DESCRIZIONEDESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:of the patent for industrial invention entitled:
?METODO E DISPOSITIVO DI GESTIONE ALTA TENSIONE IN MACCHINA IBRIDA O ELETTRICA??METHOD AND DEVICE FOR MANAGING HIGH VOLTAGE IN HYBRID OR ELECTRIC CAR?
SETTORE DELLA TECNICATECHNICAL SECTOR
La presente domanda di brevetto per invenzione ? relativa ad un metodo ed un dispositivo di gestione di elettricit? ad alta tensione a bordo di una macchina, in particolare una macchina pesante con propulsione ibrida o completamente elettrica.The present patent application for invention relates to a method and a device for managing high voltage electricity on board a machine, in particular a heavy machine with hybrid or fully electric propulsion.
In particolare, il metodo ed il dispositivo di gestione secondo la presente invenzione sono dedicati ad una macchina pesante come: una macchina da lavoro mobile [gru, piattaforma di lavoro mobile elevatrice (anche note come PLE), una macchina agricola, etc.] e/o una macchina movimento terra (escavatore, pala gommata, terne gommate, etc.), o simili.In particular, the method and management device according to the present invention are dedicated to a heavy machine such as: a mobile work machine [crane, mobile lifting work platform (also known as PLE), an agricultural machine, etc.] and/or an earth-moving machine (excavator, wheel loader, wheeled backhoe loader, etc.), or the like.
ARTE ANTERIOREEARLY ART
Di frequente, i costruttori di macchine pesanti installano a bordo di veicoli di propria ed indipendente progettazione motori e/o attuatori acquistati da fornitori esterni. Pertanto, i costruttori di macchine pesanti generalmente non conoscono i dettagli costruttivi dei motori installati sulle proprie macchine. In modo noto, i motori installati su di una macchina pesante possono essere endotermici o elettrici.Heavy machinery manufacturers frequently install on board vehicles of their own and independent design motors and/or actuators purchased from external suppliers. Therefore, heavy machinery manufacturers generally do not know the construction details of the motors installed on their machines. As a matter of fact, the motors installed on a heavy machinery can be endothermic or electric.
Nel caso in cui i costruttori di macchine pesanti desiderino intervenire, ad esempio convertendo o implementando il progetto di una macchina gi? esistente (gi? dotata di un proprio motore endotermico e/o elettrico) in una macchina con propulsione ibrida o completamente elettrica e/o con dotazioni elettriche ad alta tensione aggiuntive, si trovano davanti alla difficolt? di dover intervenire con una complessa ed onerosa riprogettazione hardware e software della macchina.When heavy machinery manufacturers wish to intervene, for example by converting or implementing the design of an existing machine (already equipped with its own internal combustion and/or electric engine) into a machine with hybrid or fully electric propulsion and/or with additional high voltage electrical equipment, they are faced with the difficulty of having to intervene with a complex and expensive hardware and software redesign of the machine.
Inoltre, la propulsione ibrida e/o elettrica cos? come i dispositivi elettrici ad alta tensione lavora con tensioni fino a 1500 Volt, richiedendo quindi sistemi complessi anche dal punto di vista della sicurezza.Furthermore, hybrid and/or electric propulsion as well as high-voltage electrical devices work with voltages of up to 1500 volts, thus requiring complex systems also from a safety point of view.
Allo stato attuale, la conversione di una macchina pesante gi? dotata di motore (endotermico o elettrico) in una macchina ibrida o completamente elettrica con dotazione elettrica ad alta tensione aggiuntiva ? disincentivata dalla complessit? realizzativa.At present, the conversion of a heavy machine already equipped with an engine (internal combustion or electric) into a hybrid or fully electric machine with additional high voltage electrical equipment is discouraged by the complexity of its construction.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONEDESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo ed un dispositivo di gestione che permettano di semplificare la conversione di una macchina, in particolare una macchina pesante, in un veicolo ibrido o completamente elettrico.The purpose of the present invention is to provide a method and a management device that simplify the conversion of a machine, in particular a heavy machine, into a hybrid or fully electric vehicle.
Scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo ed un dispositivo che permettano di attuare a bordo di una macchina, in particolare una macchina pesante, un efficiente metodo di distribuzione della energia elettrica ad alta tensione (a titolo esemplificativo ma non limitativo, per la distribuzione di corrente continua a 1000 Volt e 400 Ampere).The purpose of the present invention is to provide a method and a device that allow the implementation on board a machine, in particular a heavy machine, of an efficient method of distribution of high voltage electrical energy (by way of example but not limitation, for the distribution of direct current at 1000 Volts and 400 Amperes).
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo secondo quanto citato nelle rivendicazioni allegate.According to the present invention, a method is provided as set forth in the appended claims.
Secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo secondo quanto citato nelle rivendicazioni allegate.According to the present invention, a device is provided as set forth in the appended claims.
Secondo la presente invenzione viene fornita una macchina, in particolare una macchina pesante secondo quanto citato nelle rivendicazioni allegate.According to the present invention, a machine is provided, in particular a heavy machine as set out in the attached claims.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNIBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L?invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano degli esempi di attuazione non limitativi, in cui:The invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate non-limiting examples of its implementation, in which:
- la figura 1 ? una vista schematica di una macchina M su cui ? installato un dispositivo di gestione secondo la presente invenzione;- figure 1 is a schematic view of a machine M on which a management device according to the present invention is installed;
- la figura 2 ? una vista prospettica di un dispositivo di gestione secondo la presente invenzione;- Figure 2 is a perspective view of a management device according to the present invention;
- la figura 3 ? un esploso parziale, con alcune parti rimosse per chiarezza, del dispositivo 1 secondo la presente invenzione;- Figure 3 is a partial exploded view, with some parts removed for clarity, of the device 1 according to the present invention;
- la figura 4 ? una vista schematica di una possibile configurazione operativa di un dispositivo di gestione secondo la presente invenzione; e- Figure 4 is a schematic view of a possible operating configuration of a management device according to the present invention; and
- le figure 5 e 6 sono viste schematiche, con alcune parti asportate per chiarezza, che illustrano rispettive differenti configurazioni operative di uno o pi? dispositivi di gestione secondo la presente invenzione.- Figures 5 and 6 are schematic views, with some parts removed for clarity, illustrating respective different operating configurations of one or more management devices according to the present invention.
FORMA DI REALIZZAZIONE PREFERITA DELL?INVENZIONEPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Nella figura 1 con M ? indicata nel complesso un esempio di una macchina pesante che comprende un telaio C (schematizzato nella figura 2) ed un gruppo di azionamento I (illustrato schematicamente nella figura 4). In particolare, il gruppo di azionamento I comprende, a sua volta: un motore T ed una centralina K, la quale scambia dati e/o segnali con il motore T. Il motore T pu? essere endotermico oppure elettrico.In figure 1, M indicates as a whole an example of a heavy machine that comprises a frame C (schematized in figure 2) and a drive unit I (schematically illustrated in figure 4). In particular, the drive unit I comprises, in turn: an engine T and a control unit K, which exchanges data and/or signals with the engine T. The engine T can be endothermic or electric.
La macchina M comprende, inoltre, una dotazione elettrica ad alta tensione, qui di seguito indicata come gruppo elettrico E (schematizzato nelle figure da 4 a 6). Il gruppo elettrico E ? una dotazione aggiuntiva rispetto al progetto iniziale della macchina M. In altre parole, il gruppo elettrico E comprende dei dispositivi elettrici U ad alta tensione da installare a bordo della macchina M (in altre parole tali dispositivi elettrici U ad alta tensione non erano previsti nel progetto inziale della macchina M stessa).The machine M also includes a high voltage electrical system, hereinafter referred to as electrical group E (schematized in figures 4 to 6). Electrical group E is an additional system with respect to the initial design of the machine M. In other words, electrical group E includes high voltage electrical devices U to be installed on board the machine M (in other words, such high voltage electrical devices U were not foreseen in the initial design of the machine M itself).
La macchina M comprende, inoltre, un dispositivo di gestione 1. Vantaggiosamente, il dispositivo di gestione 1, interconnette il gruppo di azionamento I (preesistente) della macchina M con il gruppo elettrico E. In altre parole, il dispositivo di gestione 1 ? una interfaccia da installare tra il preesistente gruppo di azionamento I della macchina M ed un gruppo elettrico E da installare ex novo a bordo della macchina M. Come verr? illustrato meglio in seguito, il dispositivo di gestione 1 si interfaccia direttamente con la centralina K della macchina M. In questo modo ? possibile mantenere sostanzialmente invariato il gruppo di azionamento I preesistente, pur installando sulla macchina M un nuovo e/o aggiuntivo gruppo elettrico E.The machine M also includes a management device 1. Advantageously, the management device 1 interconnects the (pre-existing) drive group I of the machine M with the electrical group E. In other words, the management device 1 is an interface to be installed between the pre-existing drive group I of the machine M and an electrical group E to be installed from scratch on board the machine M. As will be better illustrated later, the management device 1 interfaces directly with the control unit K of the machine M. In this way it is possible to keep the pre-existing drive group I substantially unchanged, while installing a new and/or additional electrical group E on the machine M.
