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Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für eine batterie-elektrisch betriebene mobile Arbeitsmaschine, insbesondere ein Flurförderzeug, wobei die Traktionsbatterie eine Batteriemanagementvorrichtung zur Erfassung von Betriebsdaten der Traktionsbatterie aufweist.
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Batterie-elektrisch betriebene mobile Arbeitsmaschinen, beispielsweise Flurförderzeuge, weisen eine wiederaufladbare Traktionsbatterie als elektrische Energiequelle auf, mit der ein elektrisches Antriebssystem mit elektrischer Energie versorgt wird, das im Falle eines Flurförderzeugs mindestens einen elektrischen Fahrmotor und einen elektrischen Pumpenmotor, der die Arbeitshydraulik und/oder eine hydraulischen Lenkungseinrichtung versorgt, sowie weitere elektrische Verbraucher umfasst.
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Die Traktionsbatterien müssen zum Betrieb des Fahrzeugs in regelmäßigen zeitlichen Abständen aufgeladen werden. Hierzu kann die Traktionsbatterie im Fahrzeug verbleiben, wobei die Traktionsbatterie vom Fahrzeugbordnetz getrennt wird und der Batteriestecker der Traktionsbatterie mit einem Ladegerät verbunden wird, um die Traktionsbatterie beispielsweise während der Betriebstätigkeit auf- oder zwischenzuladen. Alternativ kann die Traktionsbatteriewährend einer Betriebspause, beispielsweise über Nacht, aufgeladen werden. Zudem kann ein Wechsel der Traktionsbatterie vorgesehen werden, bei dem eine entladene Traktionsbatterie aus dem Fahrzeug ausgebaut und gegen eine aufgeladene Traktionsbatterie ausgewechselt wird. Mit einem derartigen Batteriewechsel kann die entladene Batterie tageszeitunabhängig aufgeladen werden.
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Bei den Traktionsbatterien handelt sich bisher zumeist um Bleibatterien auf Blei-Säure-Basis oder Blei-Gel-Basis, bei denen von einer elektronischen Steuereinrichtung der mobilen Arbeitsmaschine der Ladezustand bzw. die Restladung der Traktionsbatterie ermittelt wird. Durch Messung bzw. Berechnung der Batteriespannung und/oder des entnommenen Stroms aus der Traktionsbatterie kann auf die Restladung der Traktionsbatterie geschlossen werden, um die Traktionsbatterie im Entladebetrieb bei der Versorgung der Verbraucher des elektrischen Antriebssystem der mobilen Arbeitsmaschine funktionssicher zu betreiben.
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Über die Anforderung zur Berechnung bzw. Ermittlung der Restladung hinaus ist insbesondere bei dem Einsatz einer mobilen Arbeitsmaschine mit einem Wechsel der Traktionsbatterie, bei dem eine entladene Traktionsbatterie in der mobilen Arbeitsmaschine gegen eine geladene Traktionsbatterie ausgetauscht wird, gewünscht, weitere Betriebsdaten der in der mobilen Arbeitsmaschine eingesetzten Traktionsbatterie auszuwerten. Aus der
DE 195 35 294 A1 ist in der
3 eine Traktionsbatterie mit einer an der Traktionsbatterie angeordneten Mess- und Auswerteinheit bekannt, mit der Betriebsdaten der Traktionsbatterie erfasst und ausgewertet werden können. Die Mess- und Auswerteinheit ist über eine Kabelverbindung und eine lösbare Steckerverbindung mit einer Anzeigeeinheit in einer batterie-elektrisch betriebenen Arbeitsmaschine verbunden.
