CN108337882B - 具有向驱动单元供电的电池模块的集装箱运输车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于集装箱的运输车辆(1)，尤其是用于ISO集装箱的地面无人驾驶的重型运输车辆(1)，其具有用于接收至少一个待运输集装箱的平台(5)，在集装箱被放置在平台(5)上时，所述平台由用于引导所述集装箱的引导元件(5a)限定，还具有驱动单元和用于给所述驱动单元供应电力的电池模块(7)。所述电池模块(7)具有支承框架(7b)和电池(7a)。本发明的目的是改良对应的运输车辆(1)。这通过将电池(7a)设计成锂离子电池，以及将至少一个空调装置(7d)和电池(7a)一起布置在支持框架(7b)中而实现。

Description

具有向驱动单元供电的电池模块的集装箱运输车辆
技术领域
本发明涉及一种用于集装箱的运输车辆，尤其是用于ISO标准化集装箱(ISOcontainer)的地面无人驾驶的重型运输车辆，其具有用于接收至少一个待运输集装箱的平台，在集装箱被放置在平台上时所述平台由用于引导所述集装箱的引导元件限定，还具有驱动单元和用于给所述驱动单元供应电能的电池模块，其中电池模块包括支承框架和电池。
背景技术
从欧洲专利EP 2 440 431 B1已知用于集装箱的运输车辆。所述运输车辆设计成用于ISO标准化集装箱的地面无人驾驶的重型运输车辆，并具有电动驱动单元，所述单元通过运输车辆所携带的电池而向其供应电能。电池可释放地连接至运输车辆，以便电池以横向于运输车辆的纵向方向的方式移出运输车辆，使得它可以在运输车辆外部充电，并可以在被完全充电后移入运输车辆中。电池设计成大致立方形的铅电池，重量在6吨至10吨之间。运输车辆的允许总重量至少为40吨，设计为带两个前轮和两个后轮的四轮车。前轮可被第一电动马达驱动而后轮可被第二电动马达驱动。用于电池的安装空间在运输车辆的向下方向和两侧面开口，设置在前轮和后轮之间。支承轨道设置在安装空间中并横向于运输车辆的纵向方向延伸，电池经由横向突出的轴承元件而被支承在该轨道上。定心元件布置在轴承元件和支承轨道的区域中，并且在电池移动到安装空间中并且将电池降低到支承轨道上的期间相对于支承轨道定向轴承元件。电接触元件也设置在电池上,而与电接触元件相配对的电反接触元件设置在支承轨道的区域中,所述元件可以在电池降低至支承轨道上时自动地连接。
从德国公开专利文件DE 10 2012 108 768 A1可知一种具有电池电动拖车的形式的集装箱运输车辆。所述拖车由此具有由其携带的电池供电的电动驱动单元。设计成例如是锂离子电池的电池出于充电目的以可释放的方式连接至拖车，以便能够在拖车外部进行充电。此外，拖车包括电池管理系统，借助于该电池管理系统，充电时间可以被优化或者电池可以被空调冷却。
德国公开专利文件DE 10 2011 109 024 A1公开了具有电动驱动的多功能车的电动驱动模块。所述驱动模块包括锂离子电池和冷却系统。
从德国公开专利文件DE 10 2008 059 968 A1已知一种包括锂离子电池的机动车辆。电池的内部与机动车辆的空调系统的冷却剂回路相连。在这种情况下，管线穿过电池内部并可以在内部打开以将冷却剂排入内部。从文件DE 10 2014 204 263 A1也可已知一种类似的将车辆的空调系统囊括在电池冷却系统中的方案。
发明内容
从现有技术出发，本发明的目的是创造一种改进的集装箱通用运输车辆。
这一目的通过具有以下描述的特征的运输车辆而实现。以下还描述了本发明的有利的实施方式。
