом объединенная мощность превышает мощность, доступную как из устройства для хранения энергии, так и из внешнего источника энергии.

12. Способ по п.11, в котором первое состояние представляет собой работу транспортного средства в режиме движения или режиме откатки, второе состояние представляет собой работу транспортного средства в функциональном режиме, третье состояние представляет собой работу транспортного средства в режиме моста при недоступности внешнего источника энергии, а четвертое состояние представляет собой работу транспортного средства в форсированном режиме, в котором требуется дополнительная мощность.

13. Способ по п.11, в котором во время первого состояния транспортное средство перемещается, а во время второго, третьего и четвертого состояний транспортное средство неподвижно.

14. Способ по п.11, дополнительно содержащий этап, на котором осуществляется во время пятого состояния, в котором транспортное средство работает с текучими средами в шахтном стволе, электропитание насоса для текучей среды, соединенного с транспортным средством, с использованием устройства для хранения энергии, при этом насос для текучей среды содержит один или более насосов для воздуха и насосов для воды, предназначенных для подачи в шахтный ствол воздуха и/или воды или удаления из шахтного ствола воздуха и/или воды.

15. Способ по п.13, в котором во время первого и третьего состояний подача энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.

16. Способ управления транспортным средством, содержащим электрический привод по п.1 и горнодобывающее устройство, такое как буровое устройство, включающий этапы, на которых перемещают транспортное средство через область с первым градиентом, который ниже порогового, при этом транспортное средство приводят в движение с использованием энергии из устройства для хранения энергии и заряжают устройство для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии; и перемещают транспортное средство через область со вторым градиентом, который выше порогового, при этом транспортное средство соединяют с внешним источником энергии через контактную линию, и транспортное средство приводят в движение с использованием энергии из внешнего источника энергии.

17. Способ по п.16, в котором приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из устройства для хранения энергии осуществляется посредством работы тягового электромотора с использованием энергии из устройства для хранения энергии, а приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из внешнего источника энергии осуществляется посредством работы тягового двигателя с использованием энергии из внешнего источника энергии.

18. Способ по п.16, в котором приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.

(57) Реферат / Формула:

1. Электрический привод для транспортного средства, содержащий электромотор, способный приводить в движение транспортное средство и выполненный с возможностью подключения, по выбору, к контактной линии для получения электроэнергии для приведения в движение транспортного средства; и устройство для хранения энергии, соединенное с электромотором и выполненное с возможностью подключения, по выбору, к упомянутой контактной линии, которая способна поставлять электроэнергию в транспортное средство и в устройство для хранения энергии, при этом транспортное средство содержит горнодобывающее устройство, выполненное с возможностью электропитания от контактной линии и/или устройства для хранения энергии, а устройство для хранения энергии выполнено с возможностью работы по выбору в одном или более режимах, включающих питание электромотора для перемещения транспортного средства, когда электромотор отсоединен от контактной линии; форсирование электромотора, когда электромотор соединен с контактной линией, путем подачи энергии из устройства для хранения энергии в электромотор, в то время как энергия подается в электромотор от контактной линии; эксплуатацию горнодобывающего устройства, когда горнодобывающее устройство отсоединено от контактной линии; и форсирование горнодобывающего устройства, когда горнодобывающее устройство соединено с контактной линией, путем подачи энергии из устройства для хранения энергии в горнодобывающее устройство, в то время как энергия подается в горнодобывающее устройство от контактной линии.

2. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии герметично изолировано для предотвращения контакта внутреннего объема устройства для хранения энергии с огнеопасным газом.

3. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии содержит одну или более кислотно-свинцовых, никелево-кадмиевых, ионно-литиевых, никель-металлгидридных аккумуляторных систем.

4. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии соединено с электромотором через первый инвертор и соединено с горнодобывающим устройством через второй, отдельный, инвертор.

5. Транспортное средство, содержащее электрический привод по п.1; горнодобывающее устройство и систему управления с машиночитаемыми инструкциями, выполненную таким образом, что она обеспечивает во время первого режима - режима движения - электропитание двигательной системы с использованием устройства для хранения энергии в первом рабочем состоянии и электропитание двигательной системы с использованием энергии из внешнего источника энергии при одновременной зарядке устройства для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии во втором рабочем состоянии; и во время второго, функционального, режима электропитание упомянутого горнодобывающего устройства с использованием энергии из внешнего источника энергии при одновременной зарядке устройства для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии.

6. Транспортное средство по п.5, в котором упомянутое горнодобывающее устройство содержит одно или более буровых устройств.

7. Транспортное средство по п.5, в котором упомянутое горнодобывающее устройство содержит одно или более из следующего: конвейер, разгрузчик, сито, ковш и дробилка.

8. Транспортное средство по п.5, в котором система управления дополнительно обеспечивает выполнение инструкций для третьего режима - режима моста, во время которого энергия из внешнего источника энергии недоступна, а электропитание упомянутого горнодобывающего устройства производится с использованием энергии из устройства для хранения энергии.

9. Транспортное средство по п.8, в котором система управления дополнительно обеспечивает выполнение инструкций для четвертого, форсированного, режима, во время которого электропитание упомянутого горнодобывающего устройства производится с использованием энергии из устройства для хранения энергии и внешнего источника энергии, при этом подаваемая мощность во время четвертого режима превышает подаваемую мощность во время второго или третьего режима.

10. Транспортное средство по п.9, в котором во время второго и четвертого режимов подача энергии из внешнего источника энергии осуществляется посредством соединения транспортного средства с внешним источником энергии через контактную линию, а во время первого и третьего режимов подача энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.

11. Способ управления транспортным средством, содержащим электрический привод по п.1 и горнодобывающее устройство, включающий этапы, на которых во время первого состояния осуществляют электропитание двигательной установки из устройства для хранения энергии; во время второго состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства и зарядку устройства для хранения энергии с использованием внешнего источника энергии, при этом транспортное средство соединено с внешним источником энергии через контактную линию; во время третьего состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства устройством для хранения энергии и во время четвертого состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства с использованием объединенной мощности из устройства для хранения энергии и из внешнего источника энергии, при этом объединенная мощность превышает мощность, доступную как из устройства для хранения энергии, так и из внешнего источника энергии.

12. Способ по п.11, в котором первое состояние представляет собой работу транспортного средства в режиме движения или режиме откатки, второе состояние представляет собой работу транспортного средства в функциональном режиме, третье состояние представляет собой работу транспортного средства в режиме моста при недоступности внешнего источника энергии, а четвертое состояние представляет собой работу транспортного средства в форсированном режиме, в котором требуется дополнительная мощность.

13. Способ по п.11, в котором во время первого состояния транспортное средство перемещается, а во время второго, третьего и четвертого состояний транспортное средство неподвижно.

14. Способ по п.11, дополнительно содержащий этап, на котором осуществляется во время пятого состояния, в котором транспортное средство работает с текучими средами в шахтном стволе, электропитание насоса для текучей среды, соединенного с транспортным средством, с использованием устройства для хранения энергии, при этом насос для текучей среды содержит один или более насосов для воздуха и насосов для воды, предназначенных для подачи в шахтный ствол воздуха и/или воды или удаления из шахтного ствола воздуха и/или воды.

15. Способ по п.13, в котором во время первого и третьего состояний подача энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.

16. Способ управления транспортным средством, содержащим электрический привод по п.1 и горнодобывающее устройство, такое как буровое устройство, включающий этапы, на которых перемещают транспортное средство через область с первым градиентом, который ниже порогового, при этом транспортное средство приводят в движение с использованием энергии из устройства для хранения энергии и заряжают устройство для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии; и перемещают транспортное средство через область со вторым градиентом, который выше порогового, при этом транспортное средство соединяют с внешним источником энергии через контактную линию, и транспортное средство приводят в движение с использованием энергии из внешнего источника энергии.

17. Способ по п.16, в котором приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из устройства для хранения энергии осуществляется посредством работы тягового электромотора с использованием энергии из устройства для хранения энергии, а приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из внешнего источника энергии осуществляется посредством работы тягового двигателя с использованием энергии из внешнего источника энергии.

18. Способ по п.16, в котором приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.

