DE102012018092A1 - Method for charging battery i.e. lithium ion battery, of industrial truck, involves charging intermediate storage unit with charging power, and charging vehicle battery with another loading power from storage unit over transducer - Google Patents

Method for charging battery i.e. lithium ion battery, of industrial truck, involves charging intermediate storage unit with charging power, and charging vehicle battery with another loading power from storage unit over transducer Download PDF

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Abstract

The method involves charging an intermediate storage unit (14) with charging power by a charger (12) i.e. HF charger, where the charger is fed from a single-phase power supply (10) exhibiting 230 volts and 50 Hz. A vehicle battery (18) is charged with another loading power of about 20 volts, preferably 200 volts, from the intermediate storage unit over a transducer (16), where the former loading power is less than the latter loading power. The vehicle battery is connected with the intermediate storage unit over the transducer. The intermediate storage unit is a lead acid battery, a lithium-ion-battery, a gel battery or a non-woven fabric battery. The transducer is a direct current (DC)/DC transducer. Independent claims are also included for the following: (1) a system for charging a vehicle battery (2) an industrial truck.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie.The invention relates to a method and a system for charging a vehicle battery.

Ein großer Teil von Flurföderzeugen wird von wiederaufladbaren Batterien mit Energie versorgt. Nachdem eine solche Batterie bei ihrer Verwendung entladen ist, dauert es – im Vergleich zu einem Betankungsvorgang eines Verbrennungsmotors – eine deutlich längere Zeit, bis die Batterie wieder aufgeladen und zur weiteren Benutzung bereit ist. Hierbei können mehrere Stunden bis zu einem ganzen Werktag praktisch verloren gehen, da die Batterie in der Zeit nicht zur Verfügung steht. Die Ladevorgänge müssen hierbei entweder auf die Nacht verlegt werden oder es sind zusätzliche Batterien bereitzustellen, um Stillstandzeiten des Flurförderzeugs zu minimieren.A large part of the flooring equipment is powered by rechargeable batteries. After such a battery is discharged in its use, it takes - compared to a refueling operation of an internal combustion engine - a much longer time until the battery is recharged and ready for further use. This can be practically lost for several hours to a whole working day, since the battery is not available in the time. The charging processes must either be laid during the night or additional batteries must be provided in order to minimize downtime of the truck.

Es ist bekannt, mit sehr hohen Ladeströmen bzw. sehr hohen Ladeleistungen zu arbeiten, um die Ladezeiten stark zu verkürzen und um mehrere Batterien parallel zu laden. Ein wichtiger Parameter eines Ladegerätes ist daher seine Ladeleistung, die sich vereinfacht aus dem Produkt der von ihm gelieferten Spannung und Stromstärke berechnet. Bekannte Hochfrequenz(HF)-Ladegeräte benötigen für entsprechend hohe Ladeleistungen eine Drehstromversorgung (Dreiphasenwechselstrom oder auch Starkstrom, im Folgenden als Drehstrom bezeichnet). Diese HF-Ladegeräte transformieren die dreiphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden der Batterie. Es sind Drehstromanschlüsse mit Stromstärken von 16 A bis über 60 A bekannt.It is known to work with very high charging currents or very high charging power to greatly reduce the charging times and to charge several batteries in parallel. An important parameter of a charger is therefore its charging power, which is simply calculated from the product of the voltage and current supplied by it. Known high frequency (RF) chargers require a correspondingly high charging power a three-phase power supply (three-phase alternating current or high current, hereinafter referred to as three-phase current). These RF chargers transform the three-phase AC voltage into a DC voltage for charging the battery. There are three-phase connections with currents from 16 A to over 60 A known.

Die bekannten Schnellladevorgänge mit hohen Ladeleistungen verlangen einen Drehstromanschluss mit entsprechender Leistung. Es stehen jedoch nicht immer Drehstromanschlüsse zur Verfügung bzw. die vorhandenen Anschlüsse sind nicht für die nötige Stromstärke ausgelegt. Zwar können viele Batterien auch mit niedrigerer Stromstärke geladen werden, jedoch steigt dadurch die Ladezeit erheblich an.The known fast charging with high charging power require a three-phase connection with the appropriate performance. However, there are not always three-phase connections available or the existing connections are not designed for the required amperage. Although many batteries can be charged with lower power, but this increases the charging time considerably.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie bereitzustellen, das geringere Ladezeiten ohne höhere Netzanschlussleistungen ermöglicht.The invention has for its object to provide a method and a system for charging a vehicle battery, which allows lower charging times without higher grid connection performance.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments form the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie eines Fahrzeugs, insbesondere Flurförderzeugs, weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