根据本发明的一种用于集装箱的运输车辆，尤其是用于ISO标准化集装箱(ISOcontainer)的地面无人驾驶的重型运输车辆，其具有用于接收至少一个待运输集装箱的平台，在集装箱被放置在平台上时所述平台由用于引导所述集装箱的引导元件限定，还具有驱动单元和用于给所述驱动单元供应电力的电池模块，其中电池模块包括支承框架和电池，所述运输车辆以这样的方式设置，即所述电池设计成为锂离子电池，并且除所述电池外还在所述支承框架中至少设置一个空调装置。优选这样设置，即还在支承框架中设置有灭火系统和/或电池的管理系统。
在本发明中，运输车辆优选地理解为可以运输至少40吨有效载荷的车辆。ISO标准化集装箱和可折卸货厢都可理解为重型运输车辆的载荷。可折卸货厢一般重达16吨。装载条件下的ISO标准化集装箱的重量在20吨到80吨之间。运输ISO标准化集装箱是优选的。通常将ISO集装箱理解为ISO标准化的散装货柜，其具有用于装载拾取装置的ISO标准化拾取点或拐角。空运或运输空ISO集装箱或可折卸货厢的运输车辆也应该以这种方式来理解，该运载工具能够运输至少15吨，优选至少20吨的有效载荷。这种运输车辆也可能以混合运行的方式运行，即除了ISO集装箱或可折卸货厢之外，它们还运输诸如半拖车，货厢拖车，拖车，重型货车或牵引机等其它载荷。
就本发明而言，运输车辆不受轨道限制并因此可以自由行驶也是优选的。
本发明的基本思想是创造一种用于集装箱的通用运输车辆的电池模块，所述电池模块具有紧凑的结构，可以独立于所使用的电池的结构和大小而用作为这种特殊运输车辆中的结构单元。通过将与电池相关联的所有附加功能(特别是冷却和可能的防火)组合在电池模块内，确保了电池模块可以快速更换，因为在电池模块和运输车辆之间只设置了一个(必须是耦合或不耦合的)接口。与此相反，如果只有电池是可更换的而其它所有功能都固定地安装在运输车辆中，则需要多个接口，这些接口各自都需要在更换电池时断开。电池模块本身的可更换性意味着用于维护目的和/或充电目的的运输车辆的停机时间能够减少到最小。通过这种方式，运输车辆的行进运行的时长得到提高以及因此处理能力得到提高。就维护工作和/或充电过程而言，因为确保了运输车辆外部的更容易的可达性，可更换电池模块更加简化。然后可以在安全的工作站进行维护，特别是如果维护工作必须在电池模块的灭火系统上进行。根据本发明的支承框架提供了具有空调装置和可能的灭火系统以及可能的管理系统的电池的密闭容纳。
结合本发明，空调装置应当理解为加热和/或通风和/或冷却装置。结合电池模块或运输车辆的应用的范围对空调装置进行选择，所述空调装置提供所有的三个功能，或提供所述功能中的一个或两个。在许多应用领域中，以优选的方式，通风装置可能足以将电池的温度保持于或达到20到25℃的范围内。空调装置可以通过空气或液体来加热或冷却电池。采用冷却液体的冷却装置有利地具有较小的尺寸。
灭火系统有利地为二氧化碳(CO2)灭火系统。
电池优选设计为锂离子电池，因为其充电周期时间较短，在约20分钟的范围。因此锂离子电池自身在充电时保持在运输车辆内。由于锂离子电池的充电时间明显缩短，所以不需要像铅电池那样更换电池。锂离子电池的充电时间较短，并不会影响行驶运行的持续时间，因此也不会降低运输车辆的处理能力。锂离子电池大致上比同样容量的铅电池更轻并且常常占据更小的体积。锂离子电池不需要铅电池所需的例如水或空气的其它媒介。类似地，锂离子电池在充电后不需要相当的铅电池所需的休息期，并且在锂离子电池的充电期间不会产生气体(氢化合物，例如氢氧气)。因此，锂离子电池的更换优选仅用于维护目的而不是用于充电目的。
由于支承框架是自支承的，因此便于在运输车辆中的电池模块及其悬架的可更换性。