---

Евразийское ои 027434 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. E21F13/00 (2006.01)
2017.07.31
(21) Номер заявки 201290728
(22) Дата подачи заявки
2010.12.03
(56) US-A-5293947 US-A-4700023 US-B1-6305296 US-A-4508388
(54) ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ, СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ
(31) 61/310,699; 12/953,107
(32) 2010.03.04; 2010.11.23
(33) US
(43) 2013.04.30
(86) PCT/US2010/058811
(87) WO 2011/109050 2011.09.09
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ
(US)
(72) Изобретатель:
Бастьен Бертран (US)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(57) Система (100) электрического привода предназначена для использования в транспортном средстве, которое работает в среде со строгими требованиями к выбросам и вентиляции. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения система (100) электрического привода содержит электромотор (104), способный приводить в действие транспортное средство, и устройство (108) для хранения энергии, соединенное с электромотором (104), при этом электромотор выполнен с возможностью соединения, по выбору, с контактной линией (103), которая способна подавать электроэнергию в транспортное средство и в устройство (108) для хранения энергии.
Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится к системам электрического привода и к способам работы такой системы электрического привода.
Область техники
Транспортные средства, содержащие двигатели внутреннего сгорания, могут работать в такой окружающей среде, как шахтные стволы, в которых имеются строгие требования к выбросам и вентиляции. В такой окружающей среде использование двигателей внутреннего сгорания может быть запрещено и/или может быть ограничено количество двигателей, работающих одновременно. Кроме того, может быть ограничено количество транспортных средств, которые могут работать в данный момент в такой среде.
Краткое описание изобретения
Представлены способы и системы для управления работой электрического привода в транспортных средствах, например в горнодобывающем устройстве. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения электрический привод содержит электромотор, способный приводить в действие транспортное средство, и устройство для хранения энергии, связанное с этим электромотором. Устройство для хранения энергии может по выбору подключаться к контактной линии, а контактная линия способна поставлять электроэнергию в транспортное средство и в устройство для хранения энергии. Системой электрического привода транспортного средства можно управлять в зависимости от режима работы транспортного средства. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения транспортное средство содержит горнодобывающее устройство, которое приводится в действие энергией от одной или более контактных линий, и устройство для хранения энергии. В такой конфигурации в некоторых режимах электромотор может питаться от устройства для хранения энергии, таким образом приводя транспортное средство в действие, в то время как в других режимах электромотор может питаться от внешнего источника энергии, одновременно заряжающего устройство для хранения энергии. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения можно комбинировать питание из устройства для хранения энергии и из внешнего источника. Таким образом, при подаче энергии к электрическому приводу из бортового устройства для хранения энергии снижается потребность в использовании двигателя внутреннего сгорания.
В одном из примеров транспортное средство представляет собой горнодобывающее транспортное средство, содержащее рудную тележку. Горнодобывающее транспортное средство работает в горнодобывающей среде, такой как шахта, в которой требования к выбросам и вентиляции очень высоки. Горнодобывающее транспортное средство выполняют с гибридным электрическим приводом, который содержит двигатель, тяговый электромотор для вращения колес транспортного средства, герметично изолированное устройство для хранения энергии, включающее один или более аккумуляторных модулей, и электромотор для привода связанного горнодобывающего устройства, например бурового устройства. В зависимости от условий работы транспортного средства контроллер транспортного средства выполнен так, чтобы приводить в действие горнодобывающее транспортное средство и/или подавать в горнодобывающее устройство энергию из одного или более устройств для хранения энергии, двигателя транспортного средства и внешнего источника энергии. Например, когда горнодобывающее транспортное средство и/или устройство должно работать с использованием энергии из внешнего источника энергии, если такой внешний источник энергии доступен, и/или когда горнодобывающее транспортное средство пересекает участок с большим градиентом (более крутой), контроллер может по выбору соединить транспортное средство с внешним источником энергии через контактную линию. В данном случае энергия из внешнего источника энергии используется для приведения в действие транспортного средства и/или управления буровым устройством, в то время как имеет место одновременная зарядка устройства для хранения энергии. В качестве другого примера, когда горнодобывающее транспортное средство и/или устройство работает с использованием энергии из устройства для хранения энергии, например, когда внешний источник энергии недоступен, когда горнодобывающее транспортное средство находится вне зоны, где допустима работа двигателя, и/или когда горнодобывающее транспортное средство пересекает участок с менее значительным градиентом (более пологий), контроллер может по выбору отключить транспортное средство от контактной линии внешнего источника энергии. В данном случае энергия из устройства для хранения энергии используется для приведения в действие транспортного средства и/или для управления буровым устройством до тех пор, пока внешний источник энергии вновь не окажется доступен. Кроме того, когда требуется дополнительное питание для приведения в действия транспортного средства и/или управления буровым устройством, можно комбинировать энергию из внешнего источника энергии и из устройства для хранения энергии, что обеспечивает большую мощность. При этом потребность в работе двигателя транспортного средства значительно снижается.
Очевидно, что приведенное выше краткое описание дано для представления в упрощенной форме набора концепций, которые ниже описаны более подробно. Оно не предназначено для идентификации главных или существенных признаков изобретения, сущность и объем которого однозначно определяется пунктами формулы изобретения. Кроме того, изобретение не ограничено реализациями, которые устраняют какие-либо из недостатков, описанных выше или в любой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На сопровождающих чертежах изображено следующее.
На фиг. 1-3 дано схематичное описание вариантов выполнения системы электрического привода для транспортного средства.
На фиг. 4 показан вид в перспективе системы электрического привода в горнодобывающем транспортном средстве.
На фиг. 5 схематично показана система электрического привода в среде, связанной с горнодобычей.
На фиг. 6, 7 показана последовательность операций для управления системой электрического привода, показанной на фиг. 1-3.
На фиг. 8A-8D описаны эксплуатационные требования, параметры транспортного средства и параметры движения транспортного средства, содержащего систему электрического привода согласно настоящему изобретению.
На фиг. 9 показана таблица, содержащая все возможные режимы работы горнодобывающего транспортного средства согласно настоящему изобретению.
На чертежах, которые выполнены не в масштабе, одинаковые позиции относятся к одинаковым или сходным компонентам и блокам, если не указано иное.
Подробное описание
Система электрического привода (показанная на фиг. 1-3) в транспортном средстве (показанном на фиг. 4) может работать в местах со строгими требованиями к выбросам и ограниченной вентиляцией (такой, которая показана на фиг. 5). В зависимости от режима работы транспортного средства (фиг. 9) система электрического привода может быть соединена с внешним источником энергии через контактную линию или отсоединена от него. При наличии соединения система электрического привода может работать с использованием энергии из внешнего источника энергии при одновременной зарядке системы аккумуляторов. Когда соединение разорвано, система электрического привода может работать с использованием энергии от системы заряженных аккумуляторов. Кроме того, в зависимости от требований к мощности, можно объединять энергию, как из внешнего источника энергии, так и из устройства для хранения энергии, и подавать повышенную мощность для перемещения транспортного средства и/или дополнительной операции. В таких случаях степень использования двигателя внутреннего сгорания для приведения в действие системы электропривода транспортного средства может быть снижена. Уменьшая степень использования двигателя внутреннего сгорания, можно добиться повышения удобства и простоты использования транспортного средства в среде с ограниченной вентиляцией.
