Energy management system for mining truck

Abstract

An energy management system for a mining truck may include an electrical power system to supplement a mechanical power system. The electrical power system may include an energy storage system to provide power at a first voltage and a voltage transfer system to receive the power from the energy storage system. The voltage transfer system may include a first power converter to convert the power to a second voltage, a converter cooling system to maintain a temperature of the first power converter, and a second power converter to convert the power to a third voltage. The energy management system may include a power conduit to couple the electrical power system with the mechanical power system and a controller to control power output by the electrical and mechanical power systems based on a power demand, a state of charge of the battery system, or an engine speed.

Description

ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR MINING TRUCKTECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates to systems and methods for integrating an electrical power system with a mechanical power system of a vehicle.BACKGROUND

[0002] In a vehicle, the powertrain or powertrain system refers to the components that provide the power to propel the vehicle. These components can include an engine, generator, rectifier, motor controller, drive motor, and / or final drive among potentially other components / systems. For an internal combustion engine, the engine combusts a fuel to generate mechanical power in the form of a rotating crankshaft. The generator receives the rotating crankshaft and manipulates the engine speed (i.e., the rotation of the crankshaft) to control an output voltage of a busbar, which is also coupled to the motor controller. The electrical power is received by a drive motor, which converts the electrical power to mechanical power to cause a movement of the vehicle.SUMMARY

[0003] One embodiment of the invention relates to an energy management system for a mining truck. The energy management system includes an electrical power system configured to supplement a mechanical power system of the mining truck. The electrical power system includes an energy storage system to provide power at a first voltage. The electrical power system includes a first power converter to convert the power from the energy storage system from the first voltage to a second voltage. The second voltage is greater than the first voltage. The second voltage can power the mining truck. The electrical power system includes a thermal control system to maintain a temperature of the first power converter within a converter temperature range. The electrical power system includes a second power converter to convert the power from the energy storage system from the first voltage to a third voltage. The third voltage is less than the first voltage. The third voltage can power the thermal control system. The energy  management system includes a conduit electrically coupling the electrical power system with the mechanical power system. The second voltage can transfer to the mining truck via the conduit. The energy management system includes a controller configured to control a power output by the electrical power system and the mechanical power system based on at least one of a power demand of the mining truck, a state of charge of the energy storage system, or an engine speed.

[0004] One embodiment of the invention relates to an energy management system, wherein the hybrid control unit is further configured to detect a fault associated with the energy management system, determine a level of the fault based on a predetermined threshold, and generate a control signal based on the level of the fault. The control signal causes at least one of the electrical power system or the mechanical power system to shut down.

[0005] One embodiment of the invention relates to an energy management system further comprising a low voltage interface to couple the hybrid control unit with a vehicle control unit of the mining truck. The hybrid control unit is configured to receive pre-defined vehicle information from the vehicle control unit via the low voltage interface, and control an operating mode of the energy management system based on the pre-defined vehicle information.

[0006] One embodiment of the invention relates to an energy management system wherein the hybrid control unit is further configured to aggregate information from components of the energy management system to determine a status of the energy management system, and transmit the status of the energy management system to the vehicle control unit of the mining truck via the low voltage interface.

[0007] One embodiment of the invention relates to an energy management system wherein the hybrid control unit is further configured to receive an input indicating the power demand of the mining truck and a state of charge of the energy storage system, compare the power demand with a power range and determine the power demand is within the power range, compare the state of charge of the energy storage system with a charge range and determine the state of charge is within the charge range, determine, based on the power demand being within the power range  and the state of charge being within the charge range, a mode of operation for the energy management system, the mode of operation comprising an alternator direct drive mode, and generate a control signal to prevent the electrical power system from providing power to the mining truck.

[0008] One embodiment of the invention relates to an energy management system wherein the hybrid control unit is further configured to receive an input indicating the power demand of the mining truck and a state of charge of the energy storage system, compare the power demand with a power threshold and determine the power demand exceeds the power threshold, compare the state of charge of the energy storage system with a charge range and determine the state of charge is within the charge range, determine, based on the power demand exceeding the power threshold and the state of charge being within the charge range, a mode of operation for the energy management system, the mode of operation comprising a battery assist drive mode, and generate a control signal to cause the electrical power system and the mechanical power system to provide power to the mining truck.

[0009] One embodiment of the invention relates to an energy management system wherein the hybrid control unit is further configured to receive an input indicating the power demand of the mining truck and a state of charge of the energy storage system, compare the power demand with a power threshold and determine the power demand is below the power threshold, compare the state of charge of the energy storage system with a charge threshold and determine the state of charge is below the charge threshold, determine, based on the power demand being lower than the power threshold and the state of charge being below the charge threshold, a mode of operation for the energy management system, the mode of operation comprising a battery charge drive mode, and generate a control signal to cause the electrical power system to draw power from the mechanical power system to charge the energy storage system.

[0010] One embodiment of the invention relates to an energy management system wherein the hybrid control unit is further configured to receive an input indicating the power demand of the mining truck and a state of charge of the energy storage system, identify the power demand is  negative or zero, compare the state of charge of the energy storage system with a charge range and determine the state of charge is within the charge range, determine, based on the power demand being negative or zero and the state of charge being within the charge range, a mode of operation for the energy management system, the mode of operation comprising a regenerative braking mode, and generate a control signal to cause the electrical power system to pull power from a high voltage bus into the energy storage system of the electrical power system.

[0011] One embodiment of the invention relates to an energy management system wherein the hybrid control unit is further configured to monitor a voltage of an electrical bus of the mechanical power system, detect when the voltage of the electrical bus reaches a threshold voltage, and initiate an on-sequence for the energy management system based on the voltage of the electrical bus reaching the threshold voltage.

[0012] One embodiment of the invention relates to an energy management system wherein the hybrid control unit is further configured to receive an input, the input comprising information associated with the at least one of the power demand of the mining truck, the state of charge of the energy storage system, or the engine speed, determine a mode of operation of the mining truck based on the input, allocate system power between the mechanical power system and the electrical power system based on the mode of operation and the power demand of the mining truck, and generate a control signal to cause the mechanical power system and the electrical power system to provide power based on the power allocated between the mechanical power system and the electrical power system.

[0013] One embodiment of the invention relates to an energy management system wherein the hybrid control unit is further configured to receive an input indicating the engine speed of an engine of the mining truck, determine a torque of the engine based on the engine speed, compare the torque with a torque range and determine the torque is outside the torque range, and generate a control signal to cause the electrical power system to provide power to the mining truck to return the torque of the engine to within the torque range.

[0014] Numerous specific details are provided to impart a thorough understanding of embodiments of the subject matter of the present disclosure. The described features of the subject matter of the present disclosure may be combined in any suitable manner in one or more embodiments and / or implementations. In this regard, one or more features of an aspect of the invention may be combined with one or more features of a different aspect of the invention. Moreover, additional features may be recognized in certain embodiments and / or implementations that may not be present in all embodiments or implementations.

[0015] BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0016] FIG. 1 is a schematic diagram of a power supply system of a vehicle, according to an example embodiment.

[0017] FIG. 2 is a perspective view of an energy storage system of the power supply system of FIG. 1, according to an example embodiment.

[0018] FIG. 3 is an exploded view of a voltage transfer system of the power supply system of FIG. 1, according to an example embodiment.

[0019] FIG. 4 is a perspective view of the voltage transfer system of FIG. 3 assembled, according to an example embodiment.

[0020] FIG. 5 is a schematic diagram of a hybrid control unit in communication with various controllers of the power supply system of FIG. 1, according to an example embodiment.

[0021] FIG. 6 is a schematic diagram of a control system of the power supply system of FIG. 1, according to an example embodiment.

[0022] FIG. 7 is a perspective view of the vehicle of FIG. 1, according to an example embodiment.

[0023] FIG. 8 is a schematic view of a converter cooling system of the power supply system of FIG. 1, according to an example embodiment.

[0024] FIG. 9 is a flow diagram of a method of cooling a power converter of the power supply system of FIG. 1, according to an example embodiment.

[0025] FIG. 10 is a flow diagram of a method of managing energy distribution of the power supply system of FIG. 1, according to an example embodiment.

[0026] FIG. 11 is a front view of an example human-machine interface of the power supply system of FIG. 1, according to an example embodiment.DETAILED DESCRIPTION

[0027] Referring to the Figures generally, various embodiments disclosed herein relate to systems and methods of integrating an electrical power system with a mechanical power system (e.g., to create a hybrid system for a vehicle) . In some implementations, embodiments disclosed herein relate to integrating an electrical power system with a preexisting mechanical power system of a vehicle, such as to retrofit a non-hybrid or mechanical power vehicle into a hybrid vehicle / hybrid electric vehicle. Some embodiments relate to systems and methods of converting a mechanical power mining truck into a hybrid mining truck by adding an energy management system to a preexisting mechanical power system. Some embodiments include integrating the energy management system with the mechanical power system to facilitate power allocation between the mechanical and electrical power systems based on information that is already being generated by the vehicle. For example, in some embodiments, the energy management system that is integrated with the mechanical power system can receive signals from an existing control system of the mining vehicle indicating system power demand or engine status or efficiency and use such information to determine how much power can be provided by the electrical power system and how much power can be provided by the mechanical power system.