优选地，将电池设置为向空调装置和可能的灭火系统以及可能的管理系统供应电力。因此不仅可以在悬挂于运输车辆的电池模块的运行状态下，还可以在更换和/或充电过程中实现相关功能。在这方面，电池模块是自主的，只要电池的充电状态允许。因此，从设计为锂离子电池的电池的调度或交付的意义上说，运输也更容易。
有利地规定，为了在运输车辆外部对电池进行充电和/或维护电池特别是维护灭火系统而进行更换，电池模块可释放地连接到运输车辆。因此，可以在运输车辆外部的合适安全区域中进行维护和/或充电过程。
在这种情况下，优选地电池模块可以横向于运输车辆的纵向方向而移入或移出所述车辆。还有利地规定，在运行期间电池模块悬挂于运输车辆的安装空间中，该安装空间在向下方向上以及至少一侧面上开口。
此外，在本发明中，更换电池或更换电池模块应该结合电池维护和/或充电来理解，以便提高运输车辆的利用度，而不是通过固定安装在运输车辆中的电池的长期维护和/或充电过程来使其利用度最小化。原则上，也可以安装和拆卸固定安装的电池。然而，这不是本发明所述的更换。因此，安装其它固定安装在运输车辆中的电池或更换有缺陷的固定安装的电池不应被理解为更换。
附图说明
以下将借助在附图中所示的示例性实施方式对本发明进行更详细的说明,其中：
图1示出了从斜上方观察的用于ISO标准化集装箱的地面无人驾驶的运输车的立体图；
图2示出了根据图1的无车辆框架的运输车辆立体图；
图3示出了图1所示运输车辆的侧视图；
图4示出了根据本发明的电池模块的详细视图；
图5示出了图4的俯视图；
图6和7示出了电池模块的悬挂区域的放大部分。
具体实施方式
图1示出了从斜上方观察的用于ISO标准化集装箱的地面无人驾驶的运输车的立体图。运输车辆1设计成重型运输车辆并具有35吨的空载重量。空载状态下再加上待运输的ISO标准化集装箱的重量,可以达到85吨的总重量。运输车辆1的允许总重量至少为40吨，设计为四轮车。运输车辆1还主要由车辆框架2构成，在所述框架上设置有安装在共同前轴3a上的两个前轮4a和安装在共同后轴3b上的两个后轮4b。四个轮子4a,4b设置有轮胎，优选地为橡胶轮胎，使得运输车辆不受轨道限制而可以在地面8上自由地行进。优选地，平坦的平台5由车辆框架2支承并用于接收未示出的待运输的ISO标准化集装箱。以这样的方式选择平台5的尺寸，即从运输车辆1的纵向方向L观察，可以一个接一个地运输两个20英尺的集装箱，或者可以运输一个40英尺的集装箱或一个45英尺的集装箱。平台5可以被设计成被动的，即刚性连接到车辆框架2，其也可以是主动的。在这种方面，“主动”应理解为平台可以在竖直方向上相对于车辆框架2升高和降低，以主动地拾取或放下集装箱。
为了在下降至平台5的过程中引导待运输的集装箱并将其相对于所述平台5定向，平台5的侧面由多个引导元件5a限定。为此，引导元件5a具有以倾斜方式延伸的引导表面。在这种情况下，引导表面在向外方向上远离平台5延伸，并且在向内方向上朝向平台5延伸。引导元件5a优选地成对设置在相对侧上，尤其是平台3的两个长边侧和/或短边侧上。一对引导元件5a的引导表面形成一种漏斗，其倾斜的延伸部朝向平台5逐渐变成锥形以实现引导和定向功能。因此，一对引导元件5a的引导表面在远离平台5的向上方向上变宽。
可以想见，车辆框架2具有用于电池模块7的安装空间6。电池模块7作为完整部件，大致由一个或多个电池7a，立方体状的自支承封闭支承框架7b，管理系统7c，空调装置7d和灭火系统7e构成。为了简化，下面将仅会提到一个电池7a。用于电池模块7的安装空间6以车辆框架2的平台5的下方为始朝向地面8向下开口以及朝向运输车辆1的侧面1a开口。如图1所示，侧面1a为运输车辆1的长边侧。此外，安装空间6位于运输车辆1的前后轮4a，4b之间。由于从运输车辆1的纵向方向L上看去安装空间6朝向左右两侧面1a开口，可以轻易地通过横向于运输车辆1的纵向方向L在装卸方向E上的运动而容易地实现对电池模块7的更换，以便于在运输车辆1的外部对电池模块7进行充电和/或维护。此外，安装空间6向下开口，以便电池模块7可以被叉车式输送设备装载和卸载。电池7a设计成锂离子电池。电池模块7具有大约4至6吨的重量。在锂离子电池的情况下，规定仅为了维护目的而更换它。