На фиг. 1 показан первый вариант выполнения системы 100 электрического привода для транспортного средства согласно настоящему изобретению. В качестве неограничивающего примера показано горнодобывающее транспортное средство, содержащее буровое устройство, выполненное с возможностью приведения в действие электрическим током. Система 100 электрического привода содержит один или более электромоторов 104. Электромоторы 104 включают тяговый электромотор, позволяющий перемещать транспортное средство, а также электромоторы (например, буровой электромотор) для приведения в действие горнодобывающих устройств, связанных с горнодобывающим транспортным средством, в данном случае бурового устройства 106. В иллюстрируемом примере горнодобывающее устройство используется для бурения в стену шахты. Система 100 электрического привода дополнительно содержит устройство 108 для хранения энергии, показанное здесь как система аккумуляторов, соединенная с электромотором 104. Как очевидно из фиг. 2-3, горнодобывающее транспортное средство может представлять собой гибридную электрическую систему, при этом система 100 электрического привода представляет собой гибридную систему электрического привода, связанную с двигателем внутреннего сгорания транспортного средства. В альтернативных вариантах выполнения настоящего изобретения, в которых система электрического привода не соединена с двигателем транспортного средства, горнодобывающее транспортное средство может быть транспортным средством только на электрической тяге.
Устройство 108 для хранения энергии содержит множество накопителей энергии. Каждый накопитель энергии может содержать суперконденсаторы, ультра-конденсаторы, маховики, аккумуляторы или их комбинацию. Аккумуляторы устройства 108 для хранения энергии могут включать один или более кислотно-свинцовых аккумуляторов, никелево-кадмиевых аккумуляторов, ионно-литиевых аккумуляторов, никель-металлгидридных аккумуляторов и натрий-металл-галоидных аккумуляторов или аккумуляторных систем. В некоторых примерах устройство 108 для хранения энергии может содержать один или более аккумуляторных модулей, при этом каждый аккумуляторный модуль также содержит аккумуляторы данного вида. Различные накопители энергии могут использоваться по отдельности или в комбинации. При использовании в комбинации различные накопители энергии могут обеспечить синергетиче-скую выгоду, которая не может быть реализована с использованием любого отдельного накопителя энергии. Например, система с маховиком и система с ультра-конденсаторами могут использоваться для относительно быстрого забора и выдачи электроэнергии, однако каждая из этих систем может быть относительно ограничена емкостью полной запасенной энергии и продолжительностью хранения. По сравнению с ними система аккумуляторов может использоваться для относительно медленного забора энергии, но характеризуется большей емкостью полной энергии. Таким образом, когда различные накопители
энергии используются в комбинации, возможности устройства для хранения энергии в рамках полного захвата и хранения энергии расширяются и выходят за рамки, присущие системе с ультраконденсаторами, системе с маховиками или системе аккумуляторов взятыми по отдельности.
Кроме того, в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения устройство 108 для хранения энергии герметично изолировано. В данном контексте термин "герметично" включает не только воздухонепроницаемость, но и непроницаемость для внешнего вмешательства или воздействия вообще. Таким образом, устройство 108 для хранения энергии по существу не вырабатывает тепла или теплового выхлопа и по существу не испускает дыма, газов или паров. Аналогично, по существу никакая повышенная температура, тепловой выхлоп, газы, дым, или пары из окружающей среды не в состоянии пройти через герметичное уплотнение в устройство для хранения энергии. Соответственно, в одном варианте выполнения настоящего изобретения устройство 108 для хранения энергии герметично изолировано, чтобы предотвратить контакт внутреннего объема устройства для хранения энергии с огнеопасным газом. В другом варианте выполнения настоящего изобретения, помимо того, что оно герметично изолировано, устройство для хранения энергии может быть термоизолировано так, чтобы температура никакой внешней поверхности устройства для хранения энергии не превышала значительно температуры окружающего воздуха. В этом случае устройство 108 для хранения энергии может использоваться в огнеопасной окружающей среде, и, несмотря на то, что температура в устройстве для хранения энергии является высокой (например, 300°С), огнеопасные газы окружающей среды не входят в контакт ни с какой частью устройства для хранения энергии, температура которого значительно превышает температуру окружающей среды. Это позволяет устройству 108 для хранения энергии питать электромотор 104 и/или управлять буром 106 и при этом находиться в контакте с огнеопасным газом, не воспламеняя его. При использовании герметичных аккумуляторов транспортное средство может использоваться в различных условиях, включая места со строгими требованиями к выбросам и ограниченной вентиляцией (такой как в шахтных стволах). Выбросы, о которых говорится в требованиях, могут включать, например, разновидности NOx, твердые частицы, углекислый газ и т.д. Требования к вентиляции могут быть необходимы для поддержания должного качества воздуха, управления температурой, управления концентрацией (например, в миллионных долях) топлива или горючих газов (например, метана) или их комбинации. Кроме того, приведенная конфигурация снижает вероятность теплового пробоя, искрения и/или других опасных ситуаций.
В других вариантах выполнения настоящего изобретения устройство для хранения энергии может быть соединено со специальной системой охлаждения (не показана), которая подает под давлением охлаждающую текучую среду для поддержания аккумуляторов устройства 108 для хранения энергии в заданном температурном интервале. Охлаждающая текучая среда может включать одно или более из следующего: воздух, воду, масло или другой подходящий хладагент. В другом примере для охлаждения герметично изолированных аккумуляторов может использоваться термоэлектрическое охлаждение (например, с помощью эффекта Пельтье). Альтернативно, система охлаждения, связанная с электромотором 104 (например, система охлаждения, ассоциированная с электромотором для привода колес транспортного средства), может также быть связана с устройством 108 для хранения энергии так, чтобы для регулировки температуры как электромотора, так и аккумуляторов использовалась общая система охлаждения.
Устройство 108 для хранения энергии может быть дополнительно соединено с системой 22 управления аккумуляторами. Система 22 управления аккумуляторами может содержать постоянный машиночитаемый код в системе хранения с инструкциями для приведения в действие транспортного средства и/или для приведения в действие одного или более устройств, связанных с транспортным средством, с использованием энергии из устройства для хранения энергии. Эти инструкции могут включать инструкции для различных процедур и способов, описанных в настоящем документе, например на фиг. 6-7. Таким образом, система 22 управления аккумуляторами может управлять устройством для хранения энергии. В иллюстрируемом примере система 22 управления аккумуляторами соединена с контроллером 12 транспортного средства. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения может быть одна система управления аккумуляторами для контроля и управления работой всех накопителей энергии (например, всех накопителей энергии или аккумуляторных модулей) устройства 108 для хранения энергии. В альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения, как показано на фиг. 4, каждый накопитель энергии (например, каждый накопитель энергии или аккумуляторный модуль) устройства 108 для хранения энергии соединен со специально предназначенной системой управления аккумуляторами.
Система электрического привода может дополнительно содержать систему управления или контроллер 12. В одном варианте выполнения настоящего изобретения контроллер 12 может представлять собой постоянный машиночитаемый код в системе хранения с инструкциями для приведения в действие транспортного средства и/или для приведения в действие одного или более компонентов транспортного средства в зависимости от условий эксплуатации. Как показано на фиг. 6-7, на основе условий эксплуатации транспортного средства (например, в зависимости от вида дороги, доступности энергии, требований к бурению, требований к доставке по штреку и т.д.) и других условий, определяемых вводом данных, производимым оператором, контроллер может определить режим работы транспортного средства (например, выбранный оператором, автоматически выбранный контроллером на основе условий экс
плуатации транспортного средства). На основе режима работы транспортного средства контроллер может по выбору подсоединять устройство для хранения энергии к внешнему источнику энергии или отсоединять от него и соответственно отрегулировать операцию по зарядке аккумуляторов, работе бура и/или перемещению транспортного средства.
На основе условий эксплуатации транспортного средства устройство 108 для хранения энергии по выбору работает в одном или нескольких режимах работы. Более конкретно, на основе условий эксплуатации горнодобывающее транспортное средство может быть по выбору подсоединено к внешнему источнику энергии 102, например, через контактную линию 103, или отсоединено от него. Соответственно, устройство 108 для хранения энергии может питать электромотор 104 (например, тяговый электромотор) для перемещения транспортного средства, при этом электромотор отсоединен от контактной линии 103, или управлять горнодобывающим устройством (например, буровым устройством 106), когда горнодобывающее устройство отсоединено от контактной линии 103. Альтернативно, устройство 108 для хранения энергии может форсировать работу электромотора 104, когда этот электромотор соединен с контактной линией 103, или форсировать работу горнодобывающего устройства, когда это горнодобывающее устройство соединено с контактной линией 103. Таким образом, буровое устройство 106 работает с использованием энергии из одного или более электромоторов (например, когда электромотор работает с использованием энергии из внешнего источника энергии) и устройства для хранения энергии (например, когда никакая внешняя энергия не доступна). При этом, когда соединение имеется, например, во время операции перемещения, контактная линия 103 способна дополнительно подавать электроэнергию в устройство для хранения энергии для зарядки накопительных элементов, например системы аккумуляторов, для использования во время последующей операции по откатке.