[0028] In some embodiments, the energy management system is provided as a unit or kit, or two or more separate units or kits, for easy installation onto a vehicle and connection to the preexisting mechanical power system. For example, the energy management system includes at least one energy storage system that provides electrical power to the vehicle and at least one  voltage transfer system that converts the power from the energy storage system to the desired voltage to power the components of the combined system. The energy storage system can be provided as a first unit or kit, and the voltage transfer system can be provided as a second unit or kit, in some implementations. The energy storage system can provide power at a first voltage. The voltage transfer system can convert the power to a second voltage that is greater than the first voltage to power equipment that requires higher voltage (e.g., a wheel motor of the vehicle) . The voltage transfer system can convert the power to a third voltage that is less than the first voltage to power equipment that requires lower voltage (e.g., a cooling system for the voltage transfer system, a hybrid control unit, etc. ) . In some embodiments, the energy management system may also include a separate low voltage power supply to power certain equipment of the energy management system. Therefore, in some embodiments, the energy management system provides all the power that it needs to operate without requiring additional power from external sources. In some embodiments, in addition to determining how much power is to be provided by each power system, the energy management system can identify when the electrical power system can instead receive power from the vehicle to recharge the energy storage system. The capacity of the energy storage system and the voltage transfer system may be adjusted based on the application. For example, the voltage transfer system may be used to fit for different voltage platforms. The voltage transfer system can be designed specifically to fit for different electrical drive systems.

[0029] The interface between the preexisting control system of the mechanical power system and the energy management system can provide automatic on / off capabilities for the electrical power system, identification of drive power demand from the vehicle, identification of regeneration opportunities, and detection and handling of faults. The energy management system can ensure state-of-charge balance for the energy storage system, power demands are met, and efficient fuel operation by operating in various different modes. The energy management system can identify the operating mode that will provide a more efficient curve of engine operation based on, for example, battery state-of-charge, driver demand power, and engine efficiency. In some embodiments, the energy management system can automatically switch between modes based on  status data of the vehicle, or the components thereof. The user may also input key parameters (e.g., slope, distance, etc. ) through a user interface to improve the calibration of the energy management system for the specific vehicle and for the specific application. The energy management system may include a low voltage interface design to easily connect the control system of the energy management unit with the drive system controller of the mechanical power system and the vehicle control unit.

[0030] The energy management system includes at least one system to thermally manage the energy storage system or the voltage transfer system. For example, the energy management system includes a designated converter cooling system for the voltage transfer system. The voltage transfer system can create low voltage power from the energy storage system to power the converter cooling system. The converter cooling system can include electrical components to facilitate adjustable cooling capabilities to reduce power consumption while maintaining adequate cooling. Operation of traditional constant speed pumps and fans uses excessive amounts of energy since the pumps and fans are generally designed for worst-case scenarios. The present disclosure provides pumps and fans with variable speeds to adjust based on cooling demand to reduce the amount of energy consumed. The converter cooling system may include a fan that can run in two directions. Running the fan in the first direction can blow air across a heat exchanger to remove dust or other particles that are on the heat exchanger that can lead to reduced heat exchanging capabilities and degradation of the components of the converter cooling system. Running the fan in the second direction after the first direction can draw air across the heat exchanger in an opposite direction to facilitate cooling of the volage transfer system without pulling in as much dust that may eventually coat the fan.

[0031] Referring now to FIG. 1, a schematic diagram of a vehicle 100 having a power supply system 102 is shown, according to an example embodiment. The power supply system 102 can provide power to the vehicle 100 to drive or power the vehicle 100, or the various components or systems of thereof. In some embodiments, the vehicle 100 may be a mining truck. In some embodiments, the power supply system 102 can be used with any type of vehicle. For example,  the power supply system 102 can be used in a mining vehicle, a construction vehicle, or a refuse vehicle, among others.

[0032] The power supply system 102 includes at least one mechanical power system 105. The mechanical power system 105 includes an engine 110 (e.g., an internal combustion engine) to provide power to drive and operate the vehicle 100. The engine 110 converts energy (e.g., heat energy) into mechanical power. The mechanical power system 105 includes at least one alternator system 115. The alternator system 115 can generate alternating current ( “AC” ) from the mechanical power provided by the engine 110. The mechanical power system 105 includes at least one power converter, shown as AC / DC power converter 120. The AC / DC power converter 120 can convert the AC power into direct current ( “DC” ) power. The mechanical power system 105 includes at least one electrical bus 125. The electrical bus 125 is a high voltage ( “HV” ) bus. The electrical bus 125 can carry electrical power at high voltage levels. For example, the electrical bus 125 can carry the DC power from the AC / DC power converter 120 to a receiving component. The mechanical power system 105 includes at least one other power converter, shown as DC / AC power converter 130. The DC / AC power converter 130 can convert the DC power back into AC power. The mechanical power system 105 includes at least one motor 135. The motor 135 may be, for example, a motor to drive a wheel of the vehicle 100. The AC power from the DC / AC power converter 130 can power the motor 135 to drive the vehicle 100.

[0033] In some embodiments, the mechanical power system 105 includes at least one retarder grid 140. The retarder grid 140 can consume braking power from the vehicle’s 100 regular braking system.

[0034] Example Energy Management System

[0035] The power supply system 102 includes at least one energy management system 150. The energy management system 150 includes at least one electrical power system 155 to provide electrical power to the vehicle 100. In some embodiments, the energy management system 150 is configured to integrate the electrical power system 155 with a mechanical power system 105 to  create a hybrid power system such that, for example, a vehicle 100 operates on both mechanical and electrical power. For example, the electrical power system 155 is configured to supplement a mechanical power system 105 of the vehicle 100. The energy management system 150 may be for a mining truck.

[0036] The power supply system 102 includes at least one power conduit 160. In some embodiments, the power conduit 160 is a busbar. The power conduit 160 electrically couples the electrical power system 155 with the mechanical power system 105. In some embodiments, the power conduit 160 can be a high voltage conduit to transfer high voltage power from the electrical power system 155 to the mechanical power system 105. As such, the electrical power system 155 can provide high voltage power to the vehicle 100. In some embodiments, the vehicle 100 provides high voltage power to the electrical power system 155. In some embodiments, the power conduit 160 can couple with the electrical bus 125 to transfer HV power between the electrical power system 155 and the electrical bus 125. The DC / AC power converter 130 can convert the HV power from the electrical power system 155 into AC power to, for example, power the motor 135 of the vehicle 100.

[0037] Referring to FIGS. 1 and 2, the electrical power system 155 includes at least one energy storage system 200. FIG. 2 depicts a perspective view of an energy storage system 200, according to an example embodiment. The energy storage system 200 can store and provide energy to a vehicle 100, or can receive energy from the vehicle 100. The energy storage system 200 can include at least one energy storage device, shown as battery 205. The battery 205 can be any device configured to store energy. For example, the battery 205 can be or include one or more battery, battery system, battery cell, or battery pack, among others, or any combination thereof. The energy storage system 200 may include a plurality of batteries 205. In some embodiments, the energy storage system 200 may include six batteries 205. The battery 205 can store and provide power to be used to drive and control the vehicle 100. For example, the battery 205 can provide DC power. The battery 205 may provide a voltage of approximately 621.6V (e.g., + / -10%) .

[0038] In some embodiments, the energy storage system 200 may include at least one power distribution unit 210. The power distribution unit 210 can act as an on / off switch for the energy storage system 200. The power distribution unit 210 can be electrically coupled with the battery 205 via a cable 215. The power distribution unit 210 can distribute the power from the batteries 205 to the desired locations.

[0039] The energy management system 150 includes at least one thermal control system. For example, the energy storage system 200 may include at least one thermal control system, shown as battery thermal management system ( “BTMS” ) 220. The BTMS 220 can maintain a temperature of the battery 205 or energy storage system 200 within a battery temperature range. For example, the BTMS 220 can include or be coupled with a temperature sensor to sense a temperature of the energy storage system 200. The energy storage system 200 can include a tank 225 to store a coolant and a pipe or piping 230. Based on the sensed temperature, the BTMS 220 can cause the coolant from the tank 225 to flow through the piping 230 to cool the energy storage system 200 to maintain the temperature within the target battery temperature range.

[0040] In some embodiments, the energy storage system 200 can be configured as a single unit such that the energy storage system 200 can be easily installed and transported. For example, all the components of the energy storage system 200 may be disposed in a single housing. The housing may have at least one connection point for easy connection between the components of the energy storage system 200 and other components of the electrical power system 155.

