BE1031561B1

BE1031561B1 - Methode voor het elektrisch aandrijven van een mobiele compressor en zulke compressor

Info

Publication number: BE1031561B1
Application number: BE20235340A
Authority: BE
Inventors: Stefan Velghe; Ivo DANIËLS
Original assignee: Atlas Copco Airpower Nv
Priority date: 2023-04-28
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2024-11-29
Also published as: EP4702246A1; WO2024224230A1; CN118855658A; BE1031561A1; TWI904646B; TW202509351A

Abstract

Volgens een uitvoeringsvorm wordt er elektrisch aangedreven mobiele compressor (300) geopenbaard omvattende een elektrische motor (106) voor het aandrijven van een compressorelement (107), omvattende een elektrische aansluiting (108) voor een elektriciteitsnet en aangesloten op een elektrische verdeelinrichting (101) verder omvattende een boordlader (103) geconfigureerd om een elektrisch vermogen te voorzien hierop (101) vanuit het elektriciteitsnet (108), een batterijmanagementsysteem (104) voor het ondersteunen van een vermogensuitwisseling tussen de verdeelinrichting (101) en een samenstelling van één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202), een controller (100) voor het meten van een elektrische verbruikersstroom (110) naar de elektrische motor (106), en het bepalen van een maximale oplaadstroom (112) voor de oplaadbare batterijen (109, 202), waarbij de controller (100) verder is geconfigureerd om de boordlader (103) aan te sturen zodat een elektrisch vermogen (111) wordt voorzien vanuit het elektriciteitsnet (108) overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom (110) en de maximale oplaadstroom (112).

Description

METHODE VOOR HET ELEKTRISCH AANDRIJVEN VAN EEN

MOBIELE COMPRESSOR EN ZULKE COMPRESSOR

Technisch Gebied

[01] De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een elektrisch aangedreven compressor en op een werkwijze om zulke elektrisch aangedreven compressor aan te sturen.

Stand van de techniek

[02] Een compressor is een machine ontworpen voor het produceren van gecomprimeerde gassen, zoals bijvoorbeeld perslucht. Het gecomprimeerd gas op een bepaalde werkdruk wordt dan in een resem van toepassingen gebruikt, zoals bijvoorbeeld het aandrijven van andere machines zoals pneumatische drilboren en boormachines.

[03] Zulke drilboren en boormachines worden gewoonlijk gebruikt op locaties waar er geen vast persluchtnetwerk aanwezig is, zoals een bouwwerf. Typisch gebruikt men dan op deze locaties een mobiele compressor. Onder de term mobiel wordt dan ook verstaan dat zulke compressor verplaatsbaar is, al dan niet met behulp van transportmiddelen en/of takelmiddelen. Anders geformuleerd, een mobiele compressor is een compressor die niet ontworpen is om stationair op een vaste plaats te worden gebruikt.

[04] Mobiele compressoren kunnen worden aangedreven door een dieselmotor zodanig dat deze alleenstaand kunnen werken. Echter, daar deze verbrandingsgassen uitstoten en lawaaierig zijn bestaat de tendens om deze dieselmotoren te vervangen door een elektrische motor. Er dient dan een elektriciteitsnet aanwezig te zijn om deze elektrische motor aan te drijven.

[05] In BE1024040A1 wordt zulke elektrisch aangedreven mobiele compressor geopenbaard. Hierbij is de mobiele compressor voorzien van een regeleenheid om een maximale opgenomen elektrische stroom te beperken tot een instelbare maximale waarde. Hierdoor vermijdt men dat het elektriciteitsnet waarop de mobiele compressor is aangesloten te zwaar wordt belast.

[06] Zoals verder geopenbaard in BE1024040A1 kan de energievoorziening vanuit het elektriciteitsnet verder worden aangevuld met een set van batterijen. Wanneer de mobiele elektrisch aangedreven compressor niet actief is doch aangesloten op het elektriciteitsnet, kunnen de batterijen worden opgeladen. Wanneer de mobiele elektrisch aangedreven compressor operationeel is, dan kan de elektrische mobiele compressor een elektrisch vermogen halen uit het elektriciteitsnet. Wanneer daarna het net zou wegvallen, kan worden verder gewerkt door middel van een vermogen dat uit de opgeladen batterijen kan worden gehaald.

[07] Een nadeel van deze geopenbaarde elektrisch aangedreven mobiele compressor en bijnorende werkwijze om deze aan te sturen is dat niet te allen tijde kan worden gegarandeerd dat er een elektrisch vermogen beschikbaar is.

[08] Het is dan ook een doelstelling van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een inrichting en werkwijze dat één of meerdere van de omschreven nadelen van oplossingen uit de stand der techniek overwint. Meer specifiek is het een doelstelling van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een inrichting en methode die leidt tot grotere autonomie van een elektrisch aangedreven mobiele compressor.

Samenvatting van de uitvinding

[09] Volgens de onderhavige uitvinding wordt de hierboven geïdentificeerde doelstelling verwezenlijkt door, volgens een eerste aspect van de uitvinding, te voorzien in een in computer-geïmplementeerde methode volgens conclusie 1 voor het aansturen van een elektrisch aangedreven mobiele compressor omvattende een compressorelement aangedreven door een elektrische motor voor het leveren van een samengeperst gas onder een vooraf gedefinieerde druk, de elektrische motor aangesloten op een elektrische verdeelinrichting voor het voorzien van een elektrische verbruikersstroom, de verdeelinrichting verder omvattende: - een boordlader geconfigureerd om een elektrisch vermogen te voorzien op de elektrische verdeelinrichting vanuit een elektriciteitsnet; en - een batteriimanagementsysteem geconfigureerd voor het ondersteunen van een vermogensuitwisseling tussen de verdeelinrichting en een samenstelling van één of meerdere oplaadbare batterijen; de methode omvattende de stappen van: - het meten van de elektrische verbruikersstroom naar de elektrische motor wanneer actief; en - het bepalen van een maximale oplaadstroom voor de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen met behulp van het batterijmanagementsysteem; waarbij de boordlader wordt aangestuurd zodat een elektrisch vermogen wordt voorzien vanuit het elektriciteitsnet overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom en de maximale oplaadstroom.