Il gruppo elettrico E pu? comprendere un numero ed una tipologia di dispositivi elettrici U ad alta tensione variabili, a seconda della destinazione d?uso della macchina M.The electrical group E can include a variable number and type of high voltage electrical devices U, depending on the intended use of the machine M.
Ad esempio, in base al numero e tipologia dei dispositivi elettrici U ad alta tensione, il gruppo elettrico E pu? essere configurato per elettrificare la trazione e/o l?azionamento di uno o pi? attuatori della macchina M.For example, based on the number and type of high voltage electrical devices U, the electrical group E can be configured to electrify the traction and/or the actuation of one or more actuators of the machine M.
Nel caso in cui il motore T sia elettrico, il dispositivo di gestione 1 ? configurato per regolare la distribuzione di potenza del gruppo elettrico E e la funzionalit? del motore T. In particolare, se il motore T ? endotermico, il dispositivo di gestione 1 ed il gruppo elettrico E possono essere configurati per realizzare una macchina ibrida e ottenere:In case the engine T is electric, the management device 1 is configured to regulate the power distribution of the electrical group E and the functionality of the engine T. In particular, if the engine T is endothermic, the management device 1 and the electrical group E can be configured to create a hybrid machine and obtain:
- la completa trasformazione dell?energia prodotta dal motore T endotermico in energia elettrica, tale uso ? generalmente noto come ibrido serie (serial hybrid); o,- the complete transformation of the energy produced by the internal combustion T engine into electrical energy, this use is generally known as serial hybrid; or,
- la parziale trasformazione dell?energia prodotta dal motore T endotermico in energia elettrica, tale uso ? generalmente noto come ibrido parallelo (parallel hybrid).- the partial transformation of the energy produced by the internal combustion engine into electrical energy, this use is generally known as parallel hybrid.
Il gruppo elettrico E comprende uno o pi? dispositivi elettrici U ad alta tensione scelti all?interno di un gruppo di dispositivi elettrici U ad alta tensione differenti tra loro. Ciascun dispositivo elettrico U ad alta tensione opera con una energia elettrica ad una tensione tra 120 e 1500 Volt. A titolo esemplificativo ma non limitativo, un dispositivo elettrico U pu? essere: un motore elettrico; una batteria ad alta tensione; un super capacitore; un convertitore; e simili.Electrical group E comprises one or more high voltage electrical devices U selected from a group of different high voltage electrical devices U. Each high voltage electrical device U operates with electrical power at a voltage between 120 and 1500 Volts. By way of example but not limitation, an electrical device U may be: an electric motor; a high voltage battery; a super capacitor; a converter; and the like.
Il gruppo elettrico E comprende, inoltre, un impianto di raffreddamento R (figura 4), in particolare avente come fluido vettore acqua e glicole. L?impianto di raffreddamento R alimenta il fluido vettore al gruppo elettrico E per il corretto funzionamento dei dispositivi elettrici U ad alta tensione.The electrical group E also includes a cooling system R (figure 4), in particular having water and glycol as the carrier fluid. The cooling system R supplies the carrier fluid to the electrical group E for the correct functioning of the high voltage electrical devices U.
A titolo esemplificativo ma non limitativo, l?impianto di raffreddamento R comprende, a sua volta, una pluralit? di componenti idraulici scelti all?interno di un gruppo di componenti idraulici differenti tra loro per tipologia e/o prestazioni. I componenti dell?impianto di raffreddamento lavorano a bassa tensione, ovvero ad una tensione inferiore ai 120 Volt.By way of example but not limitation, the R cooling system includes, in turn, a plurality of hydraulic components chosen from within a group of hydraulic components that differ in type and/or performance. The cooling system components operate at low voltage, i.e. at a voltage lower than 120 Volts.
Secondo l?esempio schematico illustrato nella figura 4, un componente idraulico H pu? essere a scelta: un serbatoio H1; almeno un attuatore H2 (pompa, ventola, valvola pilotata); uno scambiatore di calore H3; un circuito per la circolazione del liquido vettore. L?impianto di raffreddamento R comprende, inoltre, una pluralit? di sensori S, ad esempio: sensore di livello S1, sensore di temperatura S2, sensore di pressione S4, sensore di portata, o simili.According to the schematic example illustrated in figure 4, a hydraulic component H can be either: a tank H1; at least one actuator H2 (pump, fan, pilot valve); a heat exchanger H3; a circuit for the circulation of the carrier liquid. The cooling system R also comprises a plurality of sensors S, for example: level sensor S1, temperature sensor S2, pressure sensor S4, flow sensor, or similar.
Come verr? illustrato meglio in seguito, il dispositivo di gestione 1 ? configurato per:As will be better explained later, the management device 1 is configured to:
- distribuire potenza elettrica ad alta tensione;- distribute high voltage electrical power;
- gestire l?energia elettrica ad alta tensione per l?azionamento ibrido/elettrico della macchina M;- manage the high-voltage electrical energy for the hybrid/electric drive of the M machine;
- controllare e regolare il funzionamento dell?impianto di raffreddamento R per il gruppo elettrico E;- check and adjust the operation of the cooling system R for the electrical group E;
- analizzare e regolare i cicli di lavoro della macchina M;- analyze and regulate the work cycles of the M machine;
- monitorare il lavoro in sicurezza della macchina M; - comunicare dati e/o segnali relativi al funzionamento della macchina M con la centralina K della macchina M stessa; e- monitor the safe operation of machine M; - communicate data and/or signals relating to the operation of machine M with the control unit K of machine M itself; and
- scambiare dati e/o segnali con un terminale esterno 56 in remoto, ad esempio tramite una piattaforma cloud.- exchange data and/or signals with an external terminal 56 remotely, for example via a cloud platform.
Nelle figure 4 e 6 sono illustrati degli schemi a blocchi macchine M comprendenti un solo dispositivo di gestione 1. Secondo la variante illustrata nella figura 5, la macchina M pu? comprendere una pluralit? di dispositivi di gestione 1 (nell?esempio due) per servire un gruppo elettrico E con un numero di dispositivi elettrici U e/o componenti idraulici H superiore a quello gestibile da un unico dispositivo di gestione 1, come verr? illustrato meglio in seguito.Figures 4 and 6 show block diagrams of machines M comprising a single management device 1. According to the variant illustrated in figure 5, the machine M can comprise a plurality of management devices 1 (two in the example) to serve an electrical group E with a number of electrical devices U and/or hydraulic components H greater than that which can be managed by a single management device 1, as will be better illustrated later.
Nelle figure da 2 a 4 ? illustrato schematicamente nel complesso il dispositivo di gestione 1 secondo la presente invenzione. Il dispositivo di gestione 1 comprende una sezione 2 ad alta tensione ed una sezione 3 a bassa tensione. Con il termine ?sezione? si intende una suddivisione, ovvero ripartizione, del dispositivo di gestione 1.In Figures 2 to 4, the management device 1 according to the present invention is illustrated schematically as a whole. The management device 1 comprises a high voltage section 2 and a low voltage section 3. The term ?section? means a subdivision, or division, of the management device 1.
La sezione 2 ad alta tensione lavora ad una tensione tra 120 e 1500 Volt. La sezione 3 a bassa tensione lavora ad una tensione inferiore a 120 Volt (a titolo esemplificativo ma non limitativo la sezione 3 a bassa tensione pu? lavorare a 12 o 24 o 48 Volt). La sezione 2 ad alta tensione e la sezione 3 a bassa tensione lavorano in corrente continua.High voltage section 2 works at a voltage between 120 and 1500 Volts. Low voltage section 3 works at a voltage below 120 Volts (for example but not limited to, low voltage section 3 can work at 12 or 24 or 48 Volts). High voltage section 2 and low voltage section 3 work in direct current.
Secondo l?esempio illustrato, il dispositivo di gestione 1 comprende una staffa 4 realizzata mediante lamiera piegata. Vantaggiosamente, la staffa 4 ? fatta di metallo, in particolare acciaio. La staffa 4 presenta uno spessore di almeno 2,5 mm, in particolare di almeno 3 mm.According to the illustrated example, the management device 1 comprises a bracket 4 made of folded sheet metal. Advantageously, the bracket 4 is made of metal, in particular steel. The bracket 4 has a thickness of at least 2.5 mm, in particular at least 3 mm.