[0041] Referring to FIGS. 1, 3, and 4, the electrical power system 155 includes at least one voltage transfer system 300. FIG. 3 depicts an exploded view of the voltage transfer system 300, according to an example embodiment. FIG. 4 depicts a perspective view of the voltage transfer system 300, according to an example embodiment.. In some embodiments, the voltage transfer system 300 may include some components of the energy storage system 200 to reduce the overall size of the energy storage system 200. For example, the voltage transfer system 300 may include at least one of the power distribution unit 210 or the BTMS 220.

[0042] The voltage transfer system 300 can convert power from a first voltage to a second voltage. For example, the energy storage system 200 provides power at a first voltage. The voltage transfer system 300 can receive the power from the energy storage system 200 at the first voltage and convert the power into a second voltage. The power at the second voltage can be used by various receiving systems (e.g., a vehicle, a cooling system, a controller, etc. ) . For example, the voltage transfer system 300 of the energy management system 150 includes at least one power converter. For example, the voltage transfer system 300 includes at least one first power converter 305.

[0043] In some embodiments, the first power converter 305 may be a DCDC power converter configured to convert a first DC voltage to a second DC voltage. The first power converter 305 can receive power directly from a battery 205 of the energy storage system 200 or via the power distribution unit 210 at a first voltage. The first power converter 305 can convert (e.g., uprise) the power from the energy storage system 200 from the first voltage to a second voltage. The second voltage is greater than the first voltage. The second voltage is configured to power the vehicle 100. For example, the first power converter 305 may receive a voltage of approximately 621.6V and convert it to approximately 1800V (e.g., + / -10%) . The higher voltage can be provided to the vehicle 100 via the electrical bus 125 to power the vehicle 100, and then provided to the desired components (e.g., to drive the vehicle) .

[0044] The energy management system 150 includes at least one power conduit 160 to electrically couple the electrical power system 155 with the mechanical power system 105. For example, the power conduit 160 may couple the first power converter 305 with the electrical bus 125. The power with the second voltage transfers to the vehicle 100 via the power conduit 160. The voltage transfer system 300 may include a pre-charge resistance on both sides of the first power converter 305 to prevent damage of capacitive components.

[0045] In some embodiments, the first power converter 305 can receive power with a first voltage and convert the power to a second voltage that is less than the first voltage. For example, the batteries 205 of the energy storage system 200 are rechargeable such that the first power  converter 305 receives power from a different source, converts the power received from a first voltage to a second voltage, and provides the power to the energy storage system 200. For example, the first power converter 305 may pull power from the electrical bus 125 (e.g., while the vehicle 100 is braking) . The power from the electrical bus 125 has a first voltage. The first power converter 305 can convert the first voltage to a second, lower voltage, and provide the power with the lower voltage to the battery 205.

[0046] The energy management system 150 includes a thermal control system to maintain a temperature of the first power converter 305 within a converter temperature range. For example, the voltage transfer system 300 includes at least one converter cooling system 310. The converter cooling system 310 can manage a temperature of the first power converter 305. For example, the converter cooling system 310 can maintain a temperature of the first power converter 305 within a converter temperature range. As described in more detail herein, the converter cooling system 310 uses the power provided via the energy storage system 200 to operate. As such, the converter cooling system 310 does not require a power source separate from or external to the energy management system 150 to operate. The converter cooling system 310 may be coupled with or may include a pump 315. The pump 315 can circulate a fluid (e.g., a coolant) to facilitate thermal control (e.g., cooling) of the first power converter 305.

[0047] The voltage transfer system 200 of the energy management system 150 includes at least one second power converter 320. In some embodiments, the second power converter 320 may be a DCL power converter configured to convert a first DC voltage to a second, lower DC voltage. The second power converter 320 may receive a voltage from a battery 205 of the energy storage system 200 directly or via the power distribution unit 210 at the first voltage. The second power converter 320 converts (e.g., reduces) the power from the energy storage system 200 from the first voltage to a third voltage (e.g., different from the second voltage provided by the first power converter 305) . The third voltage is less than the first voltage. The third voltage may be less than the second voltage produced by the first power converter (e.g., first power converter 305) .

[0048] For example, the second power converter 320 may receive a voltage of approximately 621.6V from a battery 205 and convert it to approximately 24V (e.g., + / -10%) . The lower voltage can be provided to components of the energy management system 150 such that the components of the energy management system 150 can operate based on power provided by the electrical power system 155, and not power from an external source. For example, the power with the third voltage powers the converter cooling system 310. In some embodiments, the power with the third voltage may power other systems including, for example, the BTMS 220. As such, the converter cooling system 310 or the BTMS 220 may operate on the power provided via the second power converter 320. In some embodiments, the energy management system 150 may include an auxiliary low voltage supply to supply low voltage power to some of these components. For example, the energy management system 150 may include at least one low voltage (e.g., 24V) DC battery. The low voltage DC battery may provide power to the BTMS 220. in some embodiments, the converter cooling system 310 can also maintain a temperature of the second power converter 320 within the target converter temperature range.

[0049] Referring back to FIGS. 1 and 3, in some embodiments, the energy management system 150 may include an interface, shown as human-machine interface ( “HMI” ) 330. The HMI 330 can be an interface between a user and the power supply system 102. The power supply system 102 can receive a user input via the HMI 330. The user input may include control instructions or may improve a self-optimization algorithm of power supply system 102. The HMI 330 may be structured to provide a graphical user interface that displays various information associated with the energy management system 150, the mechanical power system 105, or the vehicle 100, or components thereof. The graphical user interface may update in near real time to provide current information.

[0050] Referring to FIGS. 1, 3, and 5, the energy management system 150 further includes at least one controller, shown as hybrid control unit ( “HCU” ) 500. FIG. 5 depicts a schematic diagram of an HCU 500, according to an example embodiment. The HCU 500 can be structured to monitor and control the components of the energy management system 150. For example, the HCU 500 can receive driver inputs or power demand signals (e.g., pedal inputs, vehicle speeds,  etc. ) . The HCU 500 can use the signal to manage system energy, command torque, and coordinate power supplied by different systems (e.g., the mechanical power system 105 and the electrical power system 155) . The HCU 500 may be structured to distribute the energy required between the mechanical power system 105 and the electrical power system 155 based on, for example, an engine status. For example, the HCU 500 is configured to control a power output by the electrical power system 155 and the mechanical power system 105 based on at least one of a power demand of a vehicle 100, a state of charge of an energy storage system 200, or an engine speed of an engine 110 of the mechanical power system 105. The HCU 500 may receive a user input (e.g., slope and distance) to improve a calibration of the HCU 500 relative to the respective vehicle 100.

[0051] In some embodiments, the HCU 500 may be structured to communicate with various components of the power supply system 102. Communication between and among the components may be via any number of wired or wireless connections. For example, a wired connection may include a serial cable, a fiber optic cable, or any other form of wired connection. In comparison, a wireless connection may include the Internet, Wi-Fi, cellular, radio, etc. In some embodiments, a controller area network (CAN) bus 502 may provide the exchange of signals, information, and / or data. The CAN bus 502 may include any number of wired and wireless connections. In some embodiments, because the HCU 500 is communicably coupled to other components of the power supply system 102, the HCU 500 may be structured to receive data from one or more of the components of the power supply system 102.

[0052] The HCU 500 may operate on power provided by the electrical power system 155. For example, the low voltage power created by the second power converter 320 may power the HCU 500. In some embodiments, the energy management system 150 includes the auxiliary low voltage DC battery. In such embodiments, the HCU 500 may be powered by the low voltage DC battery.

[0053] As shown in FIG. 5, the HCU 500 may include at least one processing circuit 505. The at least one processing circuit 505 is structured or configured to execute or implement the  instructions, commands, and / or control processes described herein. The at least one processing circuit 505 may be embodied as one or more hardware units, such as one or more electronic control units. As such, the at least one processing circuit 505 may be embodied as a one or more circuitry components including, but not limited to, processing circuitry, network interfaces, peripheral devices, input devices, output devices, sensors, etc. In some embodiments, the at least one processing circuit 505 may take the form of one or more analog circuits, electronic circuits (e.g., integrated circuits (IC) , discrete circuits, system on a chip (SOCs) circuits, microcontrollers, etc. ) , telecommunication circuits, hybrid circuits, and any other type of “circuit. ” In this regard, the at least one processing circuit 505 may include any type of components for accomplishing or facilitating achievement of the operations described herein. For example, a circuit as described herein may include one or more transistors, logic gates (e.g., NAND, AND, NOR, OR, XOR, NOT, XNOR, etc. ) , resistors, multiplexers, registers, capacitors, inductors, diodes, wiring, and so on) . The at least one processing circuit 505 may also include or be programmable hardware devices such as field programmable gate arrays, programmable array logic, programmable logic devices or the like. In some hardware unit configurations, the at least one processing circuit 505 may be geographically dispersed throughout separate locations in the vehicle 100. Alternatively, the at least one processing circuit 505 may be embodied in or within a single unit / housing.