Одно или более устройств для хранения энергии и внешний источник энергии могут также использоваться для питания вспомогательной нагрузки транспортного средства, например одного или более гидравлических насосов, предназначенных для изменения направления движения транспортного средства и/или торможения, или для системы отопления, вентиляции и кондиционирование воздуха (HVAC), обеспечивающей отопление кабины и/или кондиционирование воздуха в ней, и т.п. Хотя в примере на чертеже показано подсоединение устройства для хранения энергии к внешнему источнику энергии через контактную линию, это не является ограничением. В альтернативных вариантах выполнения настоящего изобретения внешний источник энергии может быть альтернативным источником электроэнергии, например 3-фазной сетью с напряжением 480 В.
В других вариантах выполнения настоящего изобретения, в которых система 100 электрического привода содержит двигатель транспортного средства (как показано на фиг. 2-3), контроллер транспортного средства может управлять одним или более электромотором (например, тяговым электромотором для перемещения транспортного средства и/или электромотором бурового устройства) с использованием энергии от двигателя, в то время как устройство для хранения энергии соединено с контактной линией и заряжается. Однако в других комбинациях работы электромоторов с использованием одного или более двигателей транспортного средства, возможно применение устройства для хранения энергии и внешнего источника энергии, как рассмотрено ниже со ссылкой на фиг. 9.
На фиг. 2-3 показаны детализированные варианты 200 и 300 выполнения соответственно гибридной системы электрического привода, показанной на фиг. 1, для использования в гибридном горнодобывающем транспортном средстве (например, в рудной тележке), работающем в среде горнодобычи. В вариантах выполнения настоящего изобретения, показанных на фиг. 2-3, одно или более устройств 108 для хранения энергии и двигателей 230 транспортного средства предназначены для выдачи энергии одному или более электромотору через один или более инверторов для перемещения транспортного средства и/или управления связанным с ним устройством, таким как буровое устройство.
На фиг. 2 показан вариант 200 устройства 108 для хранения энергии, соединенного с тяговым электромотором 206 через первый инвертор 204 и с электромотором 209 бурового устройства, приводящего в действие горнодобывающее устройство 106 (например, буровое), через второй, отдельный инвертор 208. Как сказано выше при рассмотрении фиг. 1, одним или более накопителем энергии устройства 108 для хранения энергии может управлять система 22 управления аккумуляторами. По существу, комбинация устройства 108 для хранения энергии, тягового электромотора 206 и первого инвертора 204 может составлять электросиловой блок 202. Тяговый электромотор 206 может приводить в действие колеса 214 или непосредственно через приводную цепь 220, или через трансмиссию 210. В иллюстрируемом примере вал 207 тягового электромотора 206 соединен с гидродинамической трансмиссией 210. Подходящий тяговый электромотор может быть электромотором переменного тока (как на чертеже) или электромотором постоянного тока. В случае, когда электромотор - это электромотор переменного тока (как показано на чертеже), использование инвертора, соединенного с тяговым электромотором, позволяет преобразовать напряжение постоянного тока из устройства для хранения энергии в соответствующее напряжение переменного тока, например трехфазное напряжение переменного тока, для последующего использования электромотором. В случае, когда электромотор - это электромотор постоянного тока, этот электромотор может непосредственно использовать напряжение с выхода устройства для хранения энергии и трансмиссии 210 по шине 222 постоянного тока. Детали, касающиеся параметров, желательных для элек
тромотора, показаны в таблице на фиг. 8D.
Двигателем 230 транспортного средства можно управлять так, чтобы он перемещал транспортное средство, заряжал устройство 108 для хранения энергии и/или питал электромотор 209 бурового устройства 106. В показанном варианте выполнения настоящего изобретения двигатель 230 транспортного средства представляет собой дизельный двигатель. Однако в альтернативных вариантах выполнения настоящего изобретения могут использоваться двигатели других типов, такие как бензиновый двигатель, биодизель или двигатель, работающий на природном газе. Двигатель 230 генерирует крутящий момент, который передается генератору 232 переменного тока посредством приводного вала (не показан). Созданный крутящий момент используется генератором 232 переменного тока для генерации электроэнергии с последующей передачей ее в горнодобывающее транспортное средство. Двигатель 230 может работать на постоянной скорости, таким образом генерируя на выходе постоянную мощность (в лошадиных силах), или на переменной скорости и переменной мощности в зависимости от эксплуатационных требований. Электроэнергия, генерируемая в результате, передается по электрической шине множеству электрических компонентов. В зависимости от типа генерируемого на выходе электрического напряжения, электрическая шина может быть шиной постоянного тока (DC) или шиной переменного тока (АС). В показанном примере электроэнергия, генерируемая двигателем 230 и переданная через генератор 232 переменного тока, сначала выпрямляется посредством одного или более выпрямителей 234 или инверторов 204, 208, а затем подается по шине DC в устройство 108 для хранения энергии, тяговый электромотор 206 и электромотор 209 бурового устройства.
Крутящий момент, создаваемый двигателем 230, также передается к приводной цепи 220 посредством трансмиссии 210. Приводная цепь 220 включает устройства распределения мощности и средства для переключения передач, такие как трансмиссия, зубчатые передачи, приводные валы, дифференциалы, преобразователи крутящего момента и т.п. Подходящая топология распределения мощности включает один тяговый электромотор для всех колес, или по одному электромотору на каждую колесную ось. В показанном варианте выполнения настоящего изобретения трансмиссия 210 содержит одну или более передач, например, чтобы обеспечить работу трансмиссии с фиксированным передаточным числом. Затем мощность (или крутящий момент) передается от трансмиссии 210 для управления приводным валом 212 и колесами 214, таким образом приводя в движение горнодобывающее транспортное средство. Для обеспечения работы горнодобывающего устройства, такого как бурильное устройство 106, также используется энергия постоянного тока из устройства 108 для хранения энергии и/или двигателя 230. Например, устройство 108 для хранения энергии может быть соединено с электромотором 209 бурового устройства через второй инвертор 208 и подавать энергию для работы бурового устройства 106. Кроме того или в качестве опции двигатель 230 может генерировать энергию, которая используется для работы электромотором 209 бурового устройства.
На фиг. 3 показан другой вариант выполнения системы 300 электрического привода для транспортного средства в горнодобывающей среде. Здесь в отличие от варианта выполнения, показанного на фиг. 2, буровое устройство 106 и электромотор 209 бурового устройства соединены с валом 207 двигателя с помощью гидродинамической трансмиссии 210 так, что не требуется никакого дополнительного инвертора, когда буровое устройство 106 приводится в действие с использованием источника постоянного тока из устройства 108 для хранения энергии или двигателя 230.
В вариантах выполнения настоящего изобретения, показанных на фиг. 2-3, устройство 108 для хранения энергии и/или двигатель 230 может также использоваться для питания одной или более дополнительных нагрузок, выполняющих вспомогательные функции. Эти дополнительные нагрузки могут включать, например, системы освещения, системы управления, системы кондиционирования воздуха, системы вентиляции и системы связи. Различные дополнительные нагрузки могут приводиться в действие непосредственно от устройства для хранения энергии и/или от двигателя или же через соответствующие преобразователи, такие как инверторы, прерыватели, выпрямители и т.д., как показано на чертежах. В одном из примеров механическая нагрузка, такая как буровое устройство 106, может приводиться в действие электромотором бурового устройства с отдельным инвертором или может приводиться в действие валом от одного или нескольких электромоторов, используемых для приведения в действие транспортного средства. Другие механические нагрузки могут включать, например, гидравлические насосы и вентиляторы. В одном примере, как показано на чертеже, вал 207 электромотора может быть соединен с гидравлическим насосом 216 для управления дополнительными нагрузками 218, способствующими осуществлению поворотов и/или торможения. Альтернативно, специальные электрические электромоторы могут приводить в действие насосы для осуществления таких дополнительных функций. Примеры эксплуатационных требований, параметров транспортного средства и параметров режимов работы электромоторов горнодобывающего транспортного средства, включая систему электрического привода, показанную на фиг. 1-3, показаны в таблицах на фиг. 8А-С.