在充电期间，锂离子会变得特别热。可以达到高达80℃或更高的温度。温度升高也可能在放电过程期间发生，特别是在短时间内高容量的情况下。因此需要对锂离子电池进行冷却或需要在恒定环境温度下(通常在20℃到25℃的范围内)运行该电池。取决于应用领域的气候条件，空气冷却可能就足够了。然而，如果环境温度高于25℃，这在地球上很多地区都会发生，则需要采用空调装置对冷却空气进行冷却。在电池周围流动的空气被加热的情况下也可采用这种方法。此外，锂离子电池也可能存在着火的风险，尤其是在内部温度很高的情况下。在火灾中，锂独立燃烧得特别好。锂的燃烧应该使用基于CO2的灭火系统进行扑灭。
为了一直检查状态，例如锂离子电池的充电状态，温度和电流，特别是锂离子电池的内部电池的温度和电流，并且为了在异常情况下能够适当地干预，安装了电池7a的管理系统7c。这也能够电开关锂离子电池的电池，使得电池的电压得到某种程度的平衡。然后，管理系统7c在控制技术方面连接到空调装置7d和灭火系统7e，以便在必要时冷却或加热电池7a或者在紧急情况下触发灭火系统7e。
图2显示了运输车辆1的另一立体图，还是从斜上方的角度观察，但车辆框架2被省略以使得运输车辆1的其它部件能被观察到。除了图1示出的元件以外，图2还示出了运输车辆1的电动驱动单元，该单元本质上由前电动马达9a，前动力输出装置10a，后电动马达9b以及后动力输出装置10b构成。从运输车辆1的纵向方向L上观察，前电动马达9a居中连接到车辆框架2的下方并在前轴3a的区域中。从运输车辆1的纵向方向L上观察，后电动马达9b居中连接到车辆框架2的下方并在后轴3b的区域中。前电动马达9a经由前动力输出装置10a驱动两个前轮4a，而后电动马达9b经由后动力输出装置10b驱动两个后轮4b。因此，运输车辆1具有四轮驱动。
此外，可见在电池模块7和前轴3a之间设置有用于在车辆框架2下方和侧面悬挂控制箱11a至11d的空间，以便于接收控制部件。控制箱11a是液压控制箱；控制箱11b是驱动系统控制箱，而剩下的控制箱11c和11d则用于其它控制任务，例如导航部件或诸如逆变器的动力部件，所述逆变器使得电池7a的直流电转换成用于电动马达9a和9b以及液压单元12的交流电。在前轮3a的区域中设置有用于液压单元12的空间，该液压单元12也是电驱动的，并且诸如集装箱起重驱动的液压部件可以通过该液压单元供应动力。同样地在运输车辆1的侧面1a在运输车辆1的该区域中设置有电插头元件13。通过该元件，电池7a可以在保持于运输车辆1中的同时进行充电。
图3示出了运输车辆1的侧视图。从其中可以尤其清楚地得知电池模块7经由支承轨道2a而悬挂在运输车辆1的车辆框架2上。两个支承轨道2a彼此以一定间距设置，相互水平定向，并且经由支架2b连接或悬挂于车辆框架2的一个水平面处。从车辆的纵向方向L上观察，支承轨道2a从前后上限定了安装空间6。为了能够在支承轨道2a上悬挂电池模块7或电池模块7的支承框架7b，从运输车辆1的纵向方向上观察向前和向后突出的悬挂元件7h横向地设置在立方体状的支承框架7b上，尤其是设置于其前、后侧壁7f，7g处以及车辆框架2的中心支承区域处。