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Eine drahtbasierte Verbindung der Batteriemanagementvorrichtung an der Traktionsbatterie mit der elektrischen Anlage der Arbeitsmaschine weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. In der Regel sind die Spannungspotentiale der Batteriemanagementvorrichtung an der Traktionsbatterie und der elektrischen Anlage der Arbeitsmaschine unterschiedlich, so dass eine galvanische Trennung erforderlich ist. Für die kommunikative Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie an die elektrische Anlage der Arbeitsmaschine müssen in der Arbeitsmaschine zusätzlich Verbindungsleitungen verlegt werden. Hierdurch entsteht ein hoher Bauaufwand für die Nachrüstung von bestehenden Arbeitsmaschinen, die nicht auf die Verwendung von Traktionsbatterien mit einer Batteriemanagementvorrichtung an der Traktionsbatterie ausgelegt und vorbereitet sind. Sofern die Signalleitung zur Verbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie mit der elektrischen Anlage zusammen mit den elektrischen Verbindungsleitungen verlegt sind, mit denen die Energieverbindung der Traktionsbatterie mit dem elektrischen Antriebssystem der Arbeitsmaschine erfolgt, und gegebenenfalls eine gemeinsame Steckerverbindung für die Energieverbindung und die Signalverbindung genutzt wird, befindet sich die Signalverbindung im elektromagnetischen Störfeld der Energieverbindung. Sofern für die Signalleitung und die Energieverbindung zwei getrennte Steckerverbindungen eingesetzt werden, ergibt sich ein aufwändiger Batteriewechsel bei dem zwei Steckerverbindungen gelöst und verbunden werden müssen, wodurch weiterhin das Risiko von Fehlbedienungen erhöht wird. Sofern die Signalverbindung zwischen der Batteriemanagementvorrichtung an der Traktionsbatterie und der elektrischen Anlage über ein Bus-System, beispielsweise einen CAN-Bus, der Arbeitsmaschine erfolgt, ist ein paralleler Einsatz von Traktionsbatterien in einem Wechselbetrieb, bei dem Traktionsbatterien mit Batteriemanagementvorrichtung und Traktionsbatterien ohne Batteriemanagementvorrichtung zum Antrieb der Arbeitsmaschine verwendet werden sollen, nicht möglich, da eine Nutzung einer Traktionsbatterie ohne Batteriemanagementvorrichtung zu nicht angeschlossenen Leitungen und somit offenen Leitungen im Bus-System führen würde.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Traktionsbatterie der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die bei geringem Bauaufwand eine Übertragung von Betriebsdaten an eine mobile Arbeitsmaschine und einen einfachen und schnellen Wechsel der Traktionsbatterie in einer mobilen Arbeitsmaschine ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Traktionsbatterie eine funkbasierte Kommunikationsschnittstelle zum drahtlosen Datenaustausch der von der Batteriemanagementvorrichtung erfassten Betriebsdaten der Traktionsbatterie während eines Entladebetriebs und/oder eines Ladebetriebs der mit der mobilen Arbeitsmaschine elektrisch verbundenen Traktionsbatterie an eine elektronische Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine aufweist. Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie weist eine Batteriemanagementvorrichtung auf, die von einem elektronischen Batteriesteuergerät, beispielsweise einem Batteriecontroller, gebildet ist, mit dem während eines Entladebetriebs und/oder eines Ladebetriebs der in der Arbeitsmaschine eingebauten und mit dem Antriebssystem der Arbeitsmaschine elektrisch verbundenen Traktionsbatterie Betriebsdaten erfasst werden können. Die von der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie ermittelten Betriebsdaten der Traktionsbatterie werden erfindungsgemäß drahtlos über eine funkbasierte Kommunikationsschnittstelle mit einer elektronischen Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine, beispielsweise einer elektronischen Fahrzeugsteuerung der Arbeitsmaschine, ausgetauscht. Durch den drahtlosen Datenaustausch werden im Entladebetrieb der Traktionsbatterie, wobei der Traktionsbatterie elektrische Energie für die Versorgung der elektrischen Verbraucher der Arbeitsmaschine entnommen wird, und/oder in einem Ladebetrieb, wobei im Falle einer Energierückgewinnung elektrische Energie von den Verbrauchern der Arbeitsmaschine in die Traktionsbatterie zurückgespeist wird, die Betriebsdaten der Traktionsbatterie mit der elektronischen Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine ausgetauscht. Dadurch kann die Traktionsbatterie funktionssicher betrieben werden und es werden Sicherheitsfunktionen für die Einsatzfähigkeit in der Arbeitsmaschine erzielt.