[0054] The at least one processing circuit 505 may include one or more processors 506 and one or more memory devices 507. The one or more processors 506 may be implemented as one or more single-or multi-chip processors, digital signal processors (DSPs) , application specific integrated circuits (ASICs) , field programmable gate arrays (FPGAs) , and / or suitable processors (e.g., other programmable logic devices, discrete hardware components, etc. to perform the functions described herein) . The one or more processors 506 may be a microprocessor, a group of processors, etc. The one or more processors 506 also may be implemented as a combination of computing devices, such as a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors in conjunction with a DSP core, or any other such configuration. In some embodiments, the one or more processors 506 may be shared by multiple  circuits. Alternatively or additionally, the one or more processors 506 may be structured to perform or otherwise execute certain operations independent of other processors. In other embodiments, two or more processors may be coupled via a bus to enable independent, parallel, pipelined, or multi-threaded instruction execution. All such variations are intended to fall within the scope of the present disclosure.

[0055] The one or more memory devices 507 (e.g., memory, memory unit, storage device) may include one or more devices (e.g., RAM, ROM, Flash memory, hard disk storage) for storing data and / or computer code for completing or facilitating the various processes, layers and modules described in the present disclosure. For example, the one or more memory devices 507 may include dynamic random-access memory (DRAM) . The one or more memory devices 507 may be communicably connected to the one or more processors 506 to provide computer code or instructions to the one or more processors 506 for executing at least some of the processes described herein. Moreover, the one or more memory devices 507 may be or include tangible, non-transient volatile memory or non-volatile memory. Accordingly, the one or more memory devices 507 may include database components, object code components, script components, or any other type of information structure for supporting the various activities and information structures described herein.

[0056] The HCU 500 may include or be comprised of a system of processing modules. The processing modules may be configured to implement the instructions and / or commands described herein with respect to the processing engines. The processing modules may be or include any device (s) , component (s) , circuit (s) , or other combination of hardware components designed or implemented to receive inputs for and / or automatically generate outputs based on an initial digital representation of an intraoral device. As shown in FIG. 5, in some embodiments, the HCU 500 may include a power manager module 510 and a thermal manager module 515. While these modules 510, 515 are shown in FIG. 5, it is noted that the HCU 500 may include any number of processing engines, including additional modules which may be incorporated into, supplement, or replace one or more of the modules shown in FIG. 5.

[0057] in some embodiments, the processing circuit 505 can communicate with other components of the vehicle 100. For example, the processing circuit 505 can receive a signal indicating a user input from a drive system controller 520 of the vehicle 100. The user input may be an actuation of a pedal or brake of the vehicle 100. The drive system controller 520 may transmit a signal to the processing circuit 505 indicating the power demand based on the user input.

[0058] In some embodiments, the HCU 500 may include at least one power manager module 510. The power manager module 510 may be configured to receive inputs from various components of the power supply system 102 and determine how much power each of the mechanical power system 105 and the electrical power system 155 can or should provide to the vehicle 100, or receive from the vehicle 100. For example, the power supply system 102 may include at least one engine control module 525. The engine control module 525 may monitor and regulate various engine functions to improve performance, efficiency, and emissions. The power manager module 510 can receive a signal from the engine 110 (e.g., a sensor associated with the engine 110) or the engine control module 525 indicating an engine status. The power manager module 510 can communicate with the engine control module 525 to control the engine 110.

[0059] In some embodiments, the power supply system 102 may include at least one converter controller 530. The converter controller 530 may monitor and regulate the first power converter 305. The power manager module 510 can receive a signal from the first power converter 305 (e.g., a sensor associated with the first power converter 305) or the converter controller 530 indicating a DCDC status.

[0060] The power supply system 102 may include at least one battery management unit 535. The battery management unit 535 may monitor and regulate the power distribution unit 210. The power manager module 510 can receive a signal from the power distribution unit 210 or the battery management unit 535 indicating a battery status.

[0061] In some embodiments, based on at least one of the engine status, first power converter status, or battery status, the power manager module 510 can determine how much power each of the mechanical power system 105 and the electrical power system 155 can or should supply to the vehicle 100. Based on the determination, the power manager module 510 can transmit a signal to at least one of the converter controller 530 or the battery management unit 535 to cause the first power converter 305 or the power distribution unit 210 to push power to the vehicle 100 or pull power from the vehicle 100. Based on the power supplied from the electrical power system 155, the engine control module 525 can adjust the power provided by the mechanical power system 105. For example, the motor 135 can pull power from the electrical bus 125. The engine control module 525 can adjust the power output of the engine 110 based on the difference between the power pulled by the motor 135 and the power provided by the electrical power system 155.

[0062] The HCU 500 may include at least one thermal manager module 515. The thermal manager module 515 may be configured to communicate with various components of the power supply system 102 and determine how much cooling or heating is needed. For example, the thermal manager module 515 may receive a signal from a pump or fan (or a sensor thereof) of the converter cooling system 310 indicating a pump or fan status. Based on the status, the thermal manager module 515 can send a signal to the power manager module 510 indicating thermal (e.g., cooling) power consumption. The thermal manager module 515 can transmit a signal to the pump or fan indicating a pump or fan speed demand or request to control the speed of the pump or fan.

[0063] Referring to FIG. 6, a schematic diagram of a control system 600 is shown, according to an example embodiment. The control system 600 may be a controller area network topology ( “CAN” ) of a vehicle 100. In some embodiments, the control system 600 is a CAN of a hybrid mining truck. The control system 600 may include an energy management system 150. The energy management system 150 may include at least one HCU 500. The HCU 500 can integrate the energy management system 150 with the mechanical power system 105 of the vehicle 100. For example, the HCU 500 can be coupled with (e.g., mechanically, electrically, communicably,  etc. ) with the components of the energy management system 150. The second power converter 320 can convert power from the batteries 205 into a lower voltage to power the HCU 500. The HCU 500 can monitor the status of the batteries 205 and the first power converters 305.

[0064] The HCU 500 may be coupled with the control systems of the vehicle 100 (e.g., the drive system controller 520, the engine control module 525, and a vehicle control unit 610) to transfer information or signals. The energy management system 150 may have a low voltage interface 605 to couple the energy management system 150 with the other control systems for easy integration. For example, the low voltage interface 605 couples the HCU 500 with a vehicle control unit 610 or a vehicle100. The low voltage interface 605 may include a key switch signal (e.g., included in a 16-pin connector) , a low voltage battery supply (e.g., included in a 16-pin connector) , a CAN bus port to couple the HCU 500 with the vehicle control unit 610 and the drive system controller 520, and a CAN bus port for service (e.g., included in a 9-pin service port connector) . The HCU 500 may be configured to receive pre-defined vehicle level information via a CAN bus port of the low voltage interface 605 from the vehicle control unit 610. The HCU 500 may use the information to control the key on / off, operating mode, and power of the components of the electrical power system 155. Information regarding the energy management system 150 may be transferred only between the components of the energy management system 150. The HCU 500 may process and aggregate the information from the components of the energy management system to determine a status of the energy management system 150. The HCU 500 may transmit the status to the vehicle control unit or the HMI 330 via the CAN bus of the low voltage interface 605. The HCU 500 can control an operating mode of the energy management system 150 based on the pre-defined vehicle information.

[0065] In some embodiments, the HCU 500 can monitor the status of the engine 110 of the vehicle 100 via a signal received from drive system controller 520, the engine control module 525, or the engine 110 itself (or sensors associated with the engine 110) . The HCU 500 can also be coupled with the drive system controller 520. The HCU 500 may receive signals from the drive system controller 520 indicating at least one of a power demand of the vehicle 100, a vehicle status, and a voltage, among others. The power demand signal may indicate a power  request from a component of the vehicle 100 (e.g., from the motor 135) or an actual power of the component. The HCU 500 may use the power request to calculate power demand. The HCU 500 may use the actual power to monitor energy balance of the vehicle. The vehicle status signal may indicate brake pedal position, mechanical power system 105 fault level, vehicle speed, or brake mode, among others. The HCU 500 may use the vehicle status to determine a hybrid mode of the vehicle 100. The voltage signal may indicate a DC voltage of the electrical bus 125, a DC current of the electrical bus 125 (at a specific location) , a target DC voltage of the alternator system 115, or a DC current output of the alternator system 115, among others. The HCU 500 may use the voltage signal to monitor energy balance of the vehicle.

[0066] The HCU 500 may be coupled with a vehicle control unit 610 of the vehicle 100. The vehicle control unit 610 may manage and coordinate various functions of the vehicle 100 related to vehicle control and performance. The vehicle control unit 610 may be coupled with a vehicle interface 615. The vehicle interface 615 may be a human-machine interface. The vehicle interface 615 may be configured to receive input from a user or provide an output, including a visual or audio output (e.g., a display, flashing lights, siren, etc. ) . The vehicle interface 615 may provide information to a user regarding the control and performance of the vehicle 100 based on signals received from the vehicle control unit 610.