当电池模块7处于运行状态，悬挂元件7h位于运输车辆1的支承轨道2a上并且因此承载电池模块7的整个重量并且吸收在运输车辆1的运行期间出现的任何力。悬挂元件7h分别从侧面向内偏离电池模块7的宽度的大约三分之一地布置。通过以这样的方式在车辆框架2中悬挂电池模块7，叉车或其它起重装置或运输设备可以容易地在电池模块7下行进。为此，在装卸方向E上延伸的两个腔7i设置在电池模块7的底面并可靠地接收叉车或其它起重装置的叉。腔7i由设置在电池模块7底面的U形支承件构成。随后，通过叉车或其它起重装置在竖直升降方向S的运动，悬挂元件7h可以从支承轨道2a上升高，随后电池模块7可以沿使货物入仓或出仓的方向E从运输车辆1移出。此外还规定，通过在升降方向S上的竖直运动，具有电池7a的电池模块7经由定心元件16(参见图6)而定向于支承轨道2a上，固定以防止打滑，并可以从定心元件16处释放。此外，也设置有电接触单元15，通过在升降方向S上的运动，也可以通过电池模块7a或电池7a上的插头和插座在用于电气连接的支承轨道2a的区域中释放或连接电接触单元15,以便将电池模块7或电池7电气连接到运输车辆1，特别是其驱动单元。这样做的优点在于运输车辆1可以被设计成相对于电池模块7及其电池7a的居中和接触而言是被动的。
图4示出了根据本发明的电池模块7的详细视图。电池模块7是一个组件，其包括电池7a，立方体状的自支承封闭支承框架7b，管理系统7c，空调装置7d和灭火系统7e。自支承的支承框架7b设计成容器状或具有盖子的槽状并将电池7a、管理系统7c，空调装置7d和灭火系统7e连接至电池模块7，所述模块适配于安装空间6或相应的运输车辆1。电池7a占据了支承框架7b体积的大部分。在这种情况下，电池7a同样地设计成立方体状但比支承框架7b更小，使得在电池7a的一侧还保留有用于管理系统7c,空调装置7d和灭火系统7e的接收空间14。对应设计成锂离子电池的电池7a，将灭火系统7e设计成CO2灭火系统。空调装置7d用于对电池7a进行主动温度调节，尤其是进行冷却。在电池7a的充电期间，尤其是短时间的充电期间所产生的热量通过空调装置7d主动地排出。此外，电池7a最好运行在恒定的环境温度下。支承框架7b整个形成为具有盖子的槽并因此在运行期间密闭，除了用于空调的开口之外(如果需要空气冷却的话)。就算在运输车辆1的外部，电池7a也能向管理系统7c，空调装置7d以及灭火系统7e供电。
图5示出了图4的俯视图，其示出了接收空间14为立方体状，并且在运输车辆1的纵向方向L上，接收空间的前方被电池7a限定而后方则被支承框架7b的后侧壁7g限定。
图6和7每个示出了在车辆框架2上的电池模块7的悬挂区域的放大部分。
图6示出了在支承框架7b的前侧壁7f上的轴承元件7h。在自由端，轴承元件7h和支承轨道2a设计为定心元件16以使电池模块7在悬挂于车辆框架2期间相对于支承轨道2a定向。为此，每个定心元件16由轴承元件7h上的环形叉16a和支承轨道2a上的锥形销构成。每个轴承元件7h都设置有一个定心元件16。在两个轴承元件7h之间，在前侧壁7f和支承轨道2a上设置有可分离的电接触单元15，所述电接触单元平坦地水平延伸。图6中示意性示出的接触单元15由多个插头和插座以及另外的定心元件组成，以便通过电池模块7在升降方向S上的下降至支承轨道2a的运动而自动地产生电接触。接触单元15产生用于控制信号和电力的连接。在这种情况下，在支承框架7b上设置插头，而在支承轨道2a上设置插座。当电池7a固定安装在车辆上时，接触单元15可被省略。
图7示出了在支承框架7b的后侧壁7g上的轴承元件7h。在自由端,两个轴承元件7h中的一个被横向引导入U形的保持元件17中，所述保持元件向上开口。