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Die erfindungsgemäße drahtlose Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie an die elektronische Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine zum Datenaustausch über eine funkbasierte Kommunikationsschnittstelle während des Entladebetriebs und/oder des Ladebetriebs der mit der Arbeitsmaschine elektrisch verbundenen Traktionsbatterie weist gegenüber einer drahtbasierten Anbindung über ein Verbindungskabel und eine Steckerverbindung des Standes der Technik eine Reihe von Vorteilen auf. Eine funkbasierte Kommunikation und Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie an die elektronische Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine ermöglicht einen Datenaustausch mit geringem Bauaufwand und Herstellkostenaufwand, wodurch eine kostengünstige Anbindung für den Datenaustausch erzielt werden kann. Durch eine funkbasierte Kommunikation und Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie an die elektronische Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine wird weiterhin auf einfache Weise und ohne zusätzlichen Bauaufwand eine galvanische Trennung der auf unterschiedlichen Spannungspotentialen betriebenen Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie und der elektronischen Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine erzielt. Zudem ermöglicht eine funkbasierte Kommunikation und Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie an die elektronische Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine eine einfache Nachrüstbarkeit in einer Arbeitsmaschine, die noch nicht für eine Traktionsbatterie mit einer Batteriemanagementvorrichtung vorbereitet ist. In einer bestehenden Arbeitsmaschine können die erforderlichen Komponenten für die drahtlose Kommunikation mit der eine Batteriemanagementvorrichtung aufweisenden Traktionsbatterie an einer geeigneten Stelle in der Arbeitmaschine in Reichweite der Batteriemanagementvorrichtung der in die Arbeitsmaschine eingesetzten Traktionsbatterie flexibel positioniert werden. In einer bestehenden Arbeitsmaschine ist es daher nicht erforderlich, zusätzliche Verbindungskabel für eine drahtgebundene Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung zu verlegen. Zudem ist keine zusätzliche zweite Steckerverbindung für eine drahtgebundene Signalübertragung der Betriebsdaten erforderlich und/oder ein Batteriestecker auszutauschen, um über eine gemeinsame Steckerverbindung die Energieverbindung und die Signalverbindung zu ermöglichen. Zudem kann mit einer drahtlosen Kommunikationsverbindung für die Signalübertragung der Betriebsdaten auf einfache Weise erreicht werden, dass die Signalverbindung nicht im elektromagnetischen Störfeld der Energieverbindung angeordnet ist, so dass eine sichere und störungsfreie Übertragung der Betriebsdaten ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil einer funkbasierten Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie an die elektronische Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine besteht darin, dass ein paralleler Einsatz von Traktionsbatterien als Wechselbatterien mit und ohne Batteriemanagementvorrichtung in einer Arbeitsmaschine erzielt werden kann. Gegenüber einer kabelgebundenen Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung an die Arbeitsmaschine treten bei einer erfindungsgemäßen funkbasierten Kommunikation und Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung an die Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine keine unverbundenen und offenen Leitungen in einem Bus-System auf, falls in die Arbeitsmaschine eine Traktionsbatterie ohne Batteriemanagementvorrichtung eingesetzt wird, so dass Störungen und Defekte wirksam vermieden werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist die funkbasierte Kommunikationsschnittstelle als Bluetooth-Kommunikationsschnittstelle ausgebildet. Eine drahtlose Kommunikation zum Datenaustausch zwischen der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie und der elektronischen Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine über eine Bluetooth-Verbindung weist besondere Vorteile auf. Die Kommunikation nach dem Bluetooth-Standard bietet auf einfache Weise Möglichkeiten zur Verschlüsselung. Sofern die Bluetooth-Verbindung mit einer dynamischen mehrstufigen Schlüsselvergabe betrieben wird oder bei einer statischen Schlüsselvergabe PIN-Codes mit ausreichender Zeichenlänge verwendet werden, kann auf einfache Weise die Bluetooth-Verbindung gegen Abhören und unbefugtes Eindringen gesichert werden. Zudem ermöglicht eine Bluetooth-Verbindung auf einfache Weise, dass durch entsprechende Fehlerkorrektur-Algorithmen im Bluetooth-Standard eine robuste und sichere Datenübertragung erzielt wird. Weiterhin kann bei einer Bluetooth-Verbindung durch die Verwendung von verschiedenen Sendefrequenzen, ein sogenanntes Frequenz-Hopping, eine Funkverbindung mit hoher Sicherheit gegen Störeinflüsse und somit eine störungssichere Übertragung der Betriebsdaten erzielt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung sind die von der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie erfassten Betriebsdaten von Sensoren erfasste Meßgrößen oder abgespeicherte Werte. Von der Batteriemanagementvorrichtung können somit während des Entladebetriebs und/oder des Ladebetriebs der Traktionsbatterie in der Arbeitsmaschine entsprechende Betriebsdaten der Traktionsbatterie kontinuierlich erfasst und ermittelt werden, um einen funktionssicheren Betrieb der Traktionsbatterie und Sicherheitsfunktionen für die Einsatzfähigkeit der Traktionsbatterie in der Arbeitsmaschine zu erzielen.