[10] De elektrisch aangedreven mobiele compressor is geconfigureerd om te voorzien in perslucht op een locatie waar in de regel geen persluchtnetwerk aanwezig is. Anderzijds is er wel een elektriciteitsnet aanwezig om de compressor aan te drijven.

Dit elektriciteitsnet is bijvoorbeeld een laagspanningsnet op een bepaalde spanning, zoals 400V hetgeen gebruikelijk is in Europa, of 480V hetgeen gebruikelijk is in de

Verenigde Staten van Amerika. Het dient bijgevolg te worden verstaan dat de waarde van de spanning waarop de mobiele compressor kan worden aangesloten niet beperkend is, doch aangepast kan worden aan de regio waar de compressor zal worden gebruikt.

[11] De compressor is voorzien van een elektrische motor om een compressorelement aan te drijven. Het compressorelement is bijvoorbeeld een schroef wanneer de compressor van het type schroefcompressor is. Ook hier dient het verder te worden verstaan dat het type compressorelement niet beperkend is en dat andere compressorelementen kunnen worden gebruikt voor het leveren van het samengeperst gas onder een vooraf gedefinieerde druk. De waarde van deze druk is verder afhankelijk van de beoogde toepassingen, en kan verder ook instelbaar zijn.

[12] Verder kan er een mechanische koppeling aanwezig zijn tussen de elektrische motor en het aangedreven compressorelement, zoals bijvoorbeeld een tandwielkast.

Met andere woorden, de aandrijving van het compressorelement dient geen rechtstreeks aandrijving te zijn door de elektrische motor, maar er kan ook worden voorzien in een mechanische koppeling hiertussen. Hierdoor zal het toerental van de elektrische motor worden omgezet in een toerental geschikt voor het compressorelement.

[13] Bovendien is het type van elektrische motor ook niet beperkend voor de geopenbaarde uitvinding. Deze kan een driefasige asynchrone elektrische motor zijn, alsook een driefasige permanent-magneet synchrone motor. In deze gevallen zal er zich dan een frequentieomvormer bevinden tussen de elektrische verdeelinrichting en de motor. Deze frequentieomvormer, ook frequentieregelaar, inverter, of variable speed drive, VSD, genoemd zal dan een gelijkspanning vanuit de elektrische verdeelinrichting omvormen naar een wisselspanning met een bepaalde frequentie geschikt voor de driefasige elektrische motor. Verder kan zowel de frequentie als de wisselspanning wijzigen om een bepaald koppel te kunnen leveren aan het compressorelement, en dit in functie van de benodigde druk van het samengeperst gas.

[14] Alternatief kan de elektrische motor van het type gelijkstroommotor zijn. Hierbij kan dan de gelijkstroommotor rechtstreeks aangesloten zijn op de elektrische verdeelinrichting, maar in de regel zal er zich dan een DC/DC-omvormer bevinden tussen de elektrische verdeelinrichting en de gelijkstroommotor om een klemspanning 5 te kunnen aanleggen geschikt hiervoor.

[15] Daarenboven kunnen er ook meerdere elektrische motoren aanwezig zijn die dan elk individueel een compressorelement aandrijven. Hierbij kan er dan verder een frequentieregelaar worden voorzien per elektrische motor. Een andere mogelijke configuratie is dat een enkele elektrische motor twee of meerdere compressorelementen aandrijft. Wanneer wordt verwezen naar een stroom voor de elektrische motor wordt dan ook de totale elektrische stroom die nodig is om de één of meerdere motoren aan te sturen bedoeld.

[16] De stroom die dan vloeit tussen de elektrische verdeelinrichting en de elektrische motor wordt verder benoemd als de elektrische verbruikersstroom, of kortweg verbruikersstroom. Merk verder op dat deze verbruikersstroom dan ook de stroom is die nodig is om het compressorelement aan te drijven en dus te voorzien in samengeperst gas wanneer de compressor operationeel is.

[17] De elektrische verdeelinrichting is een spanningsrail, ook busbar genoemd, om elektriciteit te verdelen tussen de verschillende aangesloten apparaten. Een eerste apparaat is dan ook de zonet besproken elektrische motor. De verbruikersstroom loopt dan van de elektrische verdeelinrichting naar de elektrische motor.

[18] Een tweede apparaat dat aangesloten is op de elektrische verdeelinrichting is een boordlader. De boordlader is geconfigureerd om een elektrisch vermogen afkomstig van het elektriciteitsnet om te zetten naar een geschikte waarde voor en het ter beschikking stellen op de elektrische verdeelinrichting. Gebruikelijk zal er dus een wisselstroom vanuit het elektriciteitsnet worden omgezet naar een gelijkstroom. Hier zal er dus een elektrische stroom vloeien vanuit het elektriciteitsnet door de boordlader naar de elektrische verdeelinrichting om dit elektrisch vermogen ter beschikking te stellen hierop aan de verschillende elektrische verbruikers hierop aangesloten.

[19] Een ander apparaat dat aangesloten is op de elektrische verdeelinrichting is een batterijmanagementsysteem. Het batterijmanagementsysteem is geconfigureerd om een vermogensuitwisseling tussen de verdeelinrichting en een samenstelling van één of meerdere oplaadbare batterijen te ondersteunen door het monitoren van de laadtoestand van deze samenstelling. Om dit te ondersteunen worden o.a. de stroom, spanning en temperatuur gemeten van de één of meerder batterijen en wordt er op basis hiervan data uitgewisseld met een controller. De controller berekent dan een setpunt voor de boordlader en stuurt het resultaat hiervan naar de boordlader.