La staffa 4 delimita, almeno parzialmente, un alloggiamento 5 (figura 3). La staffa 4 comprende, a sua volta, dei supporti 7, 7I, 7II configurati per fissarsi, in uso, al telaio C della macchina M. Secondo l?esempio illustrato, i supporti 7 sono due (identificati nel disegno con 7I e 7II). Secondo delle varianti non illustrate, i supporti possono variare per numero e/o forma rispetto all?esempio illustrato. I supporti 7, 7I, 7II sono fissati, in particolare imbullonati, a due lati contrapposti della staffa 4. Ciascun supporto 7 ? una lamiera piegata ad L in modo da avere due pareti sostanzialmente perpendicolari tra loro e qui di seguito identificate con 71 e 72. La parete 71 ? fissata, in particolare imbullonata, ad una rispettiva porzione della staffa 4; la parete 72 ? fissata, in particolare imbullonata al telaio C (figura 2). La staffa 4 comprende, inoltre, degli elementi antivibranti 8 che vengono imbullonati, in uso, tra il supporto 7 e il telaio C. Secondo l?esempio illustrato, gli elementi antivibranti 8 sono imbullonati la parete 72 di ciascun supporto 7 ed il telaio C. In questo modo, vantaggiosamente, si ottiene una protezione dalle vibrazioni meccaniche sia della sezione 2 ad alta tensione sia della sezione 3 a bassa tensione. Il fatto di prevedere i supporti 7, 7I e 7II interposti tra la staffa 4 ed il telaio C facilita le operazioni di installazione e manutenzione del dispositivo di gestione 1, le quali possono essere eseguite anche da un solo operatore. Inoltre, l?uso dei supporti 7I e 7II permette di richiedere il minimo ingombro in pianta per fissare il dispositivo di gestione 1 al telaio C.The bracket 4 delimits, at least partially, a housing 5 (figure 3). The bracket 4 comprises, in turn, supports 7, 7I, 7II configured to be fixed, in use, to the frame C of the machine M. According to the illustrated example, there are two supports 7 (identified in the drawing with 7I and 7II). According to variants not illustrated, the supports may vary in number and/or shape with respect to the illustrated example. The supports 7, 7I, 7II are fixed, in particular bolted, to two opposite sides of the bracket 4. Each support 7 is a sheet metal folded into an L so as to have two walls substantially perpendicular to each other and hereinafter identified with 71 and 72. The wall 71 is fixed, in particular bolted, to a respective portion of the bracket 4; the wall 72 is fixed, in particular bolted, to the frame C (figure 2). The bracket 4 also includes anti-vibration elements 8 which are bolted, in use, between the support 7 and the frame C. According to the example illustrated, the anti-vibration elements 8 are bolted to the wall 72 of each support 7 and the frame C. In this way, advantageously, protection from mechanical vibrations is obtained both of the high voltage section 2 and of the low voltage section 3. The fact of providing the supports 7, 7I and 7II interposed between the bracket 4 and the frame C facilitates the installation and maintenance operations of the management device 1, which can also be carried out by a single operator. Furthermore, the use of the supports 7I and 7II allows for the minimum footprint to be required to fix the management device 1 to the frame C.
Qui di seguito i termini superiore, inferiore, destro sinistro, e simili, vengono utilizzati con riferimento al dispositivo di gestione 1 quando ? fissato al telaio C, il quale ai fini della presente trattazione rappresenta un piano di appoggio di riferimento.Hereinafter the terms upper, lower, right, left, and similar, are used with reference to the management device 1 when it is fixed to the frame C, which for the purposes of this discussion represents a reference support plane.
Secondo l?esempio illustrato, la staffa 4 presenta: due pareti laterali 9 di dimensioni minori e contrapposte tra loro, qui di seguito identificate come parete destra 9I e parete sinistra 9II; ed una parte laterale di dimensioni maggiori qui di seguito identificata come parete superiore 10. La parete superiore 10 ? interposta tra la parete destra 9I e la parete sinistra 9II. La staffa 4 ? una lamiera piegata con un profilo sostanzialmente ad U per delimitare lateralmente su tre lati l?alloggiamento 5. La staffa 4 ? un corpo sottile e presenta una superficie interna ?, che ? affacciata all?interno dell?alloggiamento 5, ed una superficie esterna ? contrapposta alla superficie interna ?.According to the example illustrated, the bracket 4 has: two smaller and opposite side walls 9, hereinafter identified as the right wall 9I and the left wall 9II; and a larger lateral part hereinafter identified as the upper wall 10. The upper wall 10 is placed between the right wall 9I and the left wall 9II. The bracket 4 is a folded sheet metal with a substantially U-shaped profile to laterally delimit the housing 5 on three sides. The bracket 4 is a thin body and has an internal surface ?, which faces the inside of the housing 5, and an external surface ? opposite the internal surface ?.
Vantaggiosamente, la parete superiore 10 presenta un foro 12 passante per permettere la connessione tra la sezione 2 ad alta tensione e la sezione 3 a bassa tensione, come verr? illustrato meglio in seguito.Advantageously, the upper wall 10 has a through hole 12 to allow the connection between the high voltage section 2 and the low voltage section 3, as will be better illustrated later.
La sezione 3 a bassa tensione ? fissata alla parete superiore 10 ed ? a contatto con la superficie esterna ? della parete superiore 10.The low voltage section 3 is fixed to the upper wall 10 and is in contact with the outer surface of the upper wall 10.
Vantaggiosamente, la sezione 2 ad alta tensione ? alloggiata all?interno dell?alloggiamento 5 della staffa 4. La sezione 2 ad alta tensione ? fissata alla parete superiore 10 ed ? a contatto con la superficie interna ? della parete superiore 10. Vantaggiosamente, la staffa 4 protegge la sezione 2 ad alta tensione da urti o danneggiamenti. La sezione 2 ad alta tensione ? accessibile frontalmente e posteriormente alla staffa 4.Advantageously, the high voltage section 2 is housed inside the housing 5 of the bracket 4. The high voltage section 2 is fixed to the upper wall 10 and is in contact with the internal surface ? of the upper wall 10. Advantageously, the bracket 4 protects the high voltage section 2 from impacts or damage. The high voltage section 2 is accessible from the front and rear of the bracket 4.
La sezione 2 ad alta tensione comprende un corpo scatolare 15 presentante una cavit? 16 interna. Il corpo scatolare 15 ? verniciato con vernice isolante per tensioni di almeno 1000 Volt. Il corpo scatolare 15 presenta un foro 17 che ? allineato, in uso, con il foro 12 della staffa 4.The high voltage section 2 comprises a box body 15 having an internal cavity 16. The box body 15 is painted with insulating paint for voltages of at least 1000 Volts. The box body 15 has a hole 17 which is aligned, in use, with the hole 12 of the bracket 4.
La sezione 3 a bassa tensione comprende un corpo scatolare 18 presentante una cavit? 19 interna. Il corpo scatolare 18 presenta un foro 20 che ? allineato, in uso, con il foro 12 della staffa 4.The low voltage section 3 comprises a box body 18 having an internal cavity 19. The box body 18 has a hole 20 which is aligned, in use, with the hole 12 of the bracket 4.
La cavit? 16 interna della sezione 2 ad alta tensione comunica con la cavit? 19 interna della sezione 3 a bassa tensione attraverso un passaggio 13 di collegamento interno al dispositivo di gestione 1.The internal cavity 16 of the high voltage section 2 communicates with the internal cavity 19 of the low voltage section 3 through an internal connection passage 13 to the management device 1.
Secondo l?esempio illustrato, il passaggio 13 di collegamento interno ? formato dall?unione, ed allineamento tra loro: del foro 17 del corpo scatolare 15 di alta tensione; del foro 12 della staffa 4; e del foro 20 del corpo scatolare 18 di bassa tensione.According to the illustrated example, the internal connection passage 13 is formed by the union and alignment between: the hole 17 of the high voltage box body 15; the hole 12 of the bracket 4; and the hole 20 of the low voltage box body 18.
Vantaggiosamente, il dispositivo di gestione 1 ? realizzato in modo da essere protetto contro l?ingresso di oggetti solidi e liquidi. In particolare, il dispositivo di gestione 1 ? completamente ermetico a polveri e fumi ed ? protetto contro gli spruzzi di fluidi da qualsiasi direzione. Il dispositivo di gestione 1 ha una protezione classificata come IP65 secondo la norma CEI EN 60529/1997 (ex CEI 70-1).Advantageously, the management device 1 is designed to be protected against the ingress of solid objects and liquids. In particular, the management device 1 is completely hermetic to dust and fumes and is protected against splashes of fluids from any direction. The management device 1 has a protection classified as IP65 according to the CEI EN 60529/1997 standard (ex CEI 70-1).
Vantaggiosamente, il dispositivo di gestione 1 comprende un sistema di distribuzione della potenza 30 (Power Distribution Unit), in particolare di elettricit? ad alta tensione, che ? alloggiato nella sezione 2 ad alta tensione, ed una unit? di controllo 31, che ? alloggiata nella sezione 3 a bassa tensione.Advantageously, the management device 1 comprises a power distribution system 30 (Power Distribution Unit), in particular of high voltage electricity, which is housed in the high voltage section 2, and a control unit 31, which is housed in the low voltage section 3.
Vantaggiosamente, come verr? illustrato meglio in seguito, la sezione 3 a bassa tensione ? collegata con la centralina K della macchina M con un collegamento 44 CAN-BUS isolato galvanicamente. In questo modo, i segnali elettrici tra la centralina K della macchina M e la sezione 3 a bassa tensione sono isolati rispetto alla sezione 2 ad alta tensione.Advantageously, as will be explained in more detail later, the low voltage section 3 is connected to the control unit K of the machine M with a galvanically isolated 44 CAN-BUS connection. In this way, the electrical signals between the control unit K of the machine M and the low voltage section 3 are isolated from the high voltage section 2.