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Die Batteriemanagementvorrichtung erfasst gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung eine oder mehrere der folgenden Betriebsdaten der Traktionsbatterie, die über die Kommunikationsschnittstelle ausgetauscht werden können:
- • Batteriespannung
- • Strom
- • Ladezustand
- • Kapazität
- • Restladung
- • Temperatur
- • Alter
- • Status der Batteriezellen
- • Status der Batterie managementvorrichtung
- • State-of-Health der Traktionsbatterie.
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Durch geeignete Sensoren kann von der Batteriemanagementvorrichtung auf einfache Weise im Entladebetrieb und/oder Ladebetrieb der in die Arbeitsmaschine eingesetzten und mit dem Antriebssystem der Arbeitsmaschine zur Energieübertragung elektrisch verbundenen Traktionsbatterie die Batteriespannung, beispielsweise die Entladespannung, die Ruhespannung und/oder die Belastungsspannung, und/oder der aus der Traktionsbatterie entnommene Strom bzw. der in die Traktionsbatterie zurückgespeiste Strom gemessen werden. Zudem kann durch geeignete Sensoren die Temperatur der Traktionsbatterie, beispielsweise die Temperatur der einzelnen Batteriezellen, gemessen und überwacht werden. Zudem kann von der Batteriemanagementvorrichtung der momentane Ladezustand und die momentane Kapazität bzw. die Restladung der Traktionsbatterie ermittelt und berechnet werden. Weiterhin können in der Batteriemanagementvorrichtung Betriebsdaten bezüglich der Nennkapazität und/oder des Alters der Traktionsbatterie abgespeichert werden, um diese mit der Arbeitsmaschine auszutauschen. Zudem kann der State-of-Health als Kennwert der Traktionsbatterie von der Batteriemanagementvorrichtung erfasst werden. Der State-of-Health Wert kennzeichnet den Zustand der Traktionsbatterie und charakterisiert deren Fähigkeit die angegebenen Spezifikationen zu erfüllen und zwar im Vergleich zu einer neuen Traktionsbatterie.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die funkbasierte Kommunikationsschnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation eingerichtet. Dadurch wird auf einfache Weise erzielt, dass beim Betrieb der Arbeitsmaschine ein Datenaustausch von der Arbeitsmaschine zu der Batteriemanagementvorrichtung der eingesetzten Traktionsbatterie erzielt werden kann. In dieser Richtung können beispielsweise eine Identifikationsnummer der Arbeitsmaschine und/oder der erwartete prognostizierte Stromverbrauch ausgetauscht werden.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mittels der funkbasierten Kommunikationsschnittstelle in einem Ladebetrieb der Traktionsbatterie durch ein Batterieladegerät ein drahtloser Datenaustausch von Betriebsdaten mit dem Batterieladegerät durchführbar ist. Neben der Kommunikation der Traktionsbatterie mit der elektronischen Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine können über die funkbasierte Kommunikationsschnittstelle weiterhin auf einfache Weise weitere Systeme und Geräte mit der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie kommunizieren und die entsprechenden Betriebsdaten austauschen. Bei Wechselbatterien kann beim Laden der Traktionsbatterie an einer Ladestation mit der funkbasierte Kommunikationsschnittstelle auf einfache Weise im Ladebetrieb der Traktionsbatterie ein Datenaustausch in einer oder beiden Richtungen mit einem Batterieladegerät erfolgen.