[0067] The HCU 500 may send signals to the vehicle control unit 610. The signal may indicate a state of the energy management system 150. For example, the signal may indicate a battery 205 state-of-charge ( “SOC” ) , whether the SOC is too low or too high, an energy management system 150 or electrical power system 155 fault level, an energy management system 150 or electrical power system 155 fault code, or an energy management system 150 or electrical power system 155 temperature (e.g., a temperature over a threshold temperature) , among others. The vehicle control unit 610 may display the state of the energy management system 150 or the electrical power system 155 to a user via the vehicle interface 615.

[0068] The communication between the HCU 500, the engine control module 525, and the drive system controller 520 may facilitate proper monitoring and control of the vehicle 100 and the  integration between the mechanical power system 105 and the energy management system 150. For example, the communication facilitates determination of a power demand of the vehicle 100 (e.g., of a drive system of the vehicle 100) . The power demand may be based on at least one of a motor 135 power, a pedal position (accelerator or brake) , or an engine target speed. The communication may facilitate identification of a state of the power supply system 102. For example, the power supply system 102 may be in a propulsion state, an idle state, or a brake state. In the propulsion state, the engine 110 may work with a generator or alternator system 115 to provide electrical power to the motor 135. In the idle state, there may be no electrical power from the engine 110 and the alternator system 115. In the brake state, the motor 135 may generate electrical power which may be consumed by the retarder grid 140. The communication may facilitate monitoring and diagnosing faults of the power supply system 102. For example, the faults may be directed to the energy management system 150 (e.g., a battery 205 status) or the mechanical power system 105 (e.g., the engine 110) .

[0069] As an example of the communication between the HCU 500, the engine control module 525, and the drive system controller 520, during propulsion, a user (e.g., the driver) may press on an accelerator pedal of the vehicle 100. The drive system controller 520 may send a torque or power command signal to a traction motor (e.g., motor 135) . At substantially the same time, the drive system controller 520 they send a voltage target command signal to the alternator system 115. At substantially the same time, the drive system controller 520 may send a frequency throttle signal to the engine control module 525 as an engine speed command signal. At substantially the same time, the drive system controller 520 may send a speed command signal to a cooling motor. At substantially the same time, the HCU 500 they receive the traction motor command and cooling motor command and decide how much power the energy management system 150 will provide. The motor may cool current from the Electrical bus 125. The first power converter 305 may pull current from the battery 205 to the electrical bus 125. The alternator system 115 may increase or decrease the current to the electrical bus 125. The engine 110 may increase or decrease fuel injection to maintain the engine speed.

[0070] As another example, during breaking, a user may press on a brake pedal of the vehicle 100. The drive system controller 520 may send torque or power command signal to a traction motor. The same time, the drive system controller 520 may send a voltage target command signal to the alternator system 115. At substantially the same time, the drive system controller 520 may send a frequency throttle signal to the engine control module 525 add an engine speed command signal. At substantially the same time, the drive system controller 520 may send a speed command signal to a cooling motor. At substantially the same time, the HCU 500 may receive the traction motor command signal and the cooling motor command signal and decide how much energy will be recovered into the battery 205. An inverter generates current into the electrical bus 125. The first power converter 305 pulls the current from the electrical bus 125 to the battery 205. The engine 110 may increase or decrease fuel injection to maintain the engine speed.

[0071] Referring to FIG. 7, an example vehicle 100 is shown, according to an example embodiment. The vehicle 100 may be a mining vehicle. The vehicle 100 may include at least one power supply system 102. For example, the vehicle 100 may include a mechanical power system 105 and an energy management system 150. The energy management system 150 may include an electrical power system 155.

[0072] The vehicle 100 may include at least one voltage transfer system 300 and at least one energy storage system 200. In some embodiments, the vehicle 100 includes a plurality of energy storage systems 200. For example, the vehicle 100 may have a first energy storage system 200 and a second energy storage system 200. The first energy storage system 200 may be disposed away from the second energy storage system 200. The voltage transfer system 300 may be separate from the energy storage system 200. The voltage transfer system 300 and the energy storage system 200 may be preinstalled on support structures. For example, the systems 200, 300 may be installed on a trolley or other support structure to simplify installation of the systems 200, 300 on the vehicle 100. The voltage transfer system 300 and the energy storage system 200 can each be modular systems such that the full system can be installed as a single unit. In some embodiments, the vehicle 100 includes one voltage transfer system 300 and two energy storage  systems 200. The voltage transfer system 300 may be coupled with both energy storage systems 200 via a high voltage cable and a low voltage harness. The energy storage system 200 may be enclosed in a housing. The voltage transfer system 300, or at least a portion thereof (e.g., the first power converter 305) may be exposed and not enclosed in a housing.

[0073] Example HCU Functionality

[0074] Referring back to FIGS. 1, 5, and 6, in some embodiments, the interface between the preexisting control system of the mechanical power system 105 and the energy management system 150 (e.g., the interface between the HCU 500, the engine control module 525, and the vehicle control unit 610) can provide automatic on / off capabilities for the electrical power system, identification of drive power demand from the vehicle 100, identification of regeneration opportunities, and detection and handling of faults. The HCU 500 can determine when to turn the electrical power system 155 on. For example, the HCU 500 may monitor the voltage of the electrical bus 125 of the mechanical power system 105. When the vehicle 100 is powered on, the mechanical power system 105 can provide power to the electrical bus 125. The HCU 500 can detect when the voltage of the electrical bus 125 reaches a threshold voltage, which may indicate the vehicle 100 has been turned on. The HCU 500 can initiate an on-sequence for the energy management system 150, including the electrical power system 155 based on the voltage of the electrical bus 125 reaching the threshold voltage. Upon completion of the on-sequence, the HCU 500 may display a status of the vehicle 100, the energy management system 150, the electrical power system 155, or the mechanical power system 105 on the HMI 330.

[0075] In some embodiments, the HCU 500 can determine when to turn the electrical power system 155 off. For example, the HCU 500 may receive a signal indicating the vehicle 100 is turned off. A time delay relay may in integrated in the signal to the engine control module 525 to delay the shutdown of the mechanical power system 105 such that the electrical power system 155 can power down first. When the voltage of the electrical bus 125 is lower than the voltage of the energy storage system 200, current may flow to the electrical bus 125 from the energy storage system 200 through the first power converter 305 automatically. The time delay relay  may cause a delay in the shutdown of the mechanical power system to prevent the current from the electrical bus 125 from automatically flowing to the electrical bus 125 upon shutdown of a vehicle 100 and the power supply system 102.

[0076] In some embodiments, the HCU 500 can determine a drive power demand of a vehicle 100. For example, when the vehicle 100 is in a propulsion mode, the HCU 500 may receive signals indicating information regarding use of the accelerator pedal, vehicle speed, or the actual drive system power. The HCU 500 may use such information to determine the drive power demand.

[0077] In some embodiments, the HCU 500 can determine a regenerative braking demand for a vehicle 100. For example, when the vehicle 100 is in a braking mode, the HCU 500 may receive signals indicating information regarding use of the brake pedal, vehicle speed, or the actual drive system regenerative braking power feedback. The HCU 500 may use such information to determine the regenerative braking demand.

[0078] In some embodiments, the HCU 500 can determine various levels of faults of the power supply system 102. The HCU 500 can utilize the communication with the engine control module 525 and the vehicle control unit 610 for responding to the faults. For example, the HCU 500 may store various data relating to thresholds or acceptable ranges of temperatures, voltages, speeds, times, or efficiencies, among others, that relate to the components and systems of the power supply system 102. The HCU 500 may identify a fault in the power supply system 102 when the HCU 500 detects or receives a signal indicating a value is outside of the acceptable range or that exceeds the threshold. The HCU 500 may determine a severity or level of the fault. For example, the severity may be based on the amount the value exceeds the range, the duration of which the value exceeds the range, or the specific characteristic that exceeds the range (e.g., higher severity for a voltage threshold breach than a temperature threshold breach) , among others.

[0079] In some embodiments, the HCU 500 may differentiate faults between various levels. For example, the fault may be a level 1, 2, 3, or 4 fault. The HCU 500 may provide a response based  on the level of fault. For example, for a level 1 fault, the HCU 500 may display a warning on the HMI 330. For a level 2 fault, the HCU 500 may display a warning on the HMI 330, derate the electrical power system 155, and display a percentage of derate. For a level 3 fault, the HCU 500 may display a warning on the HMI 330 and shut off the electrical power system 155 (e.g., stop providing HV power to the mechanical power system 105) . For a level 4 fault, the HCU 500 may display a warning on the HMI 330, shut off the electrical power system 155, and shut down the mechanical power system 105 (e.g., cause the vehicle 100 to stop) .