Hierdoor kan dan de vermogensuitwisseling op een optimale wijze gebeuren. Het batterimanagementsysteem zal verder ook een beveiligingsfunctie omvatten voor het beveiligen van de batterijen door deze niet té diep te ontladen. Het ontladen gebeurt bijvoorbeeld wanneer een andere elektrische verbruiker, zoals de elektrische motor om het compressorelement aan te drijven, aangesloten op de elektrische verdeelinrichting een elektrisch vermogen verbruikt wanneer er geen elektriciteitsnet aanwezig is, of het elektriciteitsnet ontoereikend is.

[20] Het batterimanagementsysteem is met andere woorden een systeem zoals gekend in de stand van de techniek. Het zal er dan ook op toezien dat de batterijen in een veilige en betrouwbare toestand worden gehouden. Dit gebeurt onder andere door het monitoren van de laadtoestand en ervoor te zorgen dat de batterijen niet té diep worden ontladen, zoals verder zal worden toegelicht.

[21] De aangesloten set van oplaadbare batterijen is verder gekenmerkt door een maximale oplaadstroom. Dit is de maximale waarde van de stroom waarmee de batterijen op een veilige en efficiënte manier kunnen worden opgeladen. Zoals verder zal worden toegelicht, is deze waarde afhankelijk van de laadtoestand van de set van batterijen. In beginsel zal deze echter als een vaste waarde worden beschouwd.

[22] De methode omvat verder de stap van het meten van de hierboven besproken elektrische verbruikersstroom. Deze meting gebeurt bijvoorbeeld op de elektrische motor, of via een stroommeting op de elektrische verdeelinrichting d.m.v. een shunt of een ander meettoestel geschikt om de stroom te bepalen. Merk verder op dat in het geval de elektrische motor van het type asynchroon driefasig is, ook deze elektrische wisselstroom kan worden gemeten. Hierbij zal dan een omzetting gebeuren naar een overeenstemmende gelijkstroom daarbij rekening houdend met omzettingsverliezen van de frequentieomvormer. Het dient met andere woorden te worden verstaan dat er een waarde van een gelijkstroom wordt gemeten, al dan niet rechtstreeks, dat kenmerkend is om de elektrische motor aan te drijven die op zijn beurt het compressorelement aandrijft.

[23] Een tweede stap in de methode is het bepalen van de maximale oplaadstroom van de oplaadbare batterijen, zoals hierboven reeds toegelicht. De bepaling hiervan gebeurt met behulp van het batterijmanagementsysteem.

[24] Verder zal, volgens een nieuw en innovatief concept, de boordlader verder worden aangestuurd zodat een elektrisch vermogen vanuit het elektriciteitsnet wordt voorzien overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom en de maximale oplaadstroom.

[25] Met andere woorden, niet enkel de verbruikersstroom wordt voorzien om de elektrische motor te bekrachtigen en dus aan te drijven wanneer er een elektriciteitsnet aanwezig is, maar ook een bijkomend vermogen om gelijktijdig met het operationeel zijn van de compressor ook de set van batterijen te kunnen opladen. Anders geformuleerd, de batterijen kunnen worden opgeladen simultaan met het operationeel houden van de compressor.

[26] Een boordlader zoals gekend in de stand van de techniek is geconfigureerd om via het batterijmanagementsysteem de batterijen op te laden wanneer andere aangesloten verbruikers, zoals een elektrische motor, niet actief zijn. Anders geformuleerd, in de stand van de techniek zal men ofwel vanuit de set van batterijen een elektrische motor aandrijven, ofwel via een aangesloten elektriciteitsnet de batterijen opladen. Men heeft dus ofwel een elektrische vermogensstroom van de batterijen naar de elektrische motor, ofwel een elektrische vermogensstroom van het elektriciteitsnet naar de batterijen. Een laatste mogelijkheid is dat er een rechtstreekse vermogensstroom is van het elektriciteitsnet naar de elektrische motor. Volgens de geopenbaarde uitvinding realiseert men bijgevolg een vermogensoverdracht vanuit het elektriciteitsnet naar zowel de elektrische motor als naar de set van één of meerdere oplaadbare batterijen.

[27] Een eerste voordeel van het aansturen van de boordlader op dergelijke wijze is dat men de autonomie van de mobiele compressor kan vergroten. Door het kunnen opladen van de batterijen tijdens het operationeel zijn van de compressor zorgt men ervoor dat deze zich in een opgeladen toestand blijven bevinden, of op zijn minst kunnen worden opgeladen. Wanneer dan het elektriciteitsnet zou wegvallen, kan men moeiteloos overschakelen op de batterijen om de elektrische motor te voorzien van elektrisch vermogen. Men kan dan trachten te identificeren wat de oorzaak is van het wegvallen van het elektriciteitsnet, zonder dat men de werken die moeten worden uitgevoerd met de mobiele compressor abrupt moet stilleggen.

[28] Een ander voordeel is dat men bij de start van werken uitgevoerd met behulp van de compressor geen keuze hoeft te maken tussen enerzijds het onmiddellijk aanvatten van de werken, en anderzijds het opladen van de batterijen indien deze zich in een ontladen of gedeeltelijk ontladen toestand bevinden. Men kan dus de werken onmiddellijk aanvatten, waarbij dan de boordlader ervoor zorgt dat de batterijen worden opgeladen indien nodig.

[29] Een derde voordeel is dat het elektriciteitsnet op deze wijze optimaal kan worden benut wanneer aanwezig, omdat men meer vermogen uit het net kan halen dan nodig is voor de werking van de compressor. Opnieuw kan men hierdoor anticiperen op een mogelijke uitval van het elektriciteitsnet en in de tussentijd de batterijen opladen.

[30] Volgens een uitvoeringsvorm kan er verder een bijkomende aansluiting voorzien zijn aan de elektrische verdeelinrichting voor een elektrische verbruiker verschillend van de elektrische motor en het batteriimanagementsysteem. Deze aansluiting is bijvoorbeeld een stopcontact waarop een elektrisch toestel kan worden aangesloten. De elektrische stroom die dit toestel verbruikt wordt aangeduid als de elektrische vraagstroom, of kortweg vraagstroom.