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Weiterhin kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mittels der funkbasierten Kommunikationsschnittstelle in einem Wartungsbetrieb der Traktionsbatterie ein drahtloser Datenaustausch von Betriebsdaten mit einem Service- bzw. Diagnoserechner durchgeführt werden. Über die funkbasierte Kommunikationsschnittstelle kann somit eine einfache Kommunikation und ein Datenaustausch in einer oder beiden Richtungen mit einem Service- bzw. Diagnoserechner und einem entsprechenden Service- und/oder Diagnosewerkzeug ermöglicht werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie kann es sich um eine Bleibatterie auf Bleibatterien auf Blei-Säure-Basis oder Blei-Gel-Basis mit einer Batteriemanagementvorrichtung handeln.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Traktionsbatterie als wiederaufladbare Lithium-Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie oder Lithium-Polymer-Batterie, ausgebildet. Lithium-Batterien, beispielsweise Lithium-Ionen Batterien, weisen gegenüber Bleibatterien eine deutlich größere Batteriekapazität und weitere Vorteile im Betrieb auf. Lithium-Batterien erfordern zum sicheren Betrieb eine eigene Batteriemanagementvorrichtung, die Sicherheitsfunktion für die Einsatzfähigkeit der in die Arbeitsmaschine eingesetzten Lithium-Batterie als Traktionsbatterie realisiert. Weiterhin berechnet diese Batteriemanagementvorrichtung die Restladung der Lithium-Ionen-Batterie und kann weitere Betriebsdaten, die von Sensoren gemessen oder berechnet werden, liefern. Über eine erfindungsgemäße funkbasierte Kommunikationsschnittstelle kann bei einer derartigen Traktionsbatterie auf einfache Weise ein Datenaustausch mit der elektrischen Anlage der Arbeitsmaschine erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird beim Einsetzen der Traktionsbatterie in die Arbeitsmaschine nach einem Batteriewechsel mittels der funkbasierten Kommunikationsschnittstelle ein Verbindungsaufbau der Traktionsbatterie mit der Arbeitsmaschine durchgeführt. Nach einem Batteriewechsel kann somit auf einfache Weise ein automatischer Verbindungsaufbau der Kommunikationsverbindung zur Datenübertragung bzw. zum Datenaustausch zwischen der Traktionsbatterie und der elektrischen Anlage der Arbeitsmaschine und/oder eine Identifizierung der in die Arbeitsmaschine eingesetzten Traktionsbatterie erfolgen. Bei der Ausgestaltung der Traktionsbatterie als Wechselbatterie, die an einer externen Ladestation aufgeladen wird und in verschiedenen Arbeitsmaschinen eingesetzt werden kann, wird somit auf einfache Weise eine Kommunikationsverbindung zwischen der Traktionsverbindung und der Arbeitsmaschine erzielt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere ein Flurförderzeug, die eine erfindungsgemäße Traktionsbatterie aufnehmen kann, wobei die Arbeitsmaschine eine funkbasierte Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine Bluetooth-Kommunikationsschnittstelle, zum drahtlosen Datenaustausch der Betriebsdaten aufweist. Über eine entsprechende funkbasierte Kommunikationsschnittstelle in der Arbeitsmaschine kann bei eingesetzter Traktionsbatterie auf einfache Weise eine funkbasierte Kommunikation zum Datenaustausch in einer oder beiden Richtungen erzielt werden. Die erfindungsgemäße funkbasierte Kommunikation zur Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie an die elektronische Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine ermöglicht eine einfache Nachrüstbarkeit einer Arbeitsmaschine, die noch nicht für eine Traktionsbatterie mit einer Batteriemanagementvorrichtung vorbereitet ist, zum Betrieb durch eine Traktionsbatterie mit einer Batteriemanagementvorrichtung, da in einer bestehenden Arbeitsmaschine die erforderliche Kommunikationsschnittstelle an einer geeigneten Stelle in der Arbeitmaschine in Reichweite der Batteriemanagementvorrichtung der in die Arbeitsmaschine eingesetzten Traktionsbatterie flexibel positioniert werden kann. In einer bestehenden Arbeitsmaschine ist es daher nicht erforderlich, zusätzliche Verbindungskabel für eine drahtgebundene Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung zu verlegen. Zudem ist keine zusätzliche zweite Steckerverbindung für eine drahtgebundene Signalübertragung der Betriebsdaten erforderlich und/oder kein Batteriestecker auszutauschen, um über eine gemeinsame Steckerverbindung die Energieverbindung und die Signalverbindung zu ermöglichen. Ein weiterer Vorteil einer funkbasierten Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung der Traktionsbatterie an die elektronische Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine besteht darin, dass ein paralleler Einsatz von Traktionsbatterien als Wechselbatterien mit und ohne Batteriemanagementvorrichtung in einer Arbeitsmaschine erzielt werden kann. Gegenüber einer kabelgebundenen Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung an die Arbeitsmaschine treten bei einer erfindungsgemäßen funkbasierten Kommunikation und Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung an die Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine keine unverbundenen und offenen Leitungen in einem Bus-System auf, falls in die Arbeitsmaschine eine Traktionsbatterie ohne Batteriemanagementvorrichtung eingesetzt wird, so dass Störungen und Defekte beim Betrieb der Arbeitsmaschine wirksam vermieden werden können Die Erfindung betrifft weiterhin ein Batterieladegerät zum Laden einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie, wobei das Batterieladegerät eine funkbasierte Kommunikationsschnittstelle, insbesondere eine Bluetooth-Kommunikationsschnittstelle, zum drahtlosen Datenaustausch der Betriebsdaten aufweist. Über die drahtlose Kommunikationsverbindung kann weiterhin bei einer bevorzugt als Wechselbatterie ausgebildeten Traktionsbatterie ein drahtloser Datenaustausch beim Laden der Traktionsbatterie an einem Ladegerät einer Batterieladestation erzielt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein System bestehend aus einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie, einem Flurförderzeug mit einer funkbasierten Kommunikationsschnittstelle und/oder einem Batterieladegerät mit einer funkbasierten Kommunikationsschnittstelle.