[0080] Example Converter Cooling System

[0081] Referring to FIG. 8, a schematic diagram of the voltage transfer system 300 is shown, according to an example embodiment. The vehicle 100 may include the voltage transfer system 300. The voltage transfer system 300 may include a converter cooling system 310. The converter cooling system 310 can be configured to control a temperature of the first power converter 305 or the second power converter 320 of the voltage transfer system 300. The converter cooling system 310 can operate on power from the electrical power system 155 of the vehicle 100. For example, the converter cooling system 310 can operate on power from the second power converter 320.

[0082] The converter cooling system 310 may include at least one pump 315. The pump 315 may be an electric pump. For example, the pump 315 may operate on power provided by the second power converter 320. The pump 315 may be controllable by a controller (e.g., HCU 500) . For example, the HCU 500 may be configured to vary a speed of the pump 315. The converter cooling system 310 may include at least one fan 805. The fan 805 may be an electric fan. For example, the fan 805 may operate on power provided by the second power converter 320. The fan 805 may be controllable by a controller (e.g., HCU 500) . For example, the HCU 500 may be configured to vary a speed of the fan 805. The variable speed of the pump 315 and the fan 805 can facilitate cooling of the first power converter 305 or the second power converter 320 for a variety of temperature and flow requirements, especially with other electrical components. For example, other electrical components may generate various amounts of heat based on demand.  The HCU 500 can control the speed of the pump 315 and the fan 805 independently based on the amount of cooling required.

[0083] The converter cooling system 310 may include at least one tank 810. The tank 810 may store a fluid (e.g., a coolant) to absorb heat from the first power converter 305 and second power converter 320. The converter cooling system 310 may include at least one heat exchanger 815. The pump 315, tank 810, and the heat exchanger 815 can be fluidly coupled via a fluid conduit 820. The pump 315 can drive fluid from the tank 810 through the fluid conduit 820 to the first power converter 305 and second power converter 320 and then to the heat exchanger 815.

[0084] The converter cooling system 310 may include at least one fan 805. The fan 805 can be configured to pull or push air across the heat exchanger 815 to facilitate heat transfer between the surrounding air and the fluid from the tank 810. In some embodiments, the HCU 500 can also control a direction of the fan 805. For example, the HCU 500 can cause the fan 805 to rotate in a first direction and a second direction. The first direction can be an inverted direction to blow dust off of the heat exchanger 815 to prevent degradation caused by dust, which may be more prevalent in mining applications. The second direction can be opposite the first direction to facilitate the cooling. Blowing in the first direction also prevent the fan 805 from pulling the dust toward itself to prevent the fan 805 from getting coated in dust.

[0085] The converter cooling system 310 may include at least one sensor. For example, the converter cooling system 310 may have a first sensor, shown as temperature sensor 825. The temperature sensor 825 can sense a temperature of the fluid flowing through the fluid conduit 820. The converter cooling system 310 may include a plurality of temperature sensors 825. For example, a first temperature sensor 825 may be disposed at an outlet of the pump 315. A second temperature sensor 825 may be disposed between the first power converter 305 or second power converter 320 and the heat exchanger 815. The converter cooling system 310 may have a second sensor, shown as pressure sensor 830. The pressure sensor 830 can sense a fluid pressure. Based on the fluid pressure and temperature, the HCU 500 can change the speed of at least one of the fan 805 or pump 315. The HCU 500 can determine the speed of the fan 805 and the pump 315 to  reduce power consumption while maintaining sufficient cooling of the first power converter 305 and the second power converter 320 to keep the first power converter 305 and second power converter 320 within a predetermined temperature range.

[0086] Referring to FIG. 9, a method 900 for cooling a first power converter 305 is shown, according to an example embodiment. Method 900 may include detecting a temperature (step 905) . For example, the HCU 500 may receive a signal from a sensor associated with the first power converter 305 indicating a temperature. The HCU 500 can determine whether the temperature meets or exceeds a threshold temperature.

[0087] Method 900 may include running a fan 805 in a first direction (step 910) . For example, based on the temperature meeting or exceeding the threshold temperature, the HCU 500 can initiate a cooling cycle by activating a fan 805. At step 910, the HCU 500 can generate a signal to cause the fan 805 to run in a first direction. The first direction can blow air across the heat exchanger 815 in a first direction to blow dust or other particle off of the heat exchanger to improve heat transfer and reduce or delay degradation. The HCU 500 can run the fan 805 in the first direction for a predetermined period of time. For example, the HCU 500 may run the fan 805 in the first direction for approximately 10 seconds.

[0088] Method 900 may include running the fan 805 in a second direction (step 915) . After blowing the particle off of the heat exchanger, the HCU 500 can cause the fan 805 to rotate in a second direction, opposite the first direction. At step 915, the HCU 500 can generate a signal to cause the fan 805 to run in the second direction. The second direction can pull air across the heat exchanger 815 to facilitate cooling. The HCU 500 can wait a predetermined amount of time between running the fan 805 in the first direction before running the fan 805 in the second direction. For example, the HCU 500 can wait for approximately 2 seconds after stopping the fan 805 from running in the first direction before running the fan 805 in the second direction. The HCU 500 can start the fan 805 at a predetermined speed (e.g., 20%of fan speed) .

[0089] Method 900 may include actuating the pump 315 (step 920) . The HCU 500 may start running the pump 315 at a predetermined speed (e.g., 20%pump speed) . Method 900 may include adjusting at least one of the fan speed and the pump speed (step 925) . The HCU 500 may adjust the fan speed or the pump speed based on the fluid pressure or temperature, or the temperature of the first power converter 305.

[0090] Example Energy Management Strategy

[0091] Referring to FIG. 10, a flow diagram depicting a method 1000 of managing energy distribution is shown, according to an example embodiment. Method 1000 may include receiving an input (step 1025) . The input may indicate at least one of a power demand of a vehicle 100 (e.g., a mining truck) , a state-of-charge ( “SOC” ) of a battery 205, or a state of an engine 110 of the vehicle 100. For example, the input may indicate a motor power, an actuation of an accelerator or brake pedal, a battery SOC, or an engine speed or efficiency. The HCU 500 is configured to receive the input.

[0092] Method 1000 may include determining a mode of operation of the vehicle 100 or the power supply system 102 based on the input received (step 1010) . The mode of operation may be one of a plurality of modes. The modes may include, for example, an alternator direct drive mode, a battery assist drive mode, a battery charge drive mode, or a regenerative braking mode. The alternator direct drive mode may include no hybrid function. For example, all of the power provided to the vehicle 100 may be from the mechanical power system 105. The HCU 500 may determine to operate the vehicle 100 in the alternator direct drive mode when the power demanded by the vehicle 100 is in the most efficient region of the engine 110, and the SOC of the battery 205 is within an acceptable range. The battery assist drive mode may include the first power converter 305 pulling power from the battery 205 to add to the power from the alternator system 115 to drive the vehicle 100 (e.g., to drive the motor 135) . The HCU 500 may determine to operate the vehicle 100 in the battery assist drive mode when the power demand is close to or exceeds a max power of the engine 110 and the SOC of the battery 205 is in acceptable range.

[0093] The battery charge drive mode may include the first power converter 305 pulling power from the electrical bus 125 to charge the battery 205. For example, the alternator system 115 may be providing power to the motor 135 of the vehicle 100 and to the battery 205 to charge the battery 205. The HCU 500 may determine to operate the vehicle 100 in the battery charge drive mode when the SOC of the battery 205 is low and the power demand is relatively low. The regenerative braking mode may include the first power converter 305 pulling power from the electrical bus 125 to the battery 205 while the vehicle 100 is braking. HCU 500 may determine to operate the vehicle 100 in the regenerative braking mode when the HCU 500 detects the vehicle 100 is braking and the SOC of the battery is in a predetermined range. The HCU 500 may determine the vehicle 100 is braking by detecting the brake pedal is pressed or the power demand of the motor 135 is zero or negative.

[0094] At step 1010, the HCU may also detect a fault. The fault may be with the energy management system 150. The fault may be based on the input received exceeding a predetermined threshold or range. The HCU 500 may determine a level of the fault based on the input exceeding the predetermined threshold or range. In some embodiments,

[0095] Method 1000 may include allocating system power (step 1015) . Allocating system power may include determining how much power each system (e.g., the electrical power system 155 and the mechanical power system 105) should provide to the vehicle 100. The HCU 500 may allocate the system power based on the input received. For example, the input may indicate a power demand of the vehicle 100 and a SOC of the energy storage system 200. Based on said input, the HCU 500 may compare the power demand with a power range and determine the power demand is within the power range. The HCU 500 may compare the SOC of the energy storage system 200 with a charge range and determine the SOC is within the charge range. The HCU 500 may determine, based on the power demand being within the power range and the state of charge being within the charge range, the mode of operation is the alternator direct drive mode.