[31] De methode zal dan verder de stap omvatten van het meten van deze vraagstroom, waarbij de boordlader dan verder wordt aangestuurd zodat het elektrisch vermogen vanuit het elektriciteitsnet overeenstemt met de som van de verbruikersstroom voor de elektrische motor, de oplaadstroom voor het opladen van de batterijen, en de zonet genoemde vraagstroom voor het elektrisch toestel.

[32] Hiermee zal men dan opnieuw garanderen dat de batterijen kunnen worden opgeladen als deze ontladen of gedeeltelijk ontladen zijn, terwijl het elektrisch toestel van het nodig vermogen kan worden voorzien.

[33] Volgens een voorkeurshoudende uitvoeringsvorm omvat de methode verder de stappen van: - het bepalen van de laadtoestand van de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen met behulp van het batteriimanagementsysteem; en - het aanpassen van de maximale oplaadstroom wanneer de laadtoestand een vooraf gedefinieerde waarde overschrijdt.

[34] Met andere woorden, men zal de laadtoestand van de oplaadbare batterijen continue monitoren en op basis hiervan de maximale oplaadstroom bepalen. Het aanpassen van de maximale oplaadstroom kan dan op twee manier gebeuren.

[35] Wanneer de laadtoestand een bepaalde waarde overschrijdt in een opwaartse zin, bijvoorbeeld meer dan 90% opgeladen, zal men de laadstroom beperken zodanig dat de batterijen met een lagere oplaadstroom worden opgeladen. Hierdoor vermijdt men dat de batterijen worden beschadigd door een te hoge oplaadstroom. Wanneer de batterijen dan helemaal zijn opgeladen, kan met de oplaadstroom helemaal beperken tot nul.

[36] Anderzijds kan het ook zijn dat de laadtoestand een bepaalde waarde overschrijdt in neerwaartse zin. Met hetzelfde voorbeeld, kan de laadtoestand onder de 90% zakken. Hierbij zal de laadstroom dan worden aangepast in positieve zin, namelijk dat deze een hogere waarde aanneemt, en dus de batterijen sneller kunnen worden opgeladen.

[37] Het elektrisch vermogen dat de boordlader vanuit het elektriciteitsnet onttrekt of toelaat zal zich ook aanpassen op basis van het wijzigen van de maximale oplaadstroom. Hierdoor zal men vermijden dat de spanning op de elektrische verdeelinrichting te hoog zal oplopen, en/of dat men een surplus aan elektrisch vermogen aanwezig is op de elektrische verdeelinrichting die de goede werking van de aangesloten elektrische toestellen negatief kan beïnvloeden.

[38] Volgens een voorkeurshoudende uitvoeringsvorm omvat de methode verder de stap van het aansturen van de boordlader door het batterijmanagementsysteem voor het opladen van één of meerdere oplaadbare batterijen van de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen op basis van een respectievelijke laadtoestand.

Meer bepaald zal de boordlader worden aangestuurd door een controller op basis van data afkomstig van het batterijmanagementsysteem zoals hierboven reeds toegelicht.

[39] Met andere woorden, het elektrisch vermogen dat door het aansturen van de boordlader op de elektrische verdeelinrichting ter beschikking wordt gesteld zal dan door het batterijmanagementsysteem worden gebruikt om de batterijen op te laden.

Dit gebeurt op basis van de laadtoestand van de respectievelijke batterijen en wordt gemonitord en geregeld door het batterijmanagementsysteem.

[40] Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de methode verder de stap van, wanneer het elektrisch vermogen overeenstemmend met de som van de verbruikerssttoom en de maximale oplaadstroom, en de vraagstroom wanneer aanwezig, een maximaal vermogen van het elektriciteitsnet overschrijdt, het beperken van de vooraf gedefinieerde druk zodanig dat de elektrische verbruikerstroom wordt beperkt. Hierdoor zullen de batterijen minder snel worden opgeladen om zo de compressor zijn gevraagde stroom te kunnen leveren.

[41] Wanneer het elektrisch vermogen dat ter beschikking staat vanuit het elektriciteitsnet ontoereikend is om zowel de elektrische motor aan te drijven als de batterijen op te laden, kan men hierop anticiperen door de druk te laten verlagen.

Hierdoor zal het vermogen dat de elektrische motor nodig heeft eveneens worden verlaagd, en dus ook de verbruikersstroom. Het totaal benodigd elektrisch vermogen zal hierdoor ook verlagen, terwijl men er wel kan voor blijven zorgen dat de batterijen kunnen worden opgeladen op een snelle en efficiënte manier.

[42] Volgens een tweede aspect van de uitvinding wordt er een elektrisch aangedreven mobiele compressor geopenbaard, de elektrisch aangedreven mobiele compressor omvattende een elektrische motor voor het aandrijven van een compressorelement voor het leveren van een samengeperst gas onder een vooraf gedefinieerde druk, de compressor verder omvattende een elektrische aansluiting voor een elektriciteitsnet, de elektrische motor aangesloten op een elektrische verdeelinrichting, de elektrische verdeelinrichting verder omvattende: - een boordlader geconfigureerd om een elektrisch vermogen te voorzien op de elektrische verdeelinrichting vanuit het elektriciteitsnet; en - een batteriimanagementsysteem geconfigureerd voor het ondersteunen van een vermogensuitwisseling tussen de verdeelinrichting en een samenstelling van één of meerdere oplaadbare batterijen; - een controller geconfigureerd voor het meten van een elektrische verbruikersstroom naar de elektrische motor wanneer actief, en het bepalen van een maximale oplaadstroom voor de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen; waarbij de controller verder is geconfigureerd om de boordlader aan te sturen zodat een elektrisch vermogen wordt voorzien vanuit het elektriciteitsnet overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom en de maximale oplaadstroom.

[43] Verder kan de compressor een frequentieregelaar omvatten tussen de elektrische motor en de elektrische verdeelinrichting geconfigureerd om een gelijkspanning vanuit de elektrische verdeelinrichting om te vormen naar een wisselspanning met een bepaalde frequentie geschikt voor de elektrische motor. Merk op dat dit overeenstemt met de reeds besproken methode van de uitvinding.