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Bei einem Verfahren zur Steuerung und Überwachung des Entladebetriebs einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie, die mit einer mobilen Arbeitsmaschine zur Energieübertragung elektrisch verbunden ist, werden während des Entladebetriebs die Betriebsdaten über die drahtlosen Kommunikationsschnittstellen übertragen. Über die von den drahtlosen Kommunikationsschnittstellen an der Traktionsbatterie und in der Arbeitsmaschine gebildete drahtlose Kommunikationsverbindung kann beim Entladebetrieb der in die Arbeitsmaschine eingesetzten Traktionsbatterie auf einfache und sichere Weise ein Datenaustausch von Betriebsdaten in einer oder beiden Richtung erzielt werden, der einen sicheren und funktionssicheren Betrieb der Traktionsbatterie sowie der Arbeitsmaschine ermöglicht.
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Bei einem derartigen Verfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie mit einer Batteriemanagementvorrichtung werden die Betriebsdaten von Sensoren als Messgrößen erfasst oder sind in der Batteriemanagementvorrichtung abgespeicherte Werte. Von der Batteriemanagementvorrichtung können somit während des Entladebetriebs der in die Arbeitsmaschine eingesetzten und mit der Arbeitsmaschine zur Energieübertragung elektrisch verbundenen Traktionsbatterie entsprechende Betriebsdaten der Traktionsbatterie kontinuierlich erfasst und ermittelt werden und über die funkbasierte Kommunikationsverbindung drahtlos mit der elektrischen Anlage der Arbeitsmaschine ausgetauscht werden, um einen funktionssicheren Betrieb der Traktionsbatterie und Sicherheitsfunktionen für die Einsatzfähigkeit der Traktionsbatterie in der Arbeitsmaschine zu erzielen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine erfindungsgemäße mobile Arbeitsmaschine mit einer eingesetzten, erfindungsgemäßen Traktionsbatterie und
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2 ein System bestehend aus einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie, einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine und weiteren über eine drahtlose Kommunikationsverbindung kommunizierenden Systemen.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Traktionsbatterie T dargestellt, die beispielsweise als Lithium-Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, ausgebildet ist.
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Die Traktionsbatterie T ist mit einer Batteriemanagementvorrichtung 1 versehen, die als elektronisches Batteriesteuergerät bzw. Batteriecontroller ausgebildet ist. Die Batteriemanagementvorrichtung 1 dient zur Erfassung von Betriebsdaten der Traktionsbatterie T, bei denen es sich um mittels Sensoren von der Batteriemanagementvorrichtung 1 während des Betriebs der Traktionsbatterie T gemessen Messgrößen oder um in der Batteriemanagementvorrichtung 1 abgespeicherten Werten handeln kann. Bei den Betriebsdaten kann es sich um eine oder mehrere der folgenden Daten handeln:
- • Batteriespannung
- • Strom
- • Ladezustand
- • Kapazität
- • Restladung
- • Temperatur
- • Alter
- • Status der Batteriezellen
- • Status der Batteriemanagementvorrichtung
- • State-of-Health der Traktionsbatterie.