Хотя на фиг. 2, 3 показаны инверторы, могут иметься дополнительные силовые электронные средства, такие как преобразователи DC/DC и/или двунаправленные повышающие преобразователи, и дополнительные электрические коммутационные устройства, такие как контакторы и диоды. В одном из примеров двунаправленный повышающий преобразователь может быть включен в систему 22 управле
ния аккумуляторами для развязки напряжения в одной группе накопителей, такой как ультраконденсатор или первый, более мощный накопитель, и напряжения в другой группе накопителей, такой как второй, менее мощный накопитель. В систему 22 управления аккумуляторами могут также входить другие силовые электронные средства, такие как, например, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или тиристоры, действующие в качестве модуляторов ширины импульса.
Различные силовые электронные средства могут получать данные, относящиеся к условиям эксплуатации аккумуляторов, включая, но не ограничиваясь этим, состояние заряда аккумулятора (SOC), температуру аккумулятора и градиент температуры, частоту использования, количество прошедших циклов заряда/разряда, ток и напряжение передаваемой мощности, общее количество ампер-часов в режиме заряда/разряда, общее количество часов работы в режиме заряда/разряда, количество завершенных задач для транспортного средства, расстояние, которое преодолело транспортное средство, время работы и т.п.
Хотя изображенные варианты выполнения настоящего изобретения относятся к горнодобывающему транспортному средству с буровым устройством, работающим от аккумулятора, очевидно, что это не является ограничением, и что другое оборудование с альтернативным связанным устройством (вместо или в дополнение к буровому устройству) находится в объеме изобретения. Такое другое оборудование и связанные устройства включают одно или более из следующего: машины для анкерования, машины для удаления отложений, погрузчики сыпучих материалов, транспортные тележки, фронтальные погрузчики, тягачи, ковши, разгрузчики, дробилки, сита, машины для технического обслуживания, защищенные тележки и конвейеры.
Кроме того, хотя показанные варианты выполнения настоящего изобретения относятся к транспортному средству с двигателем внутреннего сгорания, очевидно, что это не является ограничением, и в объеме изобретения находятся другие транспортные средства с системой электрического привода, которые не имеют (или имеют ограниченные) возможностей накопления энергии на борту, например привязные транспортные средства, которые связаны с внешним источником энергии с помощью кабеля. Поэтому в случае привязных транспортных средств количество транспортных средств, работающих в данной области, может быть дополнительно ограничено из практических соображений, например длиной кабеля, риском наезда на кабель и его перерезания/повреждения, истиранием о камни и т.д.
На фиг. 4 показан вид 400 в перспективе горнодобывающего транспортного средства, содержащего электрический привод, такой как электрический привод на фиг. 1-3. Более конкретно, вид 400 показывает конфигурацию устройства 108 для хранения энергии и электромотор 404 (например, тяговый электромотор 206 или электромотор бурового устройства 209) по отношению к колесам 402 горнодобывающего транспортного средства 401. В данном варианте устройство 108 для хранения энергии содержит множество аккумуляторных модулей (например, шесть модулей натриевых аккумуляторов), соединенных с электромотором 404 переменного тока. Множество аккумуляторных модулей расположено над электромотором 404 переменного тока. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения в пространство ниже группы аккумуляторов и рядом с электромотором 404 может быть установлено дополнительное количество запасных аккумуляторных модулей (например, два модуля) (не показаны). Множество аккумуляторных модулей герметично изолировано, что предотвращает контакт аккумулятора со средой, окружающей транспортное средство. Кроме того, каждая группа накопителей энергии (например, каждая группа аккумуляторов или аккумуляторных модулей) устройства 108 для хранения энергии соединена с соответствующей системой 22 управления аккумуляторами.
Как четко видно на фиг. 5-7, в зависимости от условий эксплуатации транспортного средства система электрического привода транспортного средства может быть по выбору соединена с внешним источником энергии через контактную линию или отсоединена от него. Например, при пересечении участка трассы с большим градиентом, электрический привод может получать энергию из внешнего источника энергии. Затем при пересечении участка трассы с меньшим градиентом электрический привод может быть отсоединен от внешнего источника энергии. Когда внешний источник энергии подсоединен через контактную линию, он может использоваться для перемещения транспортного средства, для работы одного или более связанных устройств (например, одного или более буровых устройств или насосов) и/или для зарядки устройства для хранения энергии. Когда, он отсоединен, энергия из устройства для хранения энергии может использоваться для перемещения транспортного средства и/или для работы связанных нагрузок. Кроме того, если требуется много энергии, энергия из устройства для хранения энергии и из внешнего источника энергии может использоваться совместно, обеспечивая повышенную мощность.
На фиг. 5 показан вариант 500 выполнения системы электрического привода, изображенной на фиг. 1-3, в горнодобывающем транспортном средстве (или горнодобывающем устройстве) в горнодобывающей среде. Горнодобывающее транспортное средство 502 (например, рудная тележка) может содержать герметично изолированное устройство для хранения энергии, такое как группа 508 аккумуляторов, двигательная установка, содержащая один или более электромоторов 504, и горнодобывающее устройство 506 (в данном случае буровое устройство). Один или более электромоторов включают тяговый электромотор, соединенный с колесами 503 транспортного средства 502, и электромотор бурового устройства, соединенный с горнодобывающим устройством 506. В показанном варианте выполнения настоящего
изобретения электромотор 504 приводит в действие горнодобывающее транспортное средство 502 и/или буровое устройство 506. Однако в альтернативных вариантах выполнения настоящего изобретения могут использоваться отдельные электромоторы. Горнодобывающее транспортное средство 502 может работать в горнодобывающей среде, такой как шахтный ствол. В горнодобывающей среде могут иметься области с разным градиентом.
Например, в горнодобывающей среде может иметься первая область 510 с первым, малым, градиентом, вторая область 512 со вторым, большим, градиентом (т.е. второй градиент больше, чем первый градиент), и третья область 514 с третьим, малым, градиентом (т.е. третий градиент меньше, чем второй градиент). Таким образом, более крутой второй области 512 предшествует и за ней следует менее крутая область 510, 514.
При работе транспортного средства в первой области 510 с первым, малым, градиентом, транспортное средство 502 перемещается с использованием энергии из устройства для хранения энергии, то есть группы 508 аккумуляторов. Таким образом, на пологом участке транспортное средство является самоходным, поскольку работает от бортового аккумулятора. Когда транспортное средство 502 достигает более крутого участка трассы, например, работает во второй области 512 со вторым, большим, градиентом, транспортное средство подключается к путевой контактной линии 526. Подключение может быть достигнуто посредством подключающего устройства 522. При подключении энергия из внешнего источника 524 энергии, такого как внешняя шина питания, может быть принята через контактную линию 526 и использоваться для перемещения транспортного средства 502 вдоль крутой области. В данном случае перемещение транспортного средства с использованием энергии из устройства для хранения энергии включает работу тягового электромотора, соединенного с колесами с использованием энергии из устройства для хранения энергии, в то время как перемещение транспортного средства с использованием энергии из внешнего источника энергии включает работу тягового электромотора, соединенного с колесами, с использованием энергии из внешнего источника энергии. При подключении к контактной линии внешний источник энергии 524 может дополнительно использоваться для зарядки устройства для хранения энергии в качестве подготовки к другой автономной работе. Таким образом, к тому времени, когда транспортное средство 502 пересекло крутую область и достигло третьей области 514 с малым градиентом, группа 508 аккумуляторов может быть полностью заряжена, так что транспортным средством и/или соответствующим буровым устройством 506 можно управлять с использованием энергии от заряженной группы аккумуляторов. Кроме того, перемещение транспортного средства с использованием энергии из устройства для хранения энергии (при перемещении через первую или третью область) включает отсоединение транспортного средства от контактной линии. Присоединение транспортного средства по выбору к контактной линии для зарядки группы аккумуляторов и перемещения транспортного средства с использованием внешнего источника энергии позволяет транспортному средству пересечь крутой участок, не растрачивая заряд в группе аккумуляторов. Кроме того, в группе аккумуляторов остается достаточно энергии, чтобы позволить транспортному средству оставаться самоходным после прохождения крутого участка. Кроме того, благодаря заряду группы аккумуляторов при перемещении транспортного средства вдоль крутого участка, можно обеспечить суммарную мощность заряженного аккумулятора и энергии из внешнего источника энергии, если для подъема и/или работы бурового устройства (или других насосов) при перемещении вдоль крутого участка требуется дополнительная мощность, что улучшает работу транспортного средства.