[0096] In some embodiments, the HCU 500 may compare the power demand with a power threshold and determine the power demand exceeds the power threshold. The HCU 500 may compare the SOC of the battery system with a charge range and determine the SOC is within the charge range. The HCU 500 may determine, based on the power demand exceeding the power threshold and the SOC being within the charge range, the mode of operation is the battery assist drive mode.

[0097] In some embodiments, the HCU 500 may compare the power demand with a power threshold and determine the power demand is below the power threshold. The HCU 500 may compare the SOC of the battery system with a charge threshold and determine the SOC is below charge threshold. The HCU 500 may determine, based on the power demand being lower than the power threshold and the SOC being below the charge threshold, the mode of operation is the battery charge drive mode.

[0098] In some embodiments, the HCU 500 may identify a negative or zero power demand. The HCU 500 may compare the SOC of the battery system with a charge range and determine the SOC is within the charge range. The HCU 500 may determine, based on the power demand being negative or zero and the SOC being within the charge range, the mode of operation is the regenerative braking mode.

[0099] In some embodiments, the input may indicate an engine speed of an engine 110 of the vehicle 100. The HCU 500 may determine a torque of the engine 110 of the mechanical power system 105 based on the engine speed. The HCU 500 may compare the torque with a torque range and determine the torque is outside the torque range.

[0100] To allocate the power between the electrical power system 155 and the mechanical power system 105, the HCU 500 may base the allocation on at least one of an electrical power system 155 limit, a mechanical power system 105 limit, or a power converter 305, 320. A power allocation may not exceed a limit of any of the systems.

[0101] Method 1000 may include generating a control signal (step 1020) . For example, based on the allocation of the power, the HCU 500 may generate a control signal to cause the electrical power system 155 to adjust the amount of power being provided to the mechanical power system 105. For example, in the alternator direct drive mode, the HCU 500 may generate a control signal to prevent the electrical power system 155 from providing power to the vehicle 100. In the battery assist drive mode, the HCU 500 may generate a control signal to cause the electrical power system 155 and the mechanical power system 105 to each provide a designated amount of power to the vehicle 100. In the battery charge drive mode, the HCU 500 may generate a control signal to cause the electrical power system 155 to draw power from the mechanical power system 105 to charge the energy storage system 200. In the regenerative braking mode, the HCU 500 may generate a control signal to cause the electrical power system 155 to pull power from the electrical bus 125 into the energy storage system 200. With a torque of the engine 110 being outside a torque range, the HCU 500 may generate a control signal to cause the electrical power system 155 to provide power to the vehicle 100 to return the torque of the engine to within the torque range. For example, the control signal may cause the electrical power system 155 to provide more power to the electrical bus 125. As such, the speed and torque of the engine 110 can be reduced to reduce the amount of power provided by the alternator system 115 to the electrical bus 125.

[0102] In some embodiments, if a fault is detected at step 1010, the HCU 500 may generate a control signal based on a level of the fault. For example, the control signal may cause at least one of a warning to be displayed on an HMI 330, the electrical power system 155 to derate, a percentage of derate to display on the HMI 330, the electrical power system 155 to shut down, or the mechanical power system 105 to shut down.

[0103] Method 1000 may include adjusting a power output (step 1025) . For example, as stated above, the control signals can cause the electrical power system 155 and the mechanical power system 105 to adjust the power output by each system 105, 155. For example, the control signal may cause the electrical power system 155 to increase the power output, and therefore reduce the output of the mechanical power system 105, or vice versa.

[0104] Method 1000 may be an iterative and constant process such that the modes of operation and the power outputs of the systems 105, 155 may be automatically changing based on the changing conditions of the vehicle 100.

[0105] Example HMI

[0106] Referring to FIG. 11, a HMI 330 is shown, according to an example embodiment. The HMI 330 may display information relating to the energy management system 150. For example, the HMI 330 may display the operating mode (e.g., alternator direct drive, battery assist drive, battery charge drive, regenerative braking) , the SOC of the battery 205, the power of the battery 205, a temperature (e.g., peak temperature) of the battery 205, and accumulated regenerated power. The HMI may also include at least one interaction point. The interaction point may be selectable by a user. A first interaction point may be a stationary charging button 1105. For example, selection of the stationary charging button 1105 may initiate charging of the battery 205 while the vehicle 100 is stationary. The HMI 330 may display a second interaction point, shown as fault code bar 1110. The fault code bar 1110 may display details regarding a fault detected. The fault code bar 1110 may be automatically updated upon detection of a fault. In some embodiments, the HMI 330 may include an area for a user to manually enter a fault.

[0107] As utilized herein, the terms “approximately, ” “about, ” “substantially” , and similar terms are intended to have a broad meaning in harmony with the common and accepted usage by those of ordinary skill in the art to which the subject matter of this disclosure pertains. For example, “approximately equal to, ” “about equal to, ” and “substantially equal to” may have the meaning of being within a predefined amount or percentage value of the mentioned value. The predefined amount or the percentage value of the threshold may change based on various conditions, whereby the predefined amount or the percentage value of the threshold is set at a first value in a first set of operating conditions and a second value in a second set of operating conditions different from the first set of operating conditions. It should be understood by those of skill in the art who review this disclosure that these terms are intended to allow a description of certain features described and claimed without restricting the scope of these features to the  precise numerical ranges provided. Accordingly, these terms should be interpreted as indicating that insubstantial or inconsequential modifications or alterations of the subject matter described and claimed are considered to be within the scope of the disclosure as recited in the appended claims.

[0108] It should be noted that the term “exemplary” and variations thereof, as used herein to describe various embodiments, are intended to indicate that such embodiments are possible examples, representations, or illustrations of possible embodiments (and such terms are not intended to connote that such embodiments are necessarily extraordinary or superlative examples) .

[0109] The term “coupled” and variations thereof, as used herein, means the joining of two members directly or indirectly to one another. Such joining may be stationary (e.g., permanent or fixed) or moveable (e.g., removable or releasable) . Such joining may be achieved with the two members coupled directly to each other, with the two members coupled to each other using one or more separate intervening members, or with the two members coupled to each other using an intervening member that is integrally formed as a single unitary body with one of the two members. If “coupled” or variations thereof are modified by an additional term (e.g., directly coupled) , the generic definition of “coupled” provided above is modified by the plain language meaning of the additional term (e.g., “directly coupled” means the joining of two members without any separate intervening member) , resulting in a narrower definition than the generic definition of “coupled” provided above. Such coupling may be mechanical, electrical, or fluidic. For example, circuit A communicably “coupled” to circuit B may signify that the circuit A communicates directly with circuit B (i.e., no intermediary) or communicates indirectly with circuit B (e.g., through one or more intermediaries) .

[0110] References herein to the positions of elements (e.g., “top, ” “bottom, ” “above, ” “below” ) are merely used to describe the orientation of various elements in the FIGURES. It should be noted that the orientation of various elements may differ according to other exemplary embodiments, and that such variations are intended to be encompassed by the present disclosure.

[0111] It should be understood that the controller 164 may include any number of circuits for completing the functions described herein. Additional circuits with additional functionality may also be included. Further, the controller 164 may further control other activity beyond the scope of the present disclosure. In one configuration, the “circuits” may be implemented in machine-readable medium for execution by various types of processors, such as the processor 168. Executable code may, for instance, comprise one or more physical or logical blocks of computer instructions, which may, for instance, be organized as an object, procedure, or function. Nevertheless, the executables need not be physically located together, but may comprise disparate instructions stored in different locations which, when joined logically together, comprise the circuit and achieve the stated purpose for the circuit. Indeed, a circuit of computer readable program code may be a single instruction, or many instructions, and may even be distributed over several different code segments, among different programs, and across several memory devices. Similarly, operational data may be identified and illustrated herein within circuits, and may be embodied in any suitable form and organized within any suitable type of data structure. The operational data may be collected as a single data set, or may be distributed over different locations including over different storage devices, and may exist, at least partially, merely as electronic signals on a system or network.

[0112] While the term “processor” is briefly defined above, the term “processor” and “processing circuit” are meant to be broadly interpreted. In this regard and as mentioned above, the “processor” may be implemented as one or more processors, application specific integrated circuits (ASICs) , field programmable gate arrays (FPGAs) , digital signal processors (DSPs) , or other suitable electronic data processing components structured to execute instructions provided by memory. The one or more processors may take the form of a single core processor, multi-core processor (e.g., a dual core processor, triple core processor, quad core processor, etc. ) , microprocessor, etc. In some embodiments, the one or more processors may be external to the apparatus, for example the one or more processors may be a remote processor (e.g., a cloud-based processor) . Alternatively or additionally, the one or more processors may be internal and / or local to the apparatus. In this regard, a given circuit or components thereof may be  disposed locally (e.g., as part of a local computing system such as the controller, etc. ) or remotely (e.g., as part of a remote server such as a cloud-based server) . To that end, components may be distributed across one or more locations.