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Die Batteriemanagementvorrichtung 1 berechnet autark die Restladung der Traktionsbatterie T und liefert die oben genannten Daten für eine Betriebsdatenerfassung. Bei in der Arbeitsmaschine A eingesetzter Traktionsbatterie T, beispielsweise in einem Entladebetrieb der Traktionsbatterie T, wobei der Traktionsbatterie T elektrische Leistung entnommen wird, liefert die Batteriemanagementvorrichtung 1 die entsprechenden Betriebsdaten an die Arbeitsmaschine A, so dass anhand der von der Batteriemanagementvorrichtung 1 gelieferten Betriebsdaten die Traktionsbatterie T im Betrieb vor einer Tiefentladung oder einer Überlastung geschützt werden kann.
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In der 1 ist die Traktionsbatterie T in eine batterie-elektrisch betriebene mobile Arbeitsmaschine A eingesetzt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Flurförderzeug, beispielsweise Gabelstapler, ausgebildet ist. Die Arbeitsmaschine A weist ein elektrisches Antriebssystem auf, das von der eingesetzten Traktionsbatterie T mit elektrischer Energie versorgt wird. Das elektrisches Antriebssystem besteht im Falle einer Ausbildung der Arbeitsmaschine A als Flurförderzeug von einem mindestens einen elektrischen Fahrmotor ausweisenden Fahrantrieb für mindestens ein angetriebenes Rad 2 der Arbeitsmaschine A und einer elektrischen Hubantrieb, in der Regel einer elektrisch angetriebenen Hydraulikpumpe, zum Heben und Senken eines Lastaufnahmemittels 3.
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Während des Betriebs der Arbeitsmaschine A steht die eingesetzte Traktionsbatterie T mittels eines Leistungskabels 4 mit dem elektrischen Antriebssystem der Arbeitsmaschine A zur Energieübertragung und somit Leistungsübertragung in Verbindung. Das Leistungskabel 4 wird von einem Batteriekabel gebildet, das mittels einer Steckervorrichtung mit dem Antriebssystem der Arbeitsmaschine A elektrisch verbunden werden kann.
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Die Arbeitsmaschine A weist eine elektrische Anlage 5 auf, die eine elektronische Steuereinrichtung enthält, die bevorzugt von einer elektronischen Fahrzeugsteuerung gebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist die Traktionsbatterie T mit einer funkbasierten Kommunikationsschnittstelle 10 versehen, die mit der Batteriemanagementvorrichtung 1 – wie durch die Doppelfeile 11 angedeutet ist – in Verbindung steht. Die Arbeitsmaschine A ist ebenfalls mit einer funkbasierten Kommunikationsschnittstelle 12 versehen, die mit der elektrischen Anlage 5 der Arbeitsmaschine A in Verbindung steht. Die beiden Kommunikationsschnittstellen 10, 12 ermöglichen eine drahtlose Kommunikationsverbindung K zwischen der Batteriemanagementvorrichtung 1 und der elektrischen Anlage 5 der Arbeitsmaschine A. Die drahtlose Kommunikationsverbindung K kann hierbei in einer Richtung zur Anbindung der Batteriemanagementvorrichtung 1 an die elektrische Anlage 5 der Arbeitsmaschine A ausgebildet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationsverbindung K bidirektional ausgebildet, was eine Kommunikation in beide Richtungen ermöglicht, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Doppelfeil 13 verdeutlicht ist.
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Über die drahtlose Kommunikationsverbindung K werden bei eingesetzter und mit der Arbeitsmaschine A über das Leistungskabel 4 elektrisch verbundener Traktionsbatterie T in einem Entladebetrieb der Traktionsbatterie T, wobei die Verbraucher der Arbeitsmaschine A mit elektrischer Energie versorgt und angetrieben werden, und/oder in einer Ladebetrieb der Traktionsbatterie T, wobei eine Energierückgewinnung erfolgt und die Verbraucher der Arbeitsmaschine A, beispielsweise in einem Bremsbetrieb und/oder beim Absenken einer Last, elektrische Energie in die Traktionsbatterie T zurückspeisen, Betriebsdaten ausgetauscht. Im Betrieb der Traktionsbatterie T können beispielsweise über die drahtlose Kommunikationsverbindung K der Ladezustand, die Temperatur und gegebenenfalls das Alter der Traktionsbatterie T zwischen der Batteriemanagementvorrichtung 1 und der elektrischen Anlage 5 ausgetauscht werden. Bei einer bidirektionalen Ausbildung der Kommunikationsverbindung K können weiterhin Betriebsdaten von der elektrischen Anlage 5 an die Traktionsbatterie T ausgetauscht werden, wodurch der Traktionsbatterie T der Zustand der Arbeitsmaschine A übermittelt werden kann, beispielsweise ein prognostizierter Stromverbrauch oder eine Identifikationsnummer der Arbeitsmaschine A.