Хотя в примере на фиг. 5 показано перемещение транспортного средства и/или работа бурового устройства с использованием энергии из устройства для хранения энергии и/или из контактной линии, очевидно, что в гибридных вариантах выполнения транспортного средства (такого как на фиг. 2, 3), в которых транспортное средство включает двигатель внутреннего сгорания, могут иметься дополнительные режимы работы, как показано в таблице 900 на фиг. 9. Путем управления электромотором бурового устройства можно выбрать один или более различных источников энергии для перемещения транспортного средства, управления тяговым электромотором или приведения в действие горнодобывающего устройства. При доступности внешнего источника энергии контроллер может производить выбор между этими различными режимами работы, например, на основе требований на выбросы, состояния заряда аккумулятора, состояния двигателя (температуры двигателя, потребности в обслуживании и т.д.). Например, если транспортное средство соединено с контактной линией, двигатель транспортного средства может быть заглушен (или переведен в режим ожидания), в то время как тяговый электромотор и/или электромотор бурового устройства работают с использованием энергии из контактной линии. Одновременно, если это требуется, происходит заряд аккумулятора с использованием энергии из контактной линии. Альтернативно, если транспортное средство соединено с контактной линией, двигатель транспортного средства может работать так, чтобы приводить в действие тяговый электромотор и/или электромотор бурового устройства в транспортном средстве, в то время как аккумулятор в качестве опции заряжается от внешнего источника энергии через контактную линию. Кроме того, когда транспортное средство соединено с контактной линией, двигатель транспортного средства может работать так, что тяговый электромотор и/или электромотор бурового устройства в транспортном средстве приводятся в действие с помощью энергии из контактной линии, а аккумулятор, если это требуется, одновременно заряжается с
использованием энергии от двигателя транспортного средства (представлено на фиг. 9 как зарядка (Е)). Кроме того, двигатель транспортного средства выключен, когда транспортное средство работает в зонах, где работа двигателей запрещена, или где имеются строгие требования к выбросам и вентиляции.
Возможны также различные режимы работы, когда контактная линия отсоединена от транспортного средства. Контроллер может выбирать из этих различных режимов работы в случае, когда внешний источник энергии недоступен, например, во время планируемых или внеплановых отключений энергии, или когда транспортное средство пересекает область, из которой нет никакого доступа к путевой контактной линии. В качестве одного из примеров, когда транспортное средство отсоединено от контактной линии, двигателем транспортного средства можно управлять так, чтобы тяговый электромотор и/или электромотор бурового устройства могли работать с использованием энергии от двигателя, в то время как аккумулятор, если потребуется, мог одновременно заряжаться с использованием энергии от двигателя транспортного средства. В качестве другого примера, когда транспортное средство отсоединено от контактной линии, двигателем транспортного средства можно управлять так, чтобы тяговый электромотор и/или электромотор бурового устройства могли работать с использованием энергии от аккумуляторов, в то время как сам аккумулятор мог одновременно заряжаться с использованием энергии от двигателя транспортного средства, если это требуется. Кроме того, когда транспортное средство отсоединено от контактной линии, двигатель транспортного средства может быть выключен, так чтобы тяговый электромотор и/или электромотор буровой установки работали с использованием энергии от аккумулятора.
Во всех таких случаях, если требование на энергию резко возрастает, можно объединить энергию из контактной линии, устройства для хранения энергии и/или аккумулятора, чтобы дополнить энергию, подаваемую из любого данного источника энергии. Таким образом, при использовании гибридной системы электрического привода, содержащей двигатель и устройство для хранения энергии, и с доступом к внешнему источнику энергии, для транспортного средства, работающего в окружающей среде со строгими требованиями к вентиляции и выбросам, доступны различные режимы эксплуатации.
На фиг. 6, показан пример процедуры 600 для управления работой транспортного средства, содержащего электрический привод, в горнодобывающей среде, такой как показанная на фиг. 5. Такая процедура позволяет использовать для электрического привода устройство для хранения энергии и снижает потребность в работе двигателя внутреннего сгорания в горнодобывающей среде.
На шаге 602 процедура определяет условия работы транспортного средства. Это включает, например, определение нагрузки, требования к бурению, ограничения на выбросы и требования к вентиляции, запланированный маршрут движения, доступности внешних источников энергии (например, положение контактных линий, запланированные отключения подачи электроэнергии и т.д.) и т.п. На шаге 604 определяют, требуется ли для транспортного средства перемещение или откатка, то есть, поступательное движение. В одном из примеров может потребоваться поступательное движение для перемещения транспортного средства (например, рудной тележки) из первого места в шахтном стволе в альтернативное место и/или для перевозки груза руды на транспортном средстве из первого места в альтернативное место.
Если требуется поступательное движение, то на шаге 604 определяют градиент трассы. На шаге 608 определяют, мал ли градиент трассы (например, ниже некоторого порога). Если да, то на шаге 610 транспортное средство может быть перемещено вдоль трассы с использованием энергии из устройства для хранения энергии системы, например из системы аккумуляторов. Более конкретно, транспортное средство может быть отсоединено от контактной линии (что, таким образом, освобождает транспортное средство от внешнего источника энергии) и тяговый электромотор транспортного средства может работать с использованием энергии из устройства для хранения энергии. Для сравнения, если градиент не мал, то проверяют, имеет ли трасса большой градиент (например, выше некоторого порога). Если да, тогда на шаге 614 транспортное средство может быть подсоединено к контактной линии (т.е. транспортное средство оказывается подключено к внешнему источнику энергии), и тяговый электромотор транспортного средства может работать с использованием энергии из внешнего источника энергии (например, из путевой шины питания). Альтернативно и одновременно, энергия из внешнего источника энергии может использоваться для зарядки устройства для хранения энергии.
Независимо от того, требуется или нет перемещение вперед или откат, на шаге 616 определяют, требуется ли бурение. Более конкретно, определяют, требуется ли работа связанного устройства, в данном случае бурового устройства. Если не требуется, процедура может завершиться. В противном случае на шаге 618 определяют, доступен ли внешний источник энергии. В одном примере внешний источник энергии недоступен из-за отсутствия путевых шин питания вдоль определенного участка трассы, в другом примере, даже при том, что шина питания доступна, внешняя энергия может быть недоступной из-за запланированных или непредвиденных ситуаций, при которых контактная линия обесточена. Такие периоды отключения могут возникнуть из-за ограничения на возможности контактной линии. Планируемые периоды отключения могут иметь место, например, для того, чтобы обеспечить техническое обслуживание контактной линии и/или источника энергии. Внеплановые отключения могут иметь место, например, из-за выхода сети из строя, короткого замыкания, повреждения контактной линии и/или сбоя источника энергии. В одном примере, в котором внешний источник энергии представляет собой дизель
ный двигатель, планируемый период отключения может относиться ко времени обслуживания дизельного двигателя, в то время как внеплановое отключение может произойти из-за того, что в дизельном двигателе закончилось горючее.
Если внешний источник энергии доступен, то на шаге 620 транспортное средство может быть присоединено к контактной линии. Альтернативно, если соединение уже было произведено, оно может остаться присоединенным к контактной линии. Затем приводят в действие устройство, связанное с транспортным средством, - в данном случае буровое устройство - с использованием энергии из внешнего источника энергии. Для сравнения, если внешний источник энергии недоступен, то на шаге 622 транспортное средство может быть отсоединено от контактной линии. Альтернативно, если оно уже было отсоединено, оно может оставаться отсоединенным от контактной линии. Затем буровое устройство приводят в действие с использованием энергии из устройства для хранения энергии.
При работе бурового устройства в соответствии с шагами 620 и 622 на шагах 624 и 626 можно определить, требуется ли форсирование. В одном примере форсирование может потребоваться во время бурения для его ускорения и/или при бурении через твердый материал. Если форсирования не требуется, процедура завершается. Если на шаге 624 определено, что требуется форсирование, то на шаге 628, энергию, поступающую в буровое устройство из внешнего источника энергии, дополняют энергией из устройства для хранения энергии. Для сравнения, форсирование требуется на шаге 626 (например, если устройство для хранения энергии ограничено по мощности или разрядилось и не развивает мощности, необходимой для бурения), то на шаге 630 транспортное средство соединяют с контактной линией и энергию, подаваемую в буровое устройство из устройства для хранения энергии, дополняют энергией из внешнего источника энергии. В результате на шагах 628 и 630 комбинированная (повышенная) мощность из устройства для хранения энергии и внешнего источника энергии превышает мощность, доступную только из устройства для хранения энергии или только из внешнего источника энергии.