上述运输车辆1和相关电池更换系统的应用领域是处理在港口中和在公路和铁路之间联运的ISO集装箱。
已经借助用于运输ISO容器的地面运输车辆1来描述本发明。从根本上来说其也可以运输其它重物，例如，钢铁工业和轧钢厂的板坯或卷材。运输车辆也可以设计为所谓的码头卡车，龙门升降吊运机，跨运车或正面吊运机。码头卡车应被理解为带牵引机和半拖车的拖车。码头卡车，特别是半挂车，也被称为拖车，因此同样包括由导向元件5a限定的平台5，如上所述。运输车辆1还可以包括多于两个的车轴，其中仅一个或全部被电驱动。电动单轮驱动也是可行的。除了驱动单元外，运输车辆1的其它驱动可以是电动的或是电动液压的。
不言而喻的是，除了驱动单元，电池模块7还可以向其它耗电装置供电。
附图标记列表
1 运输车辆
1a 侧面
2 车辆框架
2a 支承轨道
2b 支架
3a 前轴
3b 后轴
4a 前轮
4b 后轮
5 平台
5a 引导元件
6 安装空间
7 电池模块
7a 电池
7b 支承框架
7c 管理系统
7d 空调装置
7e 灭火系统
7f 前侧壁
7g 后侧壁
7h 轴承元件
7i 腔
8 地面
9a 前电动马达
9b 后电动马达
10a 前动力输出装置
10b 后动力输出装置
11a至11d 控制箱
12 液压单元
13 电插头元件
14 接收空间
15 电连接单元
16 定心元件
16a 叉
16b 销
17 保持元件
E 装卸方向
L 纵向方向
S 升降方向

Claims (11)

1.一种用于集装箱的运输车辆(1)，其具有用于接收至少一个待运输集装箱的平台(5)，在集装箱被放置在平台(5)上时，所述平台由用于引导所述集装箱的引导元件(5a)限定，还具有驱动单元和用于给所述驱动单元供应电力的电池模块(7)，其中包括支承框架(7b)和电池(7a)的电池模块(7)，其特征在于，所述电池(7a)设计成为锂离子电池，并且除所述电池(7a)外，还在所述支承框架(7b)内设置空调装置(7d)和用于所述电池(7a)的管理系统(7c)。
2.根据权利要求1所述的运输车辆(1)，其特征在于，在所述支承框架(7b)中还设置有灭火系统(7e)。
3.根据权利要求2所述的运输车辆(1)，其特征在于，所述灭火系统(7e)为CO2灭火系统。
4.根据权利要求1至3任一项所述的运输车辆(1)，其特征在于，所述支承框架(7b)是自支承的。
5.根据权利要求1所述的运输车辆(1)，其特征在于，所述电池(7a)向所述空调装置(7d)供应电力。
6.根据权利要求1所述的运输车辆(1)，其特征在于，为了在所述运输车辆(1)外部对所述电池(7)进行维护和/或充电而进行更换，所述电池模块(7)可释放地连接到所述运输车辆(1)。
7.根据权利要求1所述的运输车辆(1)，其特征在于，所述电池模块(7)可以横向于所述运输车辆(1)的纵向方向(L)而移入或移出所述车辆。
8.根据权利要求1所述的运输车辆(1)，其特征在于，在运行期间所述电池模(7)块悬挂于所述运输车辆(1)的安装空间(6)中，该安装空间在向下方向上以及至少一侧面(1a)上开口。
9.根据权利要求1所述的运输车辆(1)，其特征在于，所述运输车辆(1)是用于ISO集装箱的地面无人驾驶的重型运输车辆(1)。
10.根据权利要求2所述的运输车辆(1)，其特征在于，所述电池(7a)向所述空调装置(7d)和所述灭火系统(7e)供应电力。
11.根据权利要求2所述的运输车辆(1)，其特征在于，所述电池(7a)向所述空调装置(7d)和所述灭火系统(7e)以及所述管理系统(7c)供应电力。
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