Vantaggiosamente, come verr? illustrato meglio in seguito, il sistema di distribuzione della potenza 30 e l?unit? di controllo 31 sono collegati tra loro mediante un collegamento cablato 32 di tipo CAN BUS isolato in modo da impedire che disturbi elettro-magnetici si propaghino dalla sezione 2 ad alta tensione alla sezione 3 a bassa tensione.Advantageously, as will be better explained later, the power distribution system 30 and the control unit 31 are connected to each other by means of an isolated CAN BUS type wired connection 32 so as to prevent electromagnetic disturbances from propagating from the high voltage section 2 to the low voltage section 3.
Vantaggiosamente, il collegamento cablato 32 ? completamente alloggiato all?interno del dispositivo di gestione 1. In particolare, il collegamento cablato 32 si estende, almeno parzialmente, attraverso il passaggio 13 di collegamento tra la cavit? 16 interna di alta tensione e la cavit? 19 interna di bassa tensione. Preferibilmente, il collegamento cablato 32 ? di tipo CAN-BUS isolato galvanicamente. Il dispositivo di gestione 1 pu? comprendere, inoltre, una schermatura elettromagnetica del collegamento cablato 32 tra la sezione 2 ad alta tensione e la sezione 3 a bassa tensione. Ad esempio, la schermatura elettromagnetica pu? comprendere ferriti toroidali. In questo modo, vantaggiosamente, si evita che eventuali disturbi elettromagnetici si propaghino dalla sezione 2 ad alta tensione alla sezione 3 a bassa tensione e/o alla macchina M.Advantageously, the wired connection 32 is completely housed inside the management device 1. In particular, the wired connection 32 extends, at least partially, through the connection passage 13 between the internal high voltage cavity 16 and the internal low voltage cavity 19. Preferably, the wired connection 32 is of the galvanically isolated CAN-BUS type. The management device 1 may also comprise electromagnetic shielding of the wired connection 32 between the high voltage section 2 and the low voltage section 3. For example, the electromagnetic shielding may comprise toroidal ferrites. In this way, advantageously, any electromagnetic disturbances are prevented from propagating from the high voltage section 2 to the low voltage section 3 and/or to the machine M.
Qui di seguito verr? descritto a titolo esemplificativo ma non limitativo, il sistema di distribuzione della potenza 30 come illustrato nelle figure. Infatti, il sistema di distribuzione della potenza 30 pu? comprendere un numero ed una tipologia di componenti elettrici differenti a seconda del tipo e numero di dispositivi elettrici U ad alta tensione installati sulla macchina M per formare il gruppo elettrico E. In linea di massima, la sezione 2 ad alta tensione contiene tutti componenti idonei alla distribuzione di corrente ad alta tensione ai dispositivi elettrici U. Il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende una pluralit? di connettori L elettrici (figura 3), che sporgono all?esterno del corpo scatolare 15 per permettere il collegamento elettrico con i dispositivi elettrici U ad alto voltaggio. Ad esempio, i connettori L possono essere collegati ad: inverter, motori elettrici, batterie ad alto voltaggio e simili. Nelle figure i connettori L sono contrassegnati con differente numerazione.Here below, the power distribution system 30 will be described by way of example but not limitation, as illustrated in the figures. In fact, the power distribution system 30 may comprise a different number and type of electrical components depending on the type and number of high voltage electrical devices U installed on the machine M to form the electrical group E. Generally speaking, the high voltage section 2 contains all components suitable for distributing high voltage current to the electrical devices U. The power distribution system 30 comprises a plurality of electrical connectors L (figure 3), which protrude outside the box-shaped body 15 to allow the electrical connection with the high voltage electrical devices U. For example, the L connectors may be connected to: inverters, electric motors, high voltage batteries and the like. In the figures, the L connectors are marked with different numbers.
Nelle figure a titolo esemplificativo ma non limitativo ? illustrato un esempio della sezione 2 ad alta tensione, in cui il numero di connettori L illustrato rappresenta una possibile soluzione all?interno di un gruppo di varianti differenti tra loro per il numero e la disposizione dei connettori L. Secondo l?esempio illustrato i connettori L sono otto.The figures show, by way of example but not as a limitation, an example of the high voltage section 2, in which the illustrated number of connectors L represents a possible solution within a group of variants that differ from each other in terms of the number and arrangement of the L connectors. According to the illustrated example, there are eight L connectors.
Inoltre, il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende uno o pi? componenti elettrici contenuti all?interno della sezione 2 ad alta tensione. In altre parole, i componenti elettrici sono concentrati in un'unica zona. I componenti elettrici possono essere scelti all?interno di un gruppo di componenti elettrici differenti tra loro per numero e tipologia. Ad esempio, i componenti elettrici possono essere: fusibili, contattori, capacitori, sensori. I componenti elettrici possono essere di diversa taglia in funzione dei reali carichi utilizzati, per ottimizzare il rapporto tra costo e performance.Furthermore, the power distribution system 30 includes one or more electrical components contained within the high voltage section 2. In other words, the electrical components are concentrated in a single area. The electrical components can be chosen from a group of electrical components that differ in number and type. For example, the electrical components can be: fuses, contactors, capacitors, sensors. The electrical components can be of different sizes depending on the actual loads used, to optimize the cost/performance ratio.
Vantaggiosamente, il sistema di distribuzione della potenza 30 ? completamente contenuto all?interno del dispositivo di gestione 1 ed in un?area protetta per impedire la propagazione di disturbi elettromagnetici alle altre parti della macchina M.Advantageously, the power distribution system 30 is completely contained within the management device 1 and in a protected area to prevent the propagation of electromagnetic disturbances to other parts of the machine M.
Secondo l?esempio illustrato schematicamente nella figura 4, il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende un circuito di pre-carica 34 di un capacitore 33. Nel caso in cui il capacitore 33 sia sdoppiato in due tensioni separate, il sistema di distribuzione della potenza 30 pu? comprendere due circuiti di pre-carica 34.According to the example illustrated schematically in figure 4, the power distribution system 30 comprises a pre-charging circuit 34 of a capacitor 33. In the case in which the capacitor 33 is split into two separate voltages, the power distribution system 30 can comprise two pre-charging circuits 34.
Il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende un circuito di scarica rapida 35, in modo da poter permettere di eseguire in sicurezza la manutenzione.The power distribution system 30 includes a rapid discharge circuit 35, so that maintenance can be performed safely.
Il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende un sistema di controllo isolamento 36. Il sistema di controllo isolamento 36 ? collegato con l?unit? di controllo 31 ed ? configurato per scambiare dati e/o segnali con detta unit? di controllo 31 relativi al funzionamento in sicurezza. Il sistema di controllo isolamento 36 garantisce che il sistema di distribuzione della potenza 30 sia conforme ai requisiti di sicurezza della norma ISO 13849.The power distribution system 30 includes an isolation control system 36. The isolation control system 36 is connected to the control unit 31 and is configured to exchange data and/or signals with said control unit 31 relating to safety operation. The isolation control system 36 ensures that the power distribution system 30 complies with the safety requirements of ISO 13849.
Il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende un sistema di interblocco 37 di sicurezza per proteggere dalla apertura o disconnessione del dispositivo di gestione 1. Il sistema di interblocco 37 ? configurato in modo da essere conforme ai requisiti di sicurezza della norma ISO 13849-PLd. Il sistema di interblocco 37 comprende un circuito di interblocco ad alta tensione, generalmente noto come HVIL (High Voltage Interblock Loop).The power distribution system 30 includes a safety interlock system 37 to protect against opening or disconnection of the management device 1. The interlock system 37 is configured to comply with the safety requirements of ISO 13849-PLd. The interlock system 37 includes a high voltage interlock circuit, generally known as a High Voltage Interblock Loop (HVIL).
Il sistema di distribuzione della potenza 30 pu? comprendere, inoltre, un dispositivo di disconnessione manuale 38 che sporge almeno parzialmente all?esterno del corpo scatolare 15 ed ? configurato per scollegare manualmente in modo sicuro sistemi di accumulo della corrente elettrica in alta tensione (come batterie ad alto voltaggio, super capacitori o equivalenti tecnici) eventualmente collegati al sistema di distribuzione della potenza 30 ed impedire cortocircuiti. In particolare, il dispositivo di disconnessione manuale 38 comanda il sistema di interblocco 37 aprendo il circuito di interblocco. Il dispositivo di disconnessione manuale 38 ? di vantaggiosa applicazione nelle soluzioni in cui ? prevista l?applicazione di sistemi di accumulo ad alta tensione con disconnessione manuale del sistema di accumulo dell?energia (come una batteria, un supercapacitore o simili). Il dispositivo di disconnessione manuale 38 apre il circuito HVIL prima di permettere la rimozione della batteria. Il dispositivo di disconnessione manuale 38 non richiede l?uso di utensili per poter disconnettere la batteria e protegge la batteria da cortocircuiti.The power distribution system 30 may also comprise a manual disconnection device 38 that protrudes at least partially outside the box-shaped body 15 and is configured to safely manually disconnect high voltage electric current storage systems (such as high voltage batteries, super capacitors or technical equivalents) possibly connected to the power distribution system 30 and prevent short circuits. In particular, the manual disconnection device 38 controls the interlock system 37 by opening the interlock circuit. The manual disconnection device 38 is advantageously applicable in solutions where the application of high voltage storage systems with manual disconnection of the energy storage system is envisaged (such as a battery, a supercapacitor or the like). The manual disconnection device 38 opens the HVIL circuit before allowing removal of the battery. The manual disconnection device 38 does not require the use of tools to disconnect the battery and protects the battery from short circuits.