Таким образом, в первом состоянии, когда транспортное средство находится в режиме движения или откатки, двигательная система транспортного средства приводится в действие устройством для хранения энергии, в то время как во втором состоянии, когда транспортное средство работает в функциональном режиме, транспортное средство соединяют с внешним источником энергии через контактную линию, и этот внешний источник энергии используется для приведения связанного устройства транспортного средства в действие и зарядки устройства для хранения энергии. В третьем состоянии, когда транспортное средство находится в режиме моста и энергия из внешнего источника энергии недоступна, связанное устройство приводят в действие от устройства для хранения энергии. Альтернативно, в четвертом состоянии, когда требуется большая мощность, связанное устройство приводят в действие с использованием объединенной энергии из устройства для хранения энергии и из внешнего источника энергии, при этом объединенная мощность превышает мощность, доступную только из устройства для хранения энергии или только из внешнего источника энергии. В результате в первом состоянии транспортное средство перемещается, в то время как во втором, третьем и четвертом состояниях транспортное средство может быть неподвижным.
Хотя в приведенном примере в качестве связанного устройства используется буровое устройство, очевидно, что устройство для хранения энергии может также использоваться для управления работой одной или более дополнительных нагрузок, таких как дополнительные насосы и буровые устройства. Таким образом, в пятом состоянии, например, когда транспортное средство работает с текучей средой в шахтном стволе, устройство для хранения энергии может использоваться для приведения в действие насоса для текучей среды, соединенного с транспортным средством, при этом насос для текучей среды может включать один или более насосов для воздуха и насосов для воды, предназначенные для подачи в шахтный ствол воздуха и/или воды или удаления из шахтного ствола воздуха и/или воды.
На фиг. 7 показан пример другой процедуры 700 для управления транспортным средством, содержащим электрический привод и работающим в горнодобывающей среде, такой как на фиг. 5. Более конкретно, процедура определяет режим транспортного средства на основе условий функционирования транспортного средства и соответственно оптимизирует использование энергии из устройства для хранения энергии этого транспортного средства в горнодобывающей среде.
На шаге 702, как и на шаге 602, можно определить условия работы транспортного средства. Контроллер может определить режим работы на основе, по меньшей мере, предполагаемых условий работы транспортного средства. Кроме того, режим работы транспортного средства может быть определен на основе данных, введенных оператором.
На шаге 704 определяют, находится ли транспортное средство в режиме движения или откатки. Если транспортное средство находится в режиме движения/откатки, то на шаге 706 транспортное средство может быть отсоединено от контактной линии и двигательная система (например, тяговые электромоторы) может приводиться в действие с использованием мощности из бортового устройства для хранения энергии. Если транспортное средство не находится в режиме движения/откатки, то на шаге 708 определяют, находится ли транспортное средство в функциональном режиме. В одном из примеров транспортное средство может находиться в функциональном режиме, если требуется произвести бурение. Если транспортное средство находится в функциональном режиме, то на шаге 710 это транспортное средство
может быть соединено с контактной линией, и устройство, связанное с транспортным средством, например буровое устройство, может работать с использованием энергии из внешнего источника энергии. Кроме того, в то время как транспортное средство соединено с внешним источником энергии через контактную линию, устройство для хранения энергии может заражаться с использованием мощности из внешнего источника энергии.
Если на шаге 708 установлено, что транспортное средство не находится в функциональном режиме, то на шаге 712 определяют, находится ли транспортное средство в режиме моста. Кроме того, режим моста может быть установлен, если внешний источник энергии недоступен, например, из-за планового или внепланового отключения. Если транспортное средство находится в режиме моста, то на шаге 714 транспортное средство отсоединяют от контактной линии и устройство, связанное с транспортным средством, такое как буровое устройство, может быть приведено в действие с использованием мощности из устройства для хранения энергии. Если транспортное средство не находится в режиме моста, то на шаге 716 определяют, находится ли транспортное средство в форсированном режиме.
В одном из примеров форсированный режим устанавливают, когда требуется дополнительная мощность (например, мощность, превышающая некоторое пороговое значение). Если имеет место форсированный режим, то на шаге 718 транспортное средство может быть соединено с внешним источником энергии через контактную линию, и буровое устройство может работать с использованием энергии как из внешнего источника энергии, так и из устройства для хранения энергии.
На шаге 720 определяют, находится ли транспортное средство в режиме работы с текучей средой. В одном из примеров режим работы с текучей средой имеет место тогда, когда текучую среду (например, воду или воздух) закачивают в горнодобывающую среду, в которой находится транспортное средство, (например шахтный ствол) или откачивают из этой среды. Если этот режим подтвержден, то на шаге 722 транспортное средство может быть отсоединено от контактной линии и насос для текучей среды может быть приведен в действие с использованием энергии из устройства для хранения энергии. В горнодобывающем варианте выполнения настоящего изобретения насос для текучей среды может содержать один или более насосов для воздуха и насосов для воды, предназначенных для подачи в шахтный ствол воздуха и/или воды или удаления из шахтного ствола воздуха и/или воды. Если режим работы с текучей средой не подтверждается, процедура завершается.
Очевидно, что на фиг. 6 и 7 показаны только некоторые из возможных режимов работы и опций, возможных для горнодобывающего транспортного средства с системой электрического привода. Как показано на фиг. 9, возможны и другие режимы работы, в которых контроллер выбирает одно или более из следующего: внешний источник энергии (через контактную линию), двигатель транспортного средства и устройство для хранения энергии, - для перемещения транспортного средства, управления работой бурового устройства и/или зарядки устройства для хранения энергии. Кроме того, различные режимы работы обеспечивают транспортному средству большую эксплуатационную гибкость при работе в горнодобывающей окружающей среде. Более конкретно, это позволяет быстро перестраивать транспортное средство в ответ на требования к вентиляции, доступность путевой силовой линии, состояние двигателя и состояние аккумуляторов, что позволяет в результате сократить перерывы в работе транспортного средства.
Таким образом, путем использования устройства для хранения энергии, которое можно по выбору подсоединять к внешнему источнику энергии посредством путевой контактной линии, по существу уменьшается потребность в работе двигателя внутреннего сгорания в качестве источника энергии для перемещения или бурения в транспортных средствах, работающих в окружающей среде, где использование таких двигателей ограничено.
В этом описании использованы примеры, позволяющие раскрыть сущность изобретения, включая предпочтительный способ, а также позволяющие специалисту с обычным уровнем компетентности в данной области реализовать настоящее изобретение на практике, включая создание и использование любых устройств или систем и выполнение любых описанных способов. Патентоспособный объем изобретения определяется пунктами формулы изобретения и может включать другие примеры, очевидные специалисту с обычным уровнем компетентности в данной области. Эти другие примеры находятся в объеме изобретения, если в них имеются конструктивные элементы, которые не отличаются от раскрытых в формуле изобретения, или если они включают эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от тех элементов, которые приведены в формуле изобретения. Кроме того, если явно не заявлено иное, любое использование таких терминов, как "первый", "второй" и т.д., не задает какого-либо порядка или значения, а дано просто для того, чтобы отличить один элемент от другого.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электрический привод для транспортного средства, содержащий
электромотор, способный приводить в движение транспортное средство и выполненный с возможностью подключения, по выбору, к контактной линии для получения электроэнергии для приведения в движение транспортного средства; и
устройство для хранения энергии, соединенное с электромотором и выполненное с возможностью подключения, по выбору, к упомянутой контактной линии, которая способна поставлять электроэнергию в транспортное средство и в устройство для хранения энергии,
при этом транспортное средство содержит горнодобывающее устройство, выполненное с возможностью электропитания от контактной линии и/или устройства для хранения энергии, а устройство для хранения энергии выполнено с возможностью работы по выбору в одном или более режимах, включающих
питание электромотора для перемещения транспортного средства, когда электромотор отсоединен от контактной линии;