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In der 2 ist ein erfindungsgemäßes System dargestellt, bei dem neben einer drahtlosen Kommunikationsverbindung K zwischen der Batteriemanagementvorrichtung 1 der Traktionsbatterie T und der elektrischen Anlage 5 der Arbeitsmaschine A eine drahtlose Kommunikationsverbindung K mit einem Batterieladegerät B ausgebildet ist. Das Batterieladegerät B, das an einer Ladestation angeordnet werden kann, dient zum Laden der Traktionsbatterie T, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der Traktionsbatterie T und dem Batterieladegerät B mittels des Leistungskabels 4 erfolgt. Für die drahtlose Kommunikationsverbindung K ist das Batterieladegerät B mit einer funkbasierten Kommunikationsschnittstelle 15 versehen. Über die drahtlose Kommunikationsverbindung K kann beim Laden der Traktionsbatterie T durch das Batterieladegerät B ein Austausch von Betriebsdaten zwischen dem Batterieladegerät B und der Traktionsbatterie T erfolgen. Die Kommunikationsverbindung K zwischen dem Batterieladegerät B und der Traktionsbatterie T kann in einer Richtung erfolgen oder – wie im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Doppelpfeil 14 verdeutlicht ist, als bidirektionale Kommunikationsverbindung zum Datenaustausch in beiden Richtungen ausgebildet sein.
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In der 2 ist weiterhin ein Service- bzw. Diagnoserechner R dargestellt, der über eine drahtlose Kommunikationsverbindung K mit der Traktionsbatterie T zum Datenaustausch verbunden ist. Der Service- bzw. Diagnoserechner R ist hierzu mit einer entsprechenden funkbasierten Kommunikationsschnittstelle 16 versehen, um in einem Wartungsbetrieb oder bei einer Diagnose der Traktionsbatterie T einen drahtlosen Datenaustausch von Betriebsdaten zwischen dem Service- bzw. Diagnoserechner R und der Traktionsbatterie T zu ermöglichen. Die Kommunikationsverbindung K zwischen dem Service- bzw. Diagnoserechner R und der Traktionsbatterie T ist – wie durch den Doppelpfeil 17 dargestellt ist – als bidirektionale Kommunikationsverbindung K ausgebildet.
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Die funkbasierten Kommunikationsschnittstellen 10, 12, 15, 16 sind bevorzugt als Bluetooth-Kommunikationsschnittstellen ausgebildet, die als Sender und Empfänger arbeiten. Die Kommunikation über die drahtlosen Kommunikationsverbindungen K erfolgt somit nach dem Bluetooth-Standard, wobei bevorzugt eine serielle Datenübertragung mittels des Serial Port Profile erfolgt.
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Für den Fall, dass sich zum Zeitpunkt des Verbindungsaufbaus der Bluetooth-Kommunikationsverbindungen K weitere potentielle, nicht näher dargestellte Teilnehmer in Reichweite befinden, kann die Zuverlässigkeit des Verbindungsaufbaus erhöht werden, wenn die Empfangsfeldstärke der verschiedenen Netzteilnehmer in eine Plausibiltätsberechnung eingezogen wird.
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Die erfindungsgemäße, als Bluetooth-Verbindung ausgebildete drahtlose Kommunikationsverbindung K zwischen der Batteriemanagementvorrichtung 1 der Traktionsbatterie T und der elektrischen Anlage 5 der Arbeitsmaschine ermöglicht bei geringem Bauaufwand einen sicheren und robusten Austausch von Betriebsdaten zwischen der Traktionsbatterie T und der mobile Arbeitsmaschine A in einem Entladebetrieb der Traktionsbatterie T, wobei beim Wechsel der Traktionsbatterie T lediglich eine Verbindung des Leistungskabels 4 herzustellen ist, so dass ein einfacher und schneller Wechsel der Traktionsbatterie T in der mobilen Arbeitsmaschine A erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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