Il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende un sensore di corrente 39 che ? configurato per misurare la corrente complessiva usata dal dispositivo di gestione 1. In aggiunta o in alternativa, il sistema di distribuzione della potenza 30 pu? comprendere una pluralit? di sensori di corrente 39 in funzione del numero e tipologia di dispositivi elettrici U.The power distribution system 30 includes a current sensor 39 that is configured to measure the total current used by the management device 1. Additionally or alternatively, the power distribution system 30 may include a plurality of current sensors 39 depending on the number and type of electrical devices U.
Il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende un sensore di temperatura 40 per misurare la temperatura all?interno del dispositivo di gestione 1.The power distribution system 30 includes a temperature sensor 40 for measuring the temperature inside the management device 1.
Il sistema di distribuzione della potenza 30 comprende una pluralit? di sensori di tensione 41 posizionati in punti critici, in modo da monitorare la performance e le potenze di utilizzo della macchina M.The power distribution system 30 comprises a plurality of voltage sensors 41 positioned at critical points, so as to monitor the performance and power usage of the machine M.
Vantaggiosamente, l?unit? di controllo 31 alloggiata all?interno della sezione 3 a bassa tensione scambia dati e/o segnali con uno o pi? componenti elettrici del sistema di distribuzione della potenza 30, che ? alloggiato nella sezione 2 ad alta tensione, attraverso il collegamento cablato 32.Advantageously, the control unit 31 housed inside the low voltage section 3 exchanges data and/or signals with one or more electrical components of the power distribution system 30, which is housed in the high voltage section 2, via the wired connection 32.
Qui di seguito verr? descritta a titolo esemplificativo ma non limitativo, la sezione 3 a bassa tensione come illustrata nelle figure.The low voltage section 3 as illustrated in the figures will be described below by way of example but not limitation.
La sezione 3 a bassa tensione comprende una pluralit? di connettori J elettrici che sporgono all?esterno del corpo scatolare 3. I connettori J sono delle interfacce tra la sezione 3 a bassa tensione e: la centralina K della macchina M; uno o pi? componenti idraulici H dell?impianto di raffreddamento R del gruppo elettrico E. Vantaggiosamente, l?unit? di controllo 31 si interfaccia con la centralina K della macchina M come un sottosistema slave per quanto riguarda l?emergenza.The low voltage section 3 comprises a plurality of electrical connectors J that protrude outside the box body 3. The connectors J are interfaces between the low voltage section 3 and: the control unit K of the machine M; one or more hydraulic components H of the cooling system R of the electrical group E. Advantageously, the control unit 31 interfaces with the control unit K of the machine M as a slave subsystem with regards to the emergency.
Nelle figure a titolo esemplificativo ma non limitativo ? illustrato un esempio della sezione 3 a bassa tensione, in cui il numero di connettori J illustrato rappresenta una possibile soluzione all?interno di un gruppo di varianti differenti tra loro per il numero e la disposizione dei connettori J. Secondo l?esempio illustrato i connettori J sono sei. In particolare, la sezione 3 a bassa tensione comprende un connettore J1 configurato per essere connesso alla centralina K della macchina M mediante un collegamento cablato 44 di tipo CAN-BUS isolato galvanicamente. In questo modo vantaggiosamente, qualsiasi disturbo o problematica nella comunicazione CAN non viene propagato al gruppo di azionamento I della macchina M stessa. Vantaggiosamente il collegamento cablato 44 ? di tipo CAN SAE J1939. In altre parole, il dispositivo di gestione 1 ? provvisto di un controllo integrato CAN che ? in grado di scambiare dati e/o segnali con la centralina K della macchina M. In questo modo, vantaggiosamente, ? possibile integrare il dispositivo di gestione 1 su macchine M gi? esistenti senza dover utilizzare una elettronica dedicata. Inoltre, vantaggiosamente, l?uso del collegamento cablato 44 CAN SAE J1939 permette di eseguire attivit? di monitoraggio, diagnostica e controllo dei dati di funzionamento del dispositivo di gestione 1 e della macchina M in generale.The figures below show, by way of example but not limited to, an example of low voltage section 3, in which the illustrated number of connectors J represents a possible solution within a group of variants that differ from each other in terms of the number and arrangement of the connectors J. According to the illustrated example, there are six connectors J. In particular, low voltage section 3 includes a connector J1 configured to be connected to the control unit K of machine M via a galvanically isolated CAN-BUS type wired connection 44. In this way, advantageously, any disturbance or problem in the CAN communication is not propagated to the drive group I of machine M itself. Advantageously, the wired connection 44 is of the CAN SAE J1939 type. In other words, the management device 1 is equipped with an integrated CAN control that is able to exchange data and/or signals with the control unit K of machine M. In this way, advantageously, it is possible to integrate the management device 1 on existing machines M without having to use dedicated electronics. Furthermore, advantageously, the use of the 44 CAN SAE J1939 wired connection allows for monitoring, diagnostics and control activities of the operating data of the management device 1 and of the machine M in general.
Vantaggiosamente, il connettore J1 comprende un convertitore c.c./c.c. (c.c. sta per corrente continua; di seguito c.a. sta per corrente alternata) isolato, un ricetrasmettitore CAN isolato, una interfaccia di emergenza.Advantageously, the J1 connector includes an isolated DC/DC converter (DC stands for direct current; hereinafter AC stands for alternating current), an isolated CAN transceiver, an emergency interface.
La sezione 3 a bassa tensione comprende, inoltre, un connettore J2 di ingresso dati e/o segnali da ciascun sensore S dell?impianto di raffreddamento R.The low voltage section 3 also includes a J2 connector for data input and/or signals from each sensor S of the cooling system R.
La sezione 3 a bassa tensione comprende, inoltre, una pluralit? di connettore J di uscita dati e/o segnali per regolare rispettivi componenti idraulici H dell?impianto di raffreddamento R. Senza perdere di genericit? il numero e la tipologia dei connettori J ? variabile in funzione del numero e tipologia di dispositivi elettrici U del gruppo elettrico E. Nelle figure i connettori J sono contrassegnati con differente numerazione.The low voltage section 3 also includes a plurality of data and/or signal output connector J to regulate the respective hydraulic components H of the cooling system R. Without losing generality, the number and type of connectors J varies according to the number and type of electrical devices U of the electrical group E. In the figures, the connectors J are marked with different numbers.
L?unit? di controllo 31 integra: il sistema di gestione dell?energia elettrica ad alta tensione per l?azionamento ibrido/elettrico della macchina M; il sistema di interfaccia e comunicazione per lo scambio di dati e/o segnali con la centralina K della macchina M; il sistema di gestione dell?impianto di raffreddamento R; il sistema di controllo del dispositivo di gestione 1 per il funzionamento in sicurezza; il sistema di comunicazione con un terminale esterno 56.The control unit 31 integrates: the high voltage electrical energy management system for the hybrid/electric drive of the machine M; the interface and communication system for the exchange of data and/or signals with the control unit K of the machine M; the management system of the cooling system R; the control system of the management device 1 for safety operation; the communication system with an external terminal 56.
Vantaggiosamente, l?unit? di controllo 31 ? configurata per gestire l?energia elettrica ad alta tensione per l?azionamento ibrido/elettrico della macchina M. Ad esempio, l?unit? di controllo 31 determina quanta potenza prendere o restituire al motore T della macchina M, alle batterie o ai super capacitori.Advantageously, the control unit 31 is configured to manage the high-voltage electrical power for the hybrid/electric drive of the machine M. For example, the control unit 31 determines how much power to take from or return to the motor T of the machine M, to the batteries or to the super capacitors.
Per la comunicazione con un terminale esterno 56, il dispositivo di gestione 1 comprende una parte elettronica 55 di comunicazione. La parte elettronica 55 di comunicazione pu? essere mediante cavo e/o senza cavo. Preferibilmente, la parte elettronica 55 ? senza cavo, ovvero wireless.For communication with an external terminal 56, the management device 1 comprises an electronic communication part 55. The electronic communication part 55 can be wired and/or wireless. Preferably, the electronic part 55 is wireless.