[44] Er kan bovendien een bijkomende aansluiting zijn op de elektrische verdeelinrichting voor een elektrische verbruiker, waarbij de controller dan verder is geconfigureerd om een elektrische vraagstroom naar de elektrische verbruiker te meten, en om de boordlader aan te sturen zodat een elektrisch vermogen wordt voorzien vanuit het elektriciteitsnet overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom, de oplaadstroom, en de vraagstroom.

[45] Bovendien omvat de compressor volgens een voorkeurshoudende uitvoeringsvorm de één of meerdere oplaadbare batterijen.

[46] Verder kan de controller zijn geconfigureerd om de laadtoestand van de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen met behulp van het batterijmanagementsysteem te bepalen wanneer aanwezig, en de maximale oplaadstroom aan te passen wanneer de laadtoestand een vooraf gedefinieerde waarde overschrijdt. Merk op dat hierbij dan dezelfde aanpak wordt gevolgd als de hierboven beschreven werkwijze.

[47] De controller is verder geconfigureerd om de boordlader aan te sturen op basis van data uitgewisseld met het batterijmanagementsysteem voor het opladen van één of meerdere oplaadbare batterijen van de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen wanneer aanwezig op basis van een respectievelijke laadtoestand.

[48] Volgens een derde aspect van de uitvinding wordt er een controller geopenbaard geconfigureerd om de methode volgens het eerste aspect uit te voeren.

[49] Volgens een vierde aspect wordt er een gegevensverwerkingssysteem geopenbaard omvattende een verwerkingseenheid geconfigureerd voor het uitvoeren van de methode volgens het eerste aspect.

[50] Volgens een vijfde aspect wordt er een computerprogramma product geopenbaard bevattende op een computer uitvoerbare instructies om de methode volgens het eerste aspect uit te voeren als dit programma wordt uitgevoerd op een computer.

[51] Volgens een zesde aspect wordt er een computer leesbaar opslagmiddel bevattende het computerprogramma product volgens het vijfde aspect geopenbaard.

Korte beschrijving van de tekeningen

De uitvinding zal verder worden geïllustreerd met verwijzing naar de figuren, waarbij

[52] Fig. 1 schematisch een elektrische verdeelinrichting illustreert met daarop aangesloten een elektrische motor, een boordlader, en een batterij met een batterijmanagementsysteem; en

[53] Fig. 2 schematisch een elektrische verdeelinrichting illustreert zoals in Fig. 2 met daarop verder aangesloten een elektrische verbruiker; en

[54] Fig. 3 een elektrische aangedreven mobiele compressor illustreert omvattende de elektrische verdeelinrichting zoals in Fig. 1 of Fig. 2; en

[55] Fig. 4 het verloop van de verbruikersstroom, de maximale oplaadstroom, en een ontlaadstroom illustreert bij verschillende bedrijfsmodi; en

[56] Fig. 5 schematisch verschillende bedrijfsmodi illustreert.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvoeringsvormen

[57] De onderhavige uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot bepaalde uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen maar de uitvinding is daartoe niet beperkt en wordt enkel door de conclusies bepaald. De beschreven tekeningen zijn enkel schematisch en niet-beperkend. In de tekeningen kan de grootte van bepaalde elementen overdreven en niet op schaal getekend zijn voor illustratieve doeleinden. De afmetingen en de relatieve afmetingen stemmen niet noodzakelijk overeen met werkelijke praktijkuitvoeringen van de uitvinding.

[58] Bovendien worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt om onderscheid te maken tussen gelijkaardige elementen en niet noodzakelijkerwijze om een sequentiële of chronologische volgorde te beschrijven. De termen zijn onder passende omstandigheden onderling uitwisselbaar en de uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in andere sequenties dan hierin beschreven of geïllustreerd toegepast worden.

[59] Daarenboven worden de termen bovenaan, onderaan, over, onder en dergelijke in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor illustratieve doeleinden en niet noodzakelijkerwijze om relatieve posities te beschrijven. De aldus gebruikte termen zijn onder passende omstandigheden onderling uitwisselbaar en de hierin beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in andere oriënteringen dan hierin beschreven of geïllustreerd worden toegepast.

[60] Verder dienen de verschillende uitvoeringsvormen, hoewel genoemd als “voorkeursvormen”, eerder te worden opgevat als wijze van voorbeeld waarop de uitvinding kan uitgevoerd worden dan als een beperking van de reikwijdte van de uitvinding.

[61] De term “omvattend”, gebruikt in de conclusies, dient niet geïnterpreteerd te worden als zijnde beperkt tot de erna vermelde middelen of stappen; de term sluit andere elementen of stappen niet uit. De term dient geïnterpreteerd te worden als specificerend voor de aanwezigheid van de genoemde kenmerken, elementen, stappen of componenten waarnaar wordt verwezen, maar sluit de aanwezigheid of de toevoeging van één of meerdere andere kenmerken, elementen, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uit. De draagwijdte van de uitdrukking “een inrichting omvattende middelen A en B” dient dus niet te worden beperkt tot inrichtingen die enkel uit de componenten A en B bestaan. De betekenis is dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding alleen de componenten A en B van de inrichting opgesomd worden, en de conclusie dient verder zo geïnterpreteerd te worden dat ze ook equivalenten van deze componenten bevat.

[62] Fig. 1 illustreert schematisch een elektrische verdeelinrichting 101 met daarop aangesloten een elektrische motor 106, een boordlader 103, en een batterijmanagementsysteem 104 met een set van batterijen 109. Verder wordt er een elektrische aansluiting 108 naar een extern elektriciteitsnet geïllustreerd, een controller 100, een omvormer 102, een compressorelement 107, en een ventilator 105.

[63] In Fig. 2 wordt dezelfde elektrische verdeelinrichting 101 als in Fig. 1 geïllustreerd met bijkomend een elektrische omvormer 200 en een elektrische aansluiting 201, zoals bijvoorbeeld een stopcontact, waarop een elektrische verbruiker kan worden aangesloten.