форсирование электромотора, когда электромотор соединен с контактной линией, путем подачи энергии из устройства для хранения энергии в электромотор, в то время как энергия подается в электромотор от контактной линии;
эксплуатацию горнодобывающего устройства, когда горнодобывающее устройство отсоединено от контактной линии; и
форсирование горнодобывающего устройства, когда горнодобывающее устройство соединено с контактной линией, путем подачи энергии из устройства для хранения энергии в горнодобывающее устройство, в то время как энергия подается в горнодобывающее устройство от контактной линии.
2. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии герметично изолировано для предотвращения контакта внутреннего объема устройства для хранения энергии с огнеопасным газом.
3. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии содержит одну или более кислотно-свинцовых, никелево-кадмиевых, ионно-литиевых, никель-металлгидридных аккумуляторных систем.
4. Электрический привод по п.1, в котором устройство для хранения энергии соединено с электромотором через первый инвертор и соединено с горнодобывающим устройством через второй, отдельный, инвертор.
5. Транспортное средство, содержащее
электрический привод по п.1;
горнодобывающее устройство и
систему управления с машиночитаемыми инструкциями, выполненную таким образом, что она обеспечивает
во время первого режима - режима движения - электропитание двигательной системы с использованием устройства для хранения энергии в первом рабочем состоянии и электропитание двигательной системы с использованием энергии из внешнего источника энергии при одновременной зарядке устройства для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии во втором рабочем состоянии; и
во время второго, функционального, режима электропитание упомянутого горнодобывающего устройства с использованием энергии из внешнего источника энергии при одновременной зарядке устройства для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии.
6. Транспортное средство по п.5, в котором упомянутое горнодобывающее устройство содержит одно или более буровых устройств.
7. Транспортное средство по п.5, в котором упомянутое горнодобывающее устройство содержит одно или более из следующего: конвейер, разгрузчик, сито, ковш и дробилка.
8. Транспортное средство по п.5, в котором система управления дополнительно обеспечивает выполнение инструкций для третьего режима - режима моста, во время которого энергия из внешнего источника энергии недоступна, а электропитание упомянутого горнодобывающего устройства производится с использованием энергии из устройства для хранения энергии.
9. Транспортное средство по п.8, в котором система управления дополнительно обеспечивает выполнение инструкций для четвертого, форсированного, режима, во время которого электропитание упомянутого горнодобывающего устройства производится с использованием энергии из устройства для хранения энергии и внешнего источника энергии, при этом подаваемая мощность во время четвертого режима превышает подаваемую мощность во время второго или третьего режима.
10. Транспортное средство по п.9, в котором во время второго и четвертого режимов подача энер-
гии из внешнего источника энергии осуществляется посредством соединения транспортного средства с
внешним источником энергии через контактную линию, а во время первого и третьего режимов подача
энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.
11. Способ управления транспортным средством, содержащим электрический привод по п.1 и горнодобывающее устройство, включающий этапы, на которых
во время первого состояния осуществляют электропитание двигательной установки из устройства для хранения энергии;
во время второго состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства и зарядку устройства для хранения энергии с использованием внешнего источника энергии, при этом транспортное средство соединено с внешним источником энергии через контактную линию;
во время третьего состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства устройством для хранения энергии и
во время четвертого состояния осуществляют электропитание упомянутого горнодобывающего устройства с использованием объединенной мощности из устройства для хранения энергии и из внешнего источника энергии, при этом объединенная мощность превышает мощность, доступную как из устройства для хранения энергии, так и из внешнего источника энергии.
12. Способ по п.11, в котором первое состояние представляет собой работу транспортного средства в режиме движения или режиме откатки, второе состояние представляет собой работу транспортного средства в функциональном режиме, третье состояние представляет собой работу транспортного средства в режиме моста при недоступности внешнего источника энергии, а четвертое состояние представляет собой работу транспортного средства в форсированном режиме, в котором требуется дополнительная мощность.
13. Способ по п.11, в котором во время первого состояния транспортное средство перемещается, а во время второго, третьего и четвертого состояний транспортное средство неподвижно.
14. Способ по п.11, дополнительно содержащий этап, на котором осуществляется во время пятого состояния, в котором транспортное средство работает с текучими средами в шахтном стволе, электропитание насоса для текучей среды, соединенного с транспортным средством, с использованием устройства для хранения энергии, при этом насос для текучей среды содержит один или более насосов для воздуха и насосов для воды, предназначенных для подачи в шахтный ствол воздуха и/или воды или удаления из шахтного ствола воздуха и/или воды.
15. Способ по п.13, в котором во время первого и третьего состояний подача энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.
16. Способ управления транспортным средством, содержащим электрический привод по п.1 и горнодобывающее устройство, такое как буровое устройство, включающий этапы, на которых
перемещают транспортное средство через область с первым градиентом, который ниже порогового, при этом транспортное средство приводят в движение с использованием энергии из устройства для хранения энергии и заряжают устройство для хранения энергии с использованием энергии из внешнего источника энергии; и
перемещают транспортное средство через область со вторым градиентом, который выше порогового, при этом транспортное средство соединяют с внешним источником энергии через контактную линию, и транспортное средство приводят в движение с использованием энергии из внешнего источника энергии.
17. Способ по п.16, в котором приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из устройства для хранения энергии осуществляется посредством работы тягового электромотора с использованием энергии из устройства для хранения энергии, а приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из внешнего источника энергии осуществляется посредством работы тягового двигателя с использованием энергии из внешнего источника энергии.
18. Способ по п.16, в котором приведение в движение транспортного средства с использованием энергии из устройства для хранения энергии осуществляется во время отсоединения транспортного средства от контактной линии.
17.
17.
17.
Параметр
Условия
Рабочие характеристики
Максимальная скорость
Уклон 0%, Полный вес
> 15 км/час
Способность преодолевать подъемы
25%, Полный вес
4 км/час
Уклон 1:7, Полный вес
8 кмАгас
Уклон 1:8, Полный вес
6 им/час
Фиг. 8А
Параметр
Расчетное значение
Полный вес транспортного средства (GVW)
25609 кг
Радиус качения
<0,6 м.
Передаточное число приводного вала
18,3:1
Передаточное число в трансмиссии
1 передача
6,63:1
2 передача
3,65:1
3 передача
1,59:1
Скорость на входе трансмиссии
- 3000-3500 оборотов в минуту
Фиг. 8В
Требования к способности преодолевать подъёмы
Скорость электромотора
Крутящий момент электромотора
Мощность
Скорость
Наклон
1-ая
2-ая
3 ья
1-ый
2-ой
3-ий
Вся
км/ч
ОЁ./МИН
об./мин
об/мин
Н-м
Н-м
Н-м
л.С-
87714
2207
1233
534
326
582
1340
101
12.5
15.5
36487
3310
1860
801
165
331
764
143
17.3
42811
4413
2487
1068
206
3S8
851
128
7531
8276
4625
2002
150
Фиг. 8С
Значение
120 кВт
Постоянный диапазон крутящего момента
0-1600 об /мин.
Диапазон лолной мощности
1800-2400 об /мин
Класс изоляции
Крутящий момент с предельной нагрузкой
670Н-М
400 В
Фиг. 8D
Контактная линия [КЛ}
Двигатель транслортного средства(Е)
Аккумулятор (Акк)
Тяговый электромотор
Мотор бурового устройства
Соединена
Выключен
Заряжается
Соединена
Выключен
Заряжается
Соединена
Выключен
Заряжается
Соединена
Выключен
Заряжается
Соединена
Выключен
Не заряжается
Соединена
Выключен
Не заряжается
Соединена
Выключен
Не заряжается
Соединена
Выключен
Не заряжается
НЛиАкк
Соединена
Выключен
Не заряжается
КЛ и Акк
Соединена
Выключен
Не заряжается
ЮЛ и Акк
КЛ и Акк
Соединена
Включен
Заряжается
Соединена
Включен
Заряжается
Соединена
Включен
Заряжается
Соединена
Включен
Не заряжается
Соединена
Включен
Не заряжается
Соединена
Включен
Не заряжается
Соединена
Включен
Заряжается (Е)
Соединена
Включен
Заряжается (Е)
Соединена
Вилючен
Заряжается (Б)
(СП
Соединена
Включен
Заряжается (Е)
Не соединена
Включен
Заряжается (Е)
Не соединена
Включен
Заряжается (Е)
Не соединена
Включен
Заряжается (Е)
Не соединена
Включен
Заряжается (Е)
Не соединена
Включен
Не заряжается
Не соединена
Включен
Не заряжается
Не соединена
Включен
Не заряжается
Не соединена
Включен
Не заряжается
Е и Акк
Не соединена
Включен
Не заряжается
Е и Акк
Не соединена
Включен
Не заряжается
Е и Акк
Е и Акк
Не соединена
Выключен
Не заряжается
Не соединена
Выключен
Не заряжается
Акк
Не соединена
Выключен
Не заряжается
Акк
Не соединена
Выключен
Не заряжается
Акк
Акк
Фиг. 9
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027434
- 1 -
027434
- 1 -
027434
- 4 -
027434
- 13 -