La parte elettronica 55 di comunicazione senza cavo pu? essere un sistema di comunicazione:The wireless communication electronic part 55 can be a communication system:
- near wireless (che funziona in genere nell?arco di pochi millimetri), ad esempio con principio induttivo o capacitivo; e/o- near wireless (typically working within a few millimetres), for example with inductive or capacitive principle; and/or
- a radiofrequenza (che si estende in genere fino a qualche metro), ad esempio un sistema bluetooth o wi-fi; e/o - ottico, ad esempio un sistema ad infrarossi;- radio frequency (typically extending up to a few metres), for example a Bluetooth or Wi-Fi system; and/or - optical, for example an infrared system;
- un terminale mobile, ovvero una interfaccia radio, per la comunicazione in radiotelefonia sull?interfaccia radio di accesso di una o pi? reti di trasporto, ad esempio: rete telefonica fisa, rete telefonica cellulare, rete dati, rete internet, GSM, GPRS, UMTS/EDGE, VSF-Spread, OFDM, GPS.- a mobile terminal, i.e. a radio interface, for radiotelephony communication on the access radio interface of one or more transport networks, for example: fixed telephone network, cellular telephone network, data network, Internet network, GSM, GPRS, UMTS/EDGE, VSF-Spread, OFDM, GPS.
Se la parte elettronica 55 di comunicazione senza cavo ? un terminale mobile comprende, a sua volta, una sim per l?accesso a reti di trasporto di specifici operatori telefonici e l?accesso a internet ed al cloud.If the electronic part 55 for wireless communication is a mobile terminal, it in turn includes a SIM for access to transport networks of specific telephone operators and access to the Internet and the cloud.
Ad esempio, il terminale esterno 56 pu? essere un calcolatore oppure un dispositivo mobile, come un pc, uno smartphone, un ipad o simili. Preferibilmente, la parte elettronica 55 ed il terminale esterno 56 comunicano mediante una piattaforma icloud.For example, the external terminal 56 may be a computer or a mobile device, such as a PC, a smartphone, an iPad or the like. Preferably, the electronic part 55 and the external terminal 56 communicate via an iCloud platform.
Mediante il terminale 56 ? possibile monitorare pi? funzionalit? della macchina M. In particolare, ? possibile:Using terminal 56 it is possible to monitor several functions of the M machine. In particular, it is possible to:
- monitorare i dati di utilizzo dell?energia da parte della macchina M (questi dati possono essere storicizzati e immagazzinati);- monitor energy usage data by the M machine (this data can be historicized and stored);
- monitorare le performance della macchina M in tempo reale;- monitor the performance of the M machine in real time;
- mostrare allarmi al superamento di determinati valori soglia;- display alarms when certain threshold values are exceeded;
- analizzare i parametri di funzionamento al fine di migliorare le performance di risparmio energetico della macchina M.- analyze the operating parameters in order to improve the energy saving performance of the M machine.
A titolo esemplificativo ma non limitativo nelle figure da 4 a 6 sono illustrati degli schemi a blocchi esemplificativi di possibili varianti di macchine M dotate di rispettivi differenti gruppi elettrici E, che differiscono tra loro per tipologia di dispositivi elettrici U e per funzionalit?.By way of example but not limitation, figures 4 to 6 show block diagrams of possible variants of machines M equipped with respective different electrical groups E, which differ from each other in terms of the type of electrical devices U and functionality.
Nella figura 4 ? illustrato uno schema a blocchi di una macchina M di tipo ibrido; il dispositivo di gestione 1 ed il gruppo elettrico E sono configurati per elettrificare solamente la traslazione della macchina M. In questo caso, un motore/generatore U1 ? flangiato sul motore T endotermico della macchina M per la generazione di energia elettrica ad alta tensione, che viene utilizzata per l?azionamento di un motore U3 per la trazione della macchina M. In questo caso, il gruppo elettrico E comprende come dispositivi elettrici U ad alta tensione:Figure 4 shows a block diagram of a hybrid machine M; the management device 1 and the electrical group E are configured to electrify only the translation of the machine M. In this case, a motor/generator U1 is flanged onto the internal combustion engine T of the machine M to generate high voltage electrical energy, which is used to drive a motor U3 for the traction of the machine M. In this case, the electrical group E includes as high voltage electrical devices U:
- il motore/generatore U1 a magneti permanenti;- the U1 permanent magnet motor/generator;
- un convertitore c.a./c.c. U2 collegato al motore/generatore U1;- an AC/DC converter U2 connected to the motor/generator U1;
- il motore U3 a magneti permanenti per la trazione della macchina M;- the U3 permanent magnet motor for the traction of the M machine;
- un convertitore c.c./c.a. U4 collegato tra il convertitore c.a./c.c. U2 ed il motore U3.- a DC/AC converter U4 connected between the AC/DC converter U2 and the motor U3.
Nella figura 5 ? illustrato lo schema a blocchi di una macchina M di tipo ibrido. Nella figura 5 sono illustrati solo i dispositivi elettrici U del gruppo elettrico E, mentre l?impianto di raffreddamento R non ? illustrato per chiarezza. La macchina M comprende due dispositivi di gestione 1, qui di seguito identificati come 1I e 1II collegati in serie mediante un collegamento cablato 24 di tipo CAN. I dispositivi elettrici U sono collegati al collegamento cablato 24.Figure 5 shows the block diagram of a hybrid machine M. Figure 5 shows only the electrical devices U of the electrical group E, while the cooling system R is not shown for clarity. The machine M comprises two management devices 1, hereinafter identified as 1I and 1II connected in series by means of a wired connection 24 of the CAN type. The electrical devices U are connected to the wired connection 24.
I dispositivi di gestione 1I e 1II ed il gruppo elettrico E sono configurati per:The management devices 1I and 1II and the electrical group E are configured for:
- generare energia elettrica da utilizzare per la trazione della macchina M,- generate electrical energy to be used for traction of the machine M,
- la ricarica di un accumulatore, ad esempio una batteria U5;- charging a battery, such as a U5 battery;
- permettere il collegamento ad una rete esterna mediante una presa U7 (plug in);- allow connection to an external network via a U7 socket (plug in);
- l?azionamento di un motore idraulico U9.- the operation of a U9 hydraulic motor.
In questo caso, secondo lo schema a blocchi illustrato nella figura 5, il gruppo elettrico E comprende come dispositivi elettrici U ad alta tensione:In this case, according to the block diagram shown in figure 5, the electrical group E includes as high voltage electrical devices U:
- un motore/generatore U1 a magneti permanenti flangiato sul motore endotermico T;- a U1 permanent magnet motor/generator flanged onto the T internal combustion engine;
- un convertitore c.a./c.c. U2 collegato tra il motore/generatore U1 e la sezione 2 ad alta tensione;- an AC/DC converter U2 connected between the motor/generator U1 and the high voltage section 2;
- un motore U3 a magneti permanenti per la trazione della macchina M;- a U3 permanent magnet motor for the traction of the M machine;
- un convertitore c.c./c.a. U4 collegato tra il la sezione 2 ad alta tensione ed il motore U3;- a DC/AC converter U4 connected between the high voltage section 2 and the motor U3;
- una batteria U5;- a U5 battery;
- un convertitore c.c./c.c. U6 collegato tra il convertitore c.a./c.c. U2 e la batteria U5;- a DC/DC converter U6 connected between the AC/DC converter U2 and the battery U5;
- una presa U7 per il collegamento ad una rete elettrica esterna;- a U7 socket for connection to an external power supply;
- un convertitore c.a./c.c. U8 collegato tra il convertitore c.a./c.c. U2 e la presa U7.- an AC/DC converter U8 connected between the AC/DC converter U2 and the U7 socket.
In questa configurazione, il motore/generatore U1 a magneti permanenti ? flangiato sul motore T endotermico della macchina M, che in uso lo pone in rotazione per la generazione di energia elettrica utilizzata per la trazione e/o la ricarica della batteria (in alternativa uno o pi? motori elettrici possono essere installati per differenti tipi di azionamenti, ad esempio per azionare degli attuatori idraulici, come delle pompe o motori idraulici). In questa configurazione la macchina M pu? essere collegata mediante la presa U7 alla corrente elettrica per ricaricare la batteria U5.In this configuration, the permanent magnet motor/generator U1 is flanged onto the internal combustion engine T of the machine M, which in use rotates it to generate electrical energy used for traction and/or battery charging (alternatively, one or more electric motors can be installed for different types of drives, for example to operate hydraulic actuators, such as pumps or hydraulic motors). In this configuration, the machine M can be connected to the electrical current via socket U7 to recharge the battery U5.