[64] De elektrische verdeelinrichting 101, ook busbar genoemd, dient als verdeelbord om elektrische vermogens te verdelen over de verbruikers, zoals de elektrische motor 106, de batterijen 109 om deze op te laden indien nodig, en een elektrische verbruiker aangesloten op de elektrische aansluiting 200 wanneer aanwezig. Het elektrisch vermogen aanwezig op de verdeelinrichting 101 is van het type gelijkspanning.

[65] Met opnieuw verwijzing naar Fig. 1 dient de omvormer 102 om de gelijkspanning vanuit de verdeelinrichting 101 om te vormen naar een spanning geschikt voor de elektrische motor 106. De omvormer 102 is bijvoorbeeld een frequentieomvormer, ook frequentieregelaar, inverter, of variable speed drive, VSD, genoemd wanneer de elektrische motor 106 een driefasige motor is, en geschikt om te worden aangesloten op een gelijkspanningsbron met een waarde in een bereik van bijvoorbeeld 441 tot 715Vpc. De omvormer kan ook een DC/DC-omvormer zijn wanneer de elektrische motor 106 een gelijkspanningsmotor is.

[66] De elektrische motor 106 drijft dan het compressorelement 107 aan om te voorzien in een samengeperst gas, gewoonlijk omgevingslucht voor een mobiele compressor, met een vooraf gedefinieerde druk of debiet. De motor is dan bijvoorbeeld een driefasige asynchrone motor met een vermogen van 33kW.

[67] Hoewel niet geïllustreerd kan er zich verder ook een mechanische koppeling bevinden tussen de elektrische motor 106 en het compressorelement 107. Deze koppeling is bijvoorbeeld een tandwielkast en zorgt er dan voor dat het toerental van de elektrische motor 106 wordt omgezet in een toerental geschikt voor het aandrijven van het compressorelement 107.

[68] Verder kan de compressor zijn voorzien van een ventilator 105, eveneens aangesloten op de omvormer, als koelsysteem voor de elektrische motor 106 en/of het compressorelement 107. De ventilator 105 wordt bijvoorbeeld bekrachtigd met een spanning van 28V. Merk op dat er ook andere koelsystemen kunnen worden voorzien.

Het dient verder te worden verstaan dat de stroom om de elektrische motor aan te drijven, zoals verder besproken, eveneens een stroom inhoudt om de ventilator 105, of een alternatief koelsysteem, aan te drijven.

[69] Alternatief kan het koelsysteem een ventilator omvatten die via een eigen omvormer aangesloten wordt op de verdeelinrichting 101. In dat geval zal er een extra vraagstroom zijn waarmee rekening moet worden gehouden. Deze eigen omvormer kan de omvormer 200 zijn, waarbij de ventilator op het beschikbare stopcontact 201 wordt aangesloten en de ventilator de vraagstroom bepaald.

[70] De boordlader 103 is een toestel dat vermogen afkomstig van een extern elektriciteitsnet via de elektrische aansluiting 108 omvormt naar een gelijkspanning geschikt voor de elektrische verdeelinrichting 101. De controller 100 zal bepalen wat het vermogen is dat uit het elektriciteitsnet dient te worden onttrokken en wat dus de stroom is die naar de elektrische verdeelinrichting 101 zal stromen en zal hiervoor de boordlader 103 aansturen. Dit vermogen zal worden bepaald door de laadtoestand van de oplaadbare batterijen 109, het benodigd vermogen voor de elektrische motor 106, en de stroom voor een verbruiker wanneer aangesloten op de bijkomende omvormer 200 en aansluiting 201.

[71] Verder is de boordlader 103 op zich ook gekenmerkt door een vermogen dat het maximaal uit het elektriciteitsnet kan onttrekken. De boordlader 103 heeft bijvoorbeeld een vermogen van 22kW, waarbij de aansluiting 108 naar het net een stopcontact is met een nominale stroom van 63A. Hiermee kan er dan maximaal een elektrisch vermogen van 22kW ter beschikking worden gesteld op de elektrische verdeelinrichting 101. Om de capaciteit uit te breiden kunnen er verder meer dan één boordlader worden voorzien, elk met een eigen aansluiting. De controller 100 zal dan geconfigureerd zijn om meerdere boordladers aan te sturen.

[72] Met opnieuw verwijzing naar Fig. 1 wordt de stroom die uit het elektriciteitsnet wordt onttrokken geïllustreerd door referentie 111. De stroom die naar de elektrische motor vloeit wordt geïllustreerd door referentie 110, en de oplaadstroom om de batterijen op te laden door referentie 112. Deze stromen 110-112 zullen dan in evenwicht zijn. Met verwijzing naar Fig. 2 kan er dan nog een bijkomende stroom naar een verbruiker zijn geïllustreerd door referentie 203. De bijkomende aansluiting 201 is bijvoorbeeld een stopcontact me een nominale stroom van 32A.

[73] Bovendien kunnen er ook meerdere sets van batterijen aanwezig zijn, zoals in dit voorbeeld de set van batterijen 202 naast de reeds aanwezige 109. Een set van batterijen kan dan bijvoorbeeld een spanningsbereik hebben tussen 440V en 715V hetgeen in overeenstemming is met de omvormer 102 waardoor beide toestellen gelijktijdig in een veilige toestand op de elektrische verdeelinrichting 101 kunnen worden aangesloten.

[74] De controller 100 is geconfigureerd om te communiceren met de boordlader 103. Verder communiceert de controller 100 met de omvormer 102, en het batterijmanagementsysteem 104. Indien er geen omvormer 102 aanwezig is, dus in het geval dat de elektrische motor 106 rechtstreeks is aangesloten op de elektrische verdeelinrichting 101, illustreert referentie 102 een meeteenheid om te bepalen welke stroom 110 de elektrische motor 106 nodig heeft om het compressorelement 107 aan te drijven. Het is dus belangrijk dat de controller 100 kan bepalen wat de elektrische verbruikersstroom 110 is voor de elektrische motor 106 wanneer actief.