[0113] Embodiments within the scope of the present disclosure include program products comprising computer or machine-readable media for carrying or having computer or machine-executable instructions or data structures stored thereon. Such machine-readable media can be any available media that can be accessed by a computer. The computer readable medium may be a tangible computer readable storage medium storing the computer readable program code. The computer readable storage medium may be, for example, but not limited to, an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared, holographic, micromechanical, or semiconductor system, apparatus, or device, or any suitable combination of the foregoing. More specific examples of the computer readable medium may include but are not limited to a portable computer diskette, a hard disk, a random access memory (RAM) , a read-only memory (ROM) , an erasable programmable read-only memory (EPROM or Flash memory) , a portable compact disc read-only memory (CD-ROM) , a digital versatile disc (DVD) , an optical storage device, a magnetic storage device, a holographic storage medium, a micromechanical storage device, or any suitable combination of the foregoing. In the context of this document, a computer readable storage medium may be any tangible medium that can contain, and / or store computer readable program code for use by and / or in connection with an instruction execution system, apparatus, or device. Machine-executable instructions include, for example, instructions and data which cause a computer or processing machine to perform a certain function or group of functions.

[0114] The computer readable medium may also be a computer readable signal medium. A computer readable signal medium may include a propagated data signal with computer readable program code embodied therein, for example, in baseband or as part of a carrier wave. Such a propagated signal may take any of a variety of forms, including, but not limited to, electrical, electro-magnetic, magnetic, optical, or any suitable combination thereof. A computer readable signal medium may be any computer readable medium that is not a computer readable storage medium and that can communicate, propagate, or transport computer readable program  code for use by or in connection with an instruction execution system, apparatus, or device. Computer readable program code embodied on a computer readable signal medium may be transmitted using any appropriate medium, including but not limited to wireless, wireline, optical fiber cable, Radio Frequency (RF) , or the like, or any suitable combination of the foregoing.

[0115] In one embodiment, the computer readable medium may comprise a combination of one or more computer readable storage mediums and one or more computer readable signal mediums. For example, computer readable program code may be both propagated as an electro-magnetic signal through a fiber optic cable for execution by a processor and stored on RAM storage device for execution by the processor.

[0116] Computer readable program code for carrying out operations for aspects of the present disclosure may be written in any combination of one or more other programming languages, including an object-oriented programming language such as Java, Smalltalk, C++ or the like and conventional procedural programming languages, such as the "C" programming language or similar programming languages. The computer readable program code may execute entirely on the user's computer, partly on the user's computer, as a stand-alone computer-readable package, partly on the user's computer and partly on a remote computer or entirely on the remote computer or server. In the latter scenario, the remote computer may be connected to the user's computer through any type of network, including a local area network (LAN) or a wide area network (WAN) , or the connection may be made to an external computer (for example, through the Internet using an Internet Service Provider) .

[0117] The program code may also be stored in a computer readable medium that can direct a computer, other programmable data processing apparatus, or other devices to function in a particular manner, such that the instructions stored in the computer readable medium produce an article of manufacture including instructions which implement the function / act specified in the schematic flowchart diagrams and / or schematic block diagrams block or blocks.

[0118] Although the figures and description may illustrate a specific order of method steps, the order of such steps may differ from what is depicted and described, unless specified differently above. Also, two or more steps may be performed concurrently or with partial concurrence, unless specified differently above. Such variation may depend, for example, on the software and hardware systems chosen and on designer choice. All such variations are within the scope of the disclosure. Likewise, software implementations of the described methods could be accomplished with standard programming techniques with rule-based logic and other logic to accomplish the various connection steps, processing steps, comparison steps, and decision steps.

[0119] It is important to note that the construction and arrangement of the apparatus and system as shown in the various exemplary embodiments is illustrative only. Additionally, any element disclosed in one embodiment may be incorporated or utilized with any other embodiment disclosed herein.

Claims

1.An energy management system for a mining truck, the energy management system comprising:an electrical power system configured to supplement a mechanical power system of the mining truck, the electrical power system comprising:an energy storage system to provide power at a first voltage; anda voltage transfer system to receive the power at the first voltage from the energy storage system, the voltage transfer system comprising:a first power converter to convert the power from the energy storage system from the first voltage to a second voltage, the second voltage greater than the first voltage, the second voltage to power the mining truck;a converter cooling system to maintain a temperature of the first power converter within a converter temperature range; anda second power converter to convert the power from the energy storage system from the first voltage to a third voltage, the third voltage less than the first voltage, the power with the third voltage to power the converter cooling system;a power conduit electrically coupling the electrical power system with the mechanical power system, the power with the second voltage to transfer to the mining truck via the power conduit; anda hybrid control unit configured to control a power output by the electrical power system and the mechanical power system based on at least one of a power demand of the mining truck, a state of charge of the energy storage system, or an engine speed.2.The energy management system of claim 1, wherein the hybrid control unit is further configured to:detect a fault associated with the energy management system;determine a level of the fault based on a predetermined threshold; andgenerate a control signal based on the level of the fault, wherein the control signal causes at least one of the electrical power system or the mechanical power system to shut down.3.The energy management system of claim 1, further comprising a low voltage interface to couple the hybrid control unit with a vehicle control unit of the mining truck, the hybrid control unit configured to:receive pre-defined vehicle information from the vehicle control unit via the low voltage interface; andcontrol an operating mode of the energy management system based on the pre-defined vehicle information.4.The energy management system of claim 3, wherein the hybrid control unit is further configured to:aggregate information from components of the energy management system to determine a status of the energy management system; andtransmit the status of the energy management system to the vehicle control unit of the mining truck via the low voltage interface.5.The energy management system of claim 1, wherein the hybrid control unit is further configured to:receive an input indicating the power demand of the mining truck and the state of charge of the energy storage system;compare the power demand with a power range and determine the power demand is within the power range;compare the state of charge of the energy storage system with a charge range and determine the state of charge is within the charge range;determine, based on the power demand being within the power range and the state of charge being within the charge range, a mode of operation for the energy management system, the mode of operation comprising an alternator direct drive mode; andgenerate a control signal to prevent the electrical power system from providing power to the mining truck.6.The energy management system of claim 1, wherein the hybrid control unit is further configured to:receive an input indicating the power demand of the mining truck and the state of charge of the energy storage system;compare the power demand with a power threshold and determine the power demand exceeds the power threshold;compare the state of charge of the energy storage system with a charge range and determine the state of charge is within the charge range;determine, based on the power demand exceeding the power threshold and the state of charge being within the charge range, a mode of operation for the energy management system, the mode of operation comprising a battery assist drive mode; andgenerate a control signal to cause the electrical power system and the mechanical power system to provide power to the mining truck.7.The energy management system of claim 1, wherein the hybrid control unit is further configured to:receive an input indicating the power demand of the mining truck and the state of charge of the energy storage system;compare the power demand with a power threshold and determine the power demand is below the power threshold;compare the state of charge of the energy storage system with a charge threshold and determine the state of charge is below the charge threshold;determine, based on the power demand being lower than the power threshold and the state of charge being below the charge threshold, a mode of operation for the energy management system, the mode of operation comprising a battery charge drive mode; andgenerate a control signal to cause the electrical power system to draw power from the mechanical power system to charge the energy storage system.8.The energy management system of claim 1, wherein the hybrid control unit is further configured to:receive an input indicating the power demand of the mining truck and the state of charge of the energy storage system;identify the power demand is negative or zero;compare the state of charge of the energy storage system with a charge range and determine the state of charge is within the charge range;determine, based on the power demand being negative or zero and the state of charge being within the charge range, a mode of operation for the energy management system, the mode of operation comprising a regenerative braking mode; andgenerate a control signal to cause the electrical power system to pull power from a high voltage bus into the energy storage system of the electrical power system.9.The energy management system of claim 1, wherein the hybrid control unit is configured to:monitor a voltage of an electrical bus of the mechanical power system;detect when the voltage of the electrical bus reaches a threshold voltage; andinitiate an on-sequence for the energy management system based on the voltage of the electrical bus reaching the threshold voltage.10.The energy management system of claim 1, wherein the hybrid control unit is configured to:receive an input, the input comprising information associated with the at least one of the power demand of the mining truck, the state of charge of the energy storage system, or the engine speed;determine a mode of operation of the mining truck based on the input;allocate system power between the mechanical power system and the electrical power system based on the mode of operation and the power demand of the mining truck; andgenerate a control signal to cause the mechanical power system and the electrical power system to provide power based on the power allocated between the mechanical power system and the electrical power system.11.The energy management system of claim 1, wherein the hybrid control unit is further configured to:receive an input indicating the engine speed of an engine of the mining truck;determine a torque of the engine based on the engine speed;compare the torque with a torque range and determine the torque is outside the torque range; andgenerate a control signal to cause the electrical power system to provide power to the mining truck to return the torque of the engine to within the torque range.12.A vehicle comprising the energy management system of any one of claims 1 to 11.

Images