In alternativa agli esempi di macchine M ibride sopra descritte, la macchina M pu? essere completamente elettrica e comprendere un motore T elettrico (al posto di quello endotermico). Nella figura 6 ? illustrato uno schema a blocchi esemplificativo di una possibile configurazione di una macchina completamente elettrica. Nella figura 6 i componenti simili a quelli illustrati nella figura 5 mantengono la stessa numerazione senza ripeterli per brevit?. Nella figura 6 sono schematizzati solo i dispositivi elettrici U e non ? illustrato l?impianto di raffreddamento R per chiarezza. A differenza della soluzione di una macchina ibrida, secondo la soluzione completamente elettrica il gruppo elettrico E comprende un convertitore c.c./c.c. U6 collegato tra il motore T elettrico e il dispositivo di gestione 1.As an alternative to the examples of hybrid M machines described above, the M machine can be fully electric and include an electric motor T (instead of the internal combustion one). Figure 6 shows an example block diagram of a possible configuration of a fully electric machine. In Figure 6, the components similar to those illustrated in Figure 5 maintain the same numbering without repeating them for brevity. In Figure 6, only the electrical devices U are schematized and the cooling system R is not illustrated for clarity. Unlike the solution of a hybrid machine, according to the fully electric solution, the electrical group E includes a DC/DC converter U6 connected between the electric motor T and the management device 1.
Vantaggiosamente, il dispositivo di gestione 1 secondo la presente invenzione permette di dotare macchine M pesanti con un gruppo elettrico E ad alta tensione, in modo da: trasformarle in macchine ibride; e/o dotarle di un gruppo elettrico E aggiuntivo.Advantageously, the management device 1 according to the present invention allows to equip heavy M machines with a high voltage electrical group E, so as to: transform them into hybrid machines; and/or equip them with an additional electrical group E.
Qui di seguito viene descritto brevemente il metodo di gestione secondo la presente invenzione.The management method according to the present invention is briefly described below.
Il metodo comprende la fase di predisporre un gruppo elettrico E comprendente una pluralit? di dispositivi elettrici U ad alta tensione. La fase di predisporre un gruppo elettrico E comprende la sottofase di scegliere i dispositivi elettrici U ad alta tensione all?interno di un gruppo di dispositivi elettrici U differenti tra loro per tipologia e prestazione. Ad esempio, un dispositivo elettrico U pu? essere: un generatore elettrico, un motore elettrico, un inverter, un accumulatore, un attuatore, un super capacitore, e simili.The method comprises the step of preparing an electrical group E comprising a plurality of high voltage electrical devices U. The step of preparing an electrical group E comprises the sub-step of choosing the high voltage electrical devices U within a group of electrical devices U that are different from each other in type and performance. For example, an electrical device U may be: an electric generator, an electric motor, an inverter, an accumulator, an actuator, a super capacitor, and the like.
Il metodo comprende la fase di predisporre un impianto di raffreddamento R. L?impianto di raffreddamento R ? configurato per interagire con i dispositivi elettrici U del gruppo elettrico E. La fase di predisporre un impianto di raffreddamento R comprende la sottofase di scegliere all?interno di un gruppo di componenti idraulici H differenti tra loro, per tipologia e prestazione, in funzione dei dispositivi elettrici U del gruppo elettrico E. In particolare, la fase di predisporre l?impianto di raffreddamento R comprende la scelta di: un serbatoio, un attuatore idraulico, uno scambiatore, un circuito idraulico, e simili. Vantaggiosamente, la fase di predisporre un impianto di raffreddamento R comprende anche la sottofase di scegliere uno o pi? sensori S per il rilevamento di rispettivi differenti parametri di funzionamento dell?impianto di raffreddamento R. Ad esempio, i sensori S possono essere sensori di: livello S1, temperatura S2, pressione S4, portata, etc...The method includes the step of preparing a cooling system R. The cooling system R is configured to interact with the electrical devices U of the electrical group E. The step of preparing a cooling system R includes the sub-step of choosing from a group of hydraulic components H that are different from each other, in type and performance, depending on the electrical devices U of the electrical group E. In particular, the step of preparing the cooling system R includes the choice of: a tank, a hydraulic actuator, an exchanger, a hydraulic circuit, and the like. Advantageously, the step of preparing a cooling system R also includes the sub-step of choosing one or more sensors S for detecting the respective different operating parameters of the cooling system R. For example, the sensors S can be sensors of: level S1, temperature S2, pressure S4, flow rate, etc.
Il metodo comprende di predisporre un dispositivo di gestione 1.The method comprises providing a management device 1.
Il metodo comprende di predisporre un collegamento cablato 44 di tipo CAN-BUS isolato galvanicamente.The method involves setting up a galvanically isolated CAN-BUS type 44 wired connection.
Il metodo comprende la fase di installare il gruppo elettrico E, l?impianto di raffreddamento R ed il dispositivo di gestione 1 a bordo della macchina M. La fase di installare comprende la sottofase di interconnettere i dispositivi elettrici U ad alta tensione a rispettivi componenti idraulici H dell?impianto di raffreddamento R.The method includes the phase of installing the electrical group E, the cooling system R and the management device 1 on board the machine M. The installation phase includes the sub-phase of interconnecting the high voltage electrical devices U to the respective hydraulic components H of the cooling system R.
Il metodo comprende la fase di connettere ciascun dispositivo elettrico U ad alta tensione ad un rispettivo connettore della sezione 2 ad alta tensione del dispositivo di gestione 1. Nel caso in cui il numero di dispositivi elettrici U da connettere sia inferiore al numero di connettori L disponibili, ? possibile lasciare libero (in altre parole non collegato) ciascun connettore L eccedente. Pertanto, il dispositivo di gestione 1 pu? essere provvisto di un numero di connettori L standard in modo da poter essere utilizzato in una pluralit? di differenti applicazioni.The method comprises the step of connecting each high voltage electrical device U to a respective connector of the high voltage section 2 of the management device 1. In case the number of electrical devices U to be connected is less than the number of available connectors L, it is possible to leave free (in other words not connected) each excess connector L. Therefore, the management device 1 can be provided with a number of standard connectors L so that it can be used in a plurality of different applications.
Il metodo comprende la fase di connettere ciascun componente idraulico H dell?impianto di raffreddamento R a rispettivi connettori J della sezione 3 a bassa tensione. Nel caso in cui il numero di componenti idraulici H da connettere sia inferiore al numero di connettori J disponibili, ? possibile lasciare libero (in altre parole non collegato) ciascun connettore J eccedente. Pertanto, il dispositivo di gestione 1 pu? essere provvisto di un numero di connettori J standard, in modo da poter essere utilizzato in una pluralit? di differenti applicazioni.The method comprises the step of connecting each hydraulic component H of the cooling system R to respective connectors J of the low voltage section 3. In the event that the number of hydraulic components H to be connected is less than the number of available connectors J, it is possible to leave free (in other words not connected) each excess connector J. Therefore, the management device 1 can be provided with a number of standard connectors J, so that it can be used in a plurality of different applications.
Il metodo prevede di connettere la centralina K della macchina M ad un connettore J1 della sezione 3 a bassa tensione mediante il collegamento cablato 44 di tipo CAN-BUS isolato galvanicamente.The method involves connecting the control unit K of the machine M to a low voltage connector J1 of section 3 using the galvanically isolated CAN-BUS type wired connection 44.
Il metodo comprende la fase di regolare la distribuzione di potenza elettrica tra i dispositivi elettrici U di alta tensione installati sulla macchina M mediante l?unit? di controllo 31 alloggiata all?interno della sezione 3 a bassa tensione del dispositivo di gestione 1.The method comprises the step of regulating the distribution of electrical power between the high voltage electrical devices U installed on the machine M by means of the control unit 31 housed inside the low voltage section 3 of the management device 1.
Il metodo comprende la fase di regolare l?azionamento dell?impianto di raffreddamento R mediante l?unit? di controllo 31 alloggiata nella sezione 3 a bassa tensione.The method comprises the step of regulating the operation of the cooling system R by means of the control unit 31 housed in the low voltage section 3.
Il metodo comprende la fase di scambiare dati e/o segnali tra il sistema di distribuzione della potenza 30 e l?unit? di controllo 31 alloggiata nella sezione 3 a bassa tensione mediante un collegamento cablato 32 di tipo CAN-BUS isolato galvanicamente. In particolare, il metodo comprende di scambiare dati e/o segnali tra l?unit? di controllo 31 ed il sistema di distribuzione della potenza 30 all?interno del dispositivo di gestione 1.The method comprises the step of exchanging data and/or signals between the power distribution system 30 and the control unit 31 housed in the low voltage section 3 by means of a galvanically isolated CAN-BUS type wired connection 32. In particular, the method comprises exchanging data and/or signals between the control unit 31 and the power distribution system 30 inside the management device 1.
Il metodo comprende la fase di scambiare dati e/o segnali tra la centralina K della macchina M e l?unit? di controllo 31 del dispositivo di gestione 1 relativi al funzionamento della macchina M. In particolare, se il motore T ? endotermico, la centralina K della macchina M e l?unit? di controllo 31 del dispositivo di gestione 1 scambiano tra loro dati e/o segnali relativi al ciclo termodinamico del motore T.The method comprises the step of exchanging data and/or signals between the control unit K of the machine M and the control unit 31 of the management device 1 relating to the operation of the machine M. In particular, if the engine T is endothermic, the control unit K of the machine M and the control unit 31 of the management device 1 exchange data and/or signals relating to the thermodynamic cycle of the engine T.