[75] Met behulp van het batterijmanagementsysteem 104 zal de controller ook bepalen wat de maximale oplaadstroom 112 is om de samenstelling van de batterijen 109 te kunnen opladen. Een maximale oplaadstroom kan bijvoorbeeld 132A zin. Het batterijmanagementsysteem 104 monitort hierbij de laadtoestand van de batterijen 109 en communiceert aan de controller 100 wat de maximale laadstroom 112 is.

Vervolgens zal de controller 100 dan op basis van de som van verbruikersstroom 110 en de maximale oplaadstroom 112 de boordlader aansturen zodanig dat deze som overeenstemt met de stroom 111 die uit het net wordt onttrokken. Met de hierboven vermelde voorbeelden is dan de maximale stroom die uit het net kan worden onttrokken 205,9A. Merk dan evenwel op dat door de beperking van het vermogen van de boordlader van 22kW, de stroom zal worden beperkt tot 49,3A. Men kan dan opteren om verschillende boordladers parallel aan te sluiten om te kunnen voorzien in deze maximale stroom van 205,9A.

[76] De opstelling zoals geïllustreerd in Fig. 1 en Fig. 2 is dan geïntegreerd in een mobiele compressor 300 zoals geïllustreerd in Fig. 3. Hierbij heeft men dan een aansluiting 108, dus bijvoorbeeld een stopcontact met een nominale stroom van 63A, om de compressor 300 aan te sluiten op een extern elektriciteitsnet. Verder kan men ook een gebruikersinterface hebben om de controller 100 te bedienen en/of de status van de verschillende componenten af te lezen. Een eerste voorbeeld is de laadtoestand van de set van batterijen 109, 202, alsook de resterende tijd die nodig is om de batterijen 109, 202 volledig op te laden. Andere informatie die kan worden afgelezen is de druk van het samengeperst gas, het toerental van het compressorelement 107, en de totale tijdsduur waarin de compressor 300 actief is geweest.

[77] Met referentie naar Fig. 5 kan de compressor 300 ook volgens verschillende bedrijfsmodi 501-503 opereren. Een eerste bedrijfsmodus 501 is deze waarbij de compressor volledig autonoom opereert, met andere woorden waarbij de elektrische motor het volledig elektrische vermogen, in dit voorbeeld 33kW, uit de set van batterijen haalt 109, 202. Deze situatie kan zich voordoen wanneer er geen elektriciteitsnet voorhanden is. Het elektrisch vermogen van 33kW stemt dan overeen met een maximale elektrische stroom van 73,9A dat uit het elektriciteitsnet wordt onttrokken.

[78] Een tweede bedrijfsmodus 502 is deze waarbij de compressor 300 niet actief is, maar waarbij er wel een elektriciteitsnet beschikbaar is. Hierbij zullen de oplaadbare batterijen 109, 202 worden opgeladen, in dit voorbeeld met een oplaadstroom 112 overeenstemmend met een vermogen van 22kW. Er zal dan een oplaadstroom van maximaal 49,3A vloeien naar het batteriimanagementsysteem om de batterijen 109, 202 op te laden.

[79] Een derde geïllustreerde bedrijfsmodus 503 is deze waarbij er een elektriciteitsnet aanwezig is, en waarbij ook de compressor 300 actief is. Vanuit het net kan dan een vermogen van 22kW ter beschikking worden gesteld, zoals reeds toegelicht op basis van het vermogen van de boordlader 103. In dit voorbeeld is het elektrisch vermogen voor de elektrische motor 106 beperkt 16KW, omwille van een lager verbruik van perslucht van de compressor zodat de batterijen 109, 202 dan kunnen worden opgeladen met een elektrisch vermogen van 6kW terwijl de compressor operationeel is op een deellast van 16kW ten opzichte van het maximale vermogen van 33kW.

[80] Met verwijzing naar Fig. 4 heeft men tot slot een illustratie op basis van een set van grafieken over het verloop van de vermogensstroom, geïllustreerd op de y-as 410 in de eenheid kW, over de tijd op de x-as in de eenheid seconden. Hierbij stelt grafiek 400 de vermogensstroom van en naar de batterijen 109, 202 voor, de grafiek 401 het elektrisch vermogen dat uit het elektriciteitsnet wordt onttrokken via aansluiting 108, en grafiek 402 het vermogen dat naar de elektrische motor 106 vloeit voor het aandrijven van het compressorelement 107.

[81] Aan de linkerzijde van de illustratie heeft men dan een bedrijfsmodus waarbij de elektrische motor 106 volledig wordt aangedreven door een vermogen afkomstig van de batterijen 109, 202. Dit stemt dan ook overeen met bedrijfsmodus 501 zoals geïllustreerd in Fig. 5. Aan de rechterzijde heeft men dan een illustratie van een bedrijfsmodus waarbij de elektrische motor 106 wordt aangedreven alsook de batterijen 109, 202 worden opgeladen. Dit stemt overeen met de bedrijfsmodus 503 zoals geïllustreerd in Fig. 5. Tot slot heeft men dan nog een overgangsbedrijfsmodus tussen de linkzijde en de rechterzijde van de illustratie waarbij de elektrische motor 106 worden aangedreven met een elektrisch vermogen van zowel het elektriciteitsnet via aansluiting 108 alsook de set van batterijen 109, 202. Dit stemt overeen met de bedrijfsmodus 503 zoals geïllustreerd in Fig. 5.

Claims

CONCLUSIES

1.- Computer-geïmplementeerde methode voor het aansturen van een elektrisch aangedreven mobiele compressor (300) omvattende een compressorelement (107) aangedreven door een elektrische motor (106) voor het leveren van een samengeperst gas onder een vooraf gedefinieerde druk, de elektrische motor (106) aangesloten op een elektrische verdeelinrichting (101) voor het voorzien van een elektrische verbruikersstroom (110), de verdeelinrichting (101) verder omvattende: - een boordlader (103) geconfigureerd om een elektrisch vermogen te voorzien op de elektrische verdeelinrichting (101) vanuit een elektriciteitsnet (108); en - een batteriimanagementsysteem (104) geconfigureerd voor het ondersteunen van een vermogensuitwisseling tussen de verdeelinrichting (101) en een samenstelling van één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202); de methode omvattende de stappen van: - het meten van de elektrische verbruikersstroom (110) naar de elektrische motor (102) wanneer actief; en - het bepalen van een maximale oplaadstroom (112) voor de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202) met behulp van het batterijmanagementsysteem (104); waarbij de boordlader (103) wordt aangestuurd zodat een elektrisch vermogen (111) wordt voorzien vanuit het elektriciteitsnet (108) overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom (110) en de maximale oplaadstroom (112).

2.- De computer-geïmplementeerde methode volgens conclusie 1, waarbij wanneer de elektrische verdeelinrichting (101) verder een aansluiting (201) voor een elektrische verbruiker omvat, de methode verder de stappen omvat van:

- het meten van een elektrische vraagstroom (203) van de elektrische verbruiker (201); en waarbij de boordlader (103) verder wordt aangestuurd zodat een elektrisch vermogen (111) wordt voorzien vanuit het elektriciteitsnet (108) overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom (110), de oplaadstroom (203), en de vraagstroom (112).

3.- De computer-geïmplementeerde methode volgens één van de voorgaande conclusies verder omvattende de stappen van: - het bepalen van de laadtoestand van de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202) met behulp van het batterijmanagementsysteem (104); en - het aanpassen van de maximale oplaadstroom (112) wanneer de laadtoestand een vooraf gedefinieerde waarde overschrijdt.

4.- De computer-geïmplementeerde methode volgens conclusie 3, verder omvattende de stap van: - het aansturen van de boordlader (103) door het batterijmanagementsysteem (104) voor het opladen van één of meerdere oplaadbare batterijen van de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202) op basis van een respectievelijke laadtoestand.

5.- De computer-geïmplementeerde methode volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij wanneer het elektrisch vermogen (111) overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom (110) en de maximale oplaadstroom (112), en de vraagstroom (203) wanneer aanwezig, een maximaal vermogen van het elektriciteitsnet (108) overschrijdt, verder de stap omvat van: - het beperken van de vooraf gedefinieerde druk zodanig dat de elektrische verbruikerstroom (110) wordt beperkt.

6.- Een elektrisch aangedreven mobiele compressor (300) omvattende een elektrische motor (106) voor het aandrijven van een compressorelement (107) voor het leveren van een samengeperst gas onder een vooraf gedefinieerde druk en/of debiet, de compressor (300) verder omvattende een elektrische aansluiting (108) voor een elektriciteitsnet, de elektrische motor (106) aangesloten op een elektrische verdeelinrichting (101), de elektrische verdeelinrichting (101) verder omvattende: - een boordlader (103) geconfigureerd om een elektrisch vermogen te voorzien op de elektrische verdeelinrichting (101) vanuit het elektriciteitsnet (108); en - een batterijmanagementsysteem (104) geconfigureerd voor het ondersteunen van een vermogensuitwisseling tussen de verdeelinrichting (101) en een samenstelling van één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202); - een controller (100) geconfigureerd voor het meten van een elektrische verbruikersstroom (110) naar de elektrische motor (106) wanneer actief, en het bepalen van een maximale oplaadstroom (112) voor de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202): waarbij de controller (100) verder is geconfigureerd om de boordlader (103) aan te sturen zodat een elektrisch vermogen (111) wordt voorzien vanuit het elektriciteitsnet (108) overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom (110) en de maximale oplaadstroom (112).

7.- De elektrisch aangedreven mobiele compressor (300) volgens conclusie 6, verder omvattende een frequentieregelaar (102) tussen de elektrische motor (106) en de elektrische verdeelinrichting (101) geconfigureerd om een gelijkspanning vanuit de elektrische verdeelinrichting (101) om te vormen naar een wisselspanning met een bepaalde frequentie geschikt voor de elektrische motor (106).

8.- De elektrisch aangedreven mobiele compressor (300) volgens één van de conclusies 6 tot 7, verder omvattende een omvormer (200) op de elektrische verdeelinrichting (101) voor een elektrische verbruiker (201), en waarbij de controller (100) verder is geconfigureerd om een elektrische vraagstroom (203) naar de elektrische verbruiker (201) te meten, en om de boordlader (103) aan te sturen zodat een elektrisch vermogen (111) wordt voorzien vanuit het elektriciteitsnet (108) overeenstemmend met de som van de verbruikersstroom (110), de oplaadstroom (112), en de vraagstroom (203).

9- De elektrisch aangedreven mobiele compressor (300) volgens één van de conclusies 6 tot 8, verder omvattende de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202).

10.- De elektrisch aangedreven mobiele compressor (300) volgens één van de conclusies 6 tot 9, waarbij de controller (100) verder is geconfigureerd om de laadtoestand van de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202) met behulp van het batteriimanagementsysteem (104) te bepalen, en de maximale oplaadstroom (112) aan te passen wanneer de laadtoestand een vooraf gedefinieerde waarde overschrijdt.

11.- De elektrisch aangedreven mobiele compressor (300) volgens conclusie 10, waarbij de controller (100) verder is geconfigureerd om het batterijmanagementsysteem (104) aan te sturen voor het opladen van één of meerdere oplaadbare batterijen van de samenstelling van de één of meerdere oplaadbare batterijen (109, 202) wanneer aanwezig op basis van een respectievelijke laadtoestand.

12.- Een controller (101) geconfigureerd om het uitvoeren van de methode volgens één van de conclusie 1 tot 5.

13.- Een gegevensverwerkingssysteem omvattende een verwerkingseenheid geconfigureerd voor het uitvoeren van de methode volgens één van de conclusies 1 tot 5.

14.- Een computerprogramma product bevattende op een computer uitvoerbare instructies om de methode volgens één van de conclusies 1 tot 5 uit te voeren als dit programma wordt uitgevoerd op een computer.

15.- Een door een computer leesbaar opslagmiddel bevattende het computerprogramma product volgens conclusie 14.