Secondo la variante illustrata nella figura 6, il metodo comprende la fase di predisporre uno o pi? dispositivi di gestione 1 aggiuntivi. In cui ciascun dispositivo di gestione 1 aggiuntivo viene collegato in serie al primo dispositivo di gestione 1 mediante un collegamento cablato 24 CAN-BUS isolato galvanicamenteAccording to the variant illustrated in figure 6, the method comprises the step of providing one or more additional management devices 1. Wherein each additional management device 1 is connected in series to the first management device 1 by means of a galvanically isolated CAN-BUS wired connection 24
Il metodo comprende la fase di scambiare dati e/o segnali senza cavo (wirelees) con un terminale esterno 56 mediante una parte elettronica 55 di comunicazione senza cavo alloggiata nella sezione 3 a bassa tensione. Il metodo comprende la fase di elaborare i dati e/o le segnali ottenuti dal dispositivo di gestione e/o dalla centralina K della macchina M per eseguire attivit? di machine learning e predittive.The method comprises the step of exchanging data and/or signals wirelessly with an external terminal 56 by means of a wireless communication electronic part 55 housed in the low voltage section 3. The method comprises the step of processing the data and/or signals obtained from the management device and/or the control unit K of the machine M to perform machine learning and predictive activities.
Il metodo comprende, inoltre, la fase di elaborare e associare tra loro i dati e/o le segnali della centralina K con quelli dell?unit? di controllo 31 per eseguire attivit? di machine learning e predittive, in modo da migliorare l?efficienza energetica della macchina M nel tempo.The method also includes the step of processing and associating the data and/or signals of the control unit K with those of the control unit 31 to perform machine learning and predictive activities, in order to improve the energy efficiency of the machine M over time.
Si nota che una macchina M ha un differente sfruttamento della potenza, a seconda della modalit? d?uso istantaneo. Ad esempio, una mietitrebbia ibrida sfrutta in modo differente la potenza del motore endotermico T e del gruppo elettrico E a seconda che: si stia muovendo su una strada asfaltata, si stia muovendo su un campo, azioni anche una rotopressa per la formazione di rotoballe, stia muovendosi in salita oppure in discesa.It is noted that a machine M has a different exploitation of power, depending on the instantaneous mode of use. For example, a hybrid combine harvester exploits the power of the internal combustion engine T and the electric group E differently depending on whether: it is moving on an asphalt road, it is moving on a field, it also operates a round baler for the formation of round bales, it is moving uphill or downhill.
Vantaggiosamente, il metodo secondo la presente invenzione comprende l?ulteriore fase di elaborare con il terminale esterno 56 i dati e/o le segnali provenienti dalla macchina M in modo da determinare parametri di lavoro ottimali da impostare nell?unit? di controllo 31 del dispositivo di gestione 1 per migliorare l?efficienza energetica della macchina M.Advantageously, the method according to the present invention comprises the further step of processing with the external terminal 56 the data and/or signals coming from the machine M in order to determine optimal working parameters to be set in the control unit 31 of the management device 1 to improve the energy efficiency of the machine M.
Il metodo comprende, l?ulteriore fase di scambiare con il dispositivo di gestione 1 i parametri di lavoro ottimali. Il metodo comprende l?ulteriore fase di segnalare uno o pi? di detti parametri di lavoro ottimali ad un operatore attraverso la centralina K e/o una eventuale interfaccia utente presente sulla macchina M. Il metodo comprende l?ulteriore fase di impostare in modo automatico i parametri di lavoro ottimali nell?unit? di controllo 31. Vantaggiosamente, il metodo comprende la fase di monitorare in continuo i parametri di lavoro della macchina M e di adattare in continuo il funzionamento della macchina M stessa, in modo da ottenere l?efficientamento energetico. Vantaggiosamente, il metodo secondo la presente invenzione ? in grado di monitorare in tempo reale oltre 100 variabili. Vantaggiosamente, il metodo comprende la fase di impostare un valore di funzionamento preferito da mantenere costante, ad esempio uno dei parametri di funzionamento da mantenere costante pu? essere la coppia oppure la velocit? di rotazione. In questo caso tutti gli altri parametri di lavoro vengono regolati in modo da mantenere costante il parametro fissato. I parametri di funzionamento da mantenere costanti possono essere impostati da un operatore attraverso una interfaccia utente sulla macchina M che dialoga con la centralina K.The method comprises the further step of exchanging the optimal working parameters with the management device 1. The method comprises the further step of signaling one or more of said optimal working parameters to an operator through the control unit K and/or a possible user interface present on the machine M. The method comprises the further step of automatically setting the optimal working parameters in the control unit 31. Advantageously, the method comprises the step of continuously monitoring the working parameters of the machine M and of continuously adapting the operation of the machine M itself, in order to obtain energy efficiency. Advantageously, the method according to the present invention is able to monitor over 100 variables in real time. Advantageously, the method comprises the step of setting a preferred operating value to be kept constant, for example one of the operating parameters to be kept constant may be the torque or the rotation speed. In this case all the other working parameters are adjusted in order to keep the set parameter constant. The operating parameters to be kept constant can be set by an operator through a user interface on the machine M which communicates with the control unit K.
Vantaggiosamente, grazie al dispositivo di gestione 1 ? possibile centralizzare il controllo di tutto il gruppo elettrico E e del motore T della macchina, in modo da poter ottimizzare l?efficienza energetica della macchina M. Pertanto, vantaggiosamente, il metodo comprende una fase di regolare il dispositivo di gestione 1 in modo da ottimizzare l?efficienza energetica di tutta la macchina M, in particolare del gruppo elettronico E. Il metodo di regolare il dispositivo di gestione 1 comprende la sottofase di regolare il sistema di distribuzione della potenza 30 in modo da mantenere costante la coppia oppure la velocit? di rotazione del motore T.Advantageously, thanks to the management device 1, it is possible to centralize the control of the entire electrical group E and of the motor T of the machine, so as to be able to optimize the energy efficiency of the machine M. Therefore, advantageously, the method comprises a phase of regulating the management device 1 so as to optimize the energy efficiency of the entire machine M, in particular of the electronic group E. The method of regulating the management device 1 comprises the sub-phase of regulating the power distribution system 30 so as to keep the torque or the rotation speed of the motor T constant.
Le fasi del metodo sopra descritto possono avvenire anche in un ordine differente da quello presentato, in altre parole l?ordine scelto per l?esposizione del metodo non ? determinato da una specifica sequenza temporale da rispettare. Alcune fasi del metodo sopra descritto possono avvenire anche contemporaneamente (ad esempio il gruppo elettrico E e l?impianto di raffreddamento R possono essere gi? collegati tra loro al momento di predisporre entrambi).The phases of the method described above can also occur in a different order than the one presented, in other words the order chosen for the exposition of the method is not determined by a specific time sequence to be respected. Some phases of the method described above can also occur simultaneously (for example the electrical group E and the cooling system R can already be connected to each other when preparing both).
Vantaggiosamente, il metodo sopra descritto permette di semplificare l?installazione di un gruppo elettrico E ad alta tensione a bordo di una macchina M.Advantageously, the above method allows to simplify the installation of a high voltage E electrical group on board an M machine.
Vantaggiosamente, il metodo sopra descritto permette di gestire sia la distribuzione della potenza ad alta tensione sia il raffreddamento di dispositivi elettrici U ad alta tensione in modo centralizzato mediante un unico dispositivo di gestione 1.Advantageously, the above-described method allows both the high-voltage power distribution and the cooling of high-voltage electrical devices U to be managed centrally by means of a single management device 1.
Vantaggiosamente, mediante il dispositivo di gestione 1, il metodo sopra descritto permette di acquisire durante l?uso, dati e/o segnali relative al ciclo termodinamico di un eventuale motore T endotermico installato sulla macchina M e scambiare dati e/o segnali senza cavi (wireless) con un terminale esterno 56, preferibilmente mediante una piattaforma cloud.Advantageously, by means of the management device 1, the method described above allows to acquire during use, data and/or signals relating to the thermodynamic cycle of a possible endothermic engine T installed on the machine M and to exchange data and/or signals wirelessly with an external terminal 56, preferably by means of a cloud platform.
Vantaggiosamente, mediante il dispositivo di gestione 1 ? possibile scambiare dati e/o segnali relativi al funzionamento del gruppo elettrico E e/o dell?impianto di raffreddamento R con la centralina K della macchina M.Advantageously, by means of the management device 1 it is possible to exchange data and/or signals relating to the operation of the electrical group E and/or the cooling system R with the control unit K of the machine M.
Vantaggiosamente, il dispositivo di gestione 1 permette di monitorare in tempo reale il funzionamento della macchina M, svolgere attivit? predittive e di machine learning e di impostare i parametri di lavoro del dispositivo di gestione 1 in modo da ottimizzare l?efficienza energetica della macchina M durante l?uso.Advantageously, the management device 1 allows to monitor the operation of the machine M in real time, perform predictive and machine learning activities and set the working parameters of the management device 1 in order to optimize the energy efficiency of the machine M during use.
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