  • • Aufladen eines Zwischenspeichers mit einer ersten Ladeleistung mittels eines Ladegerätes,
  • • Aufladen der Fahrzeugbatterie aus dem Zwischenspeicher mittels eines Wandlers mit einer zweiten Ladeleistung, wobei die erste Ladeleistung kleiner ist als die zweite Ladeleistung.
The inventive method for charging a vehicle battery of a vehicle, in particular industrial truck, comprises the following method steps:
  • Charging a buffer with a first charging power by means of a charger,
  • Charging the vehicle battery from the buffer by means of a converter with a second charging power, wherein the first charging power is smaller than the second charging power.

Ein Ladegerät mit niedriger Eingangsleistung ist mit einfachen Mitteln und somit kostengünstig zu realisieren. Am Einsatzort von Flurföderzeugen sind häufig keine oder nur spärlich verteilt Drehstromanschlüsse vorhanden, bzw. die wenigen vorhandenen liefern nur eine geringe Stromstärke. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren müssen Drehstromanschlüsse nicht vorhanden sein. Dementsprechend können Netzfilter, Gleichrichter und Blindleistungskompensation zur Reduzierung von unerwünschter Blindleistung ebenfalls klein dimensioniert bzw. einfach konstruiert ausgeführt sein. Das Ladegerät mit der ersten Ladeleistung wird bevorzugt aus einem einphasigen Netzanschluss gespeist. Dieser ist üblicherweise überall vorhanden. Als Ladeleistung wird die elektrische Leistung aufgefasst, mit der der Ladevorgang durchgeführt wird.A charger with low input power can be realized with simple means and thus cost-effectively. There are often no or only sparsely distributed three-phase connections at the place of use of littering tools, or the few existing ones deliver only a low current intensity. In the method according to the invention three-phase connections do not have to be present. Accordingly, line filters, rectifiers and reactive power compensation can also be made small in size or simply constructed to reduce unwanted reactive power. The charger with the first charging power is preferably fed from a single-phase mains connection. This is usually available everywhere. As charging power, the electrical power is considered, with which the charging process is performed.

Mit dieser ersten Ladeleistung wird ein Zwischenspeicher aufgeladen, der eine hohe Kapazität aufweist und als Zwischenspeicher für die Ladeenergie dient. Der Ladevorgang des Zwischenspeichers kann über einen längeren Zeitraum stattfinden, beispielsweise über Nacht oder tagsüber während der Arbeitsschicht.With this first charging power, a buffer is charged, which has a high capacity and serves as a buffer for the charging energy. The loading process of the buffer can take place over a longer period, for example overnight or during the day during the working shift.

Die in dem Zwischenspeicher gespeicherte Ladeenergie kann nun verwendet werden, um die Fahrzeugbatterie mit hoher Stromstärke, beispielsweise mit 200 A, und somit einer hohen, zweiten Ladeleistung in kurzer Zeit aufzuladen. Hierbei ist die zweite Ladeleistung wesentlich größer als die erste Ladeleistung. Die hierbei fließenden Ladeströme sind deutlich höher, als es bei einem direkten Ladevorgang mittels des Ladegerätes möglich wäre.The charging energy stored in the buffer can now be used to charge the vehicle battery with high current, for example, 200 A, and thus a high, second charging power in a short time. Here, the second charging power is much greater than the first charging power. The charging currents flowing in this case are significantly higher than would be possible with a direct charging by means of the charger.

Bevorzugt wird das Aufladen der Fahrzeugbatterie aus dem Zwischenspeicher bei Spannungen des Zwischenspeichers über 20 Volt, insbesondere über 200 Volt durchgeführt. Durch höhere Spannungen werden die Verluste bei der Übertragung der Energie von dem Zwischenspeicher zu dem Wandler verringert. Auch lässt sich Kupfer für die Ladekabel einsparen, da die Kabel bei hohen Spannungen und gleicher Leistung einen erheblich kleineren Querschnitt aufweisen können.The charging of the vehicle battery from the buffer is preferably carried out at voltages of the buffer above 20 volts, in particular above 200 volts. Higher voltages reduce losses in the transfer of energy from the latch to the converter. It is also possible to save copper for the charging cables, since the cables can have a considerably smaller cross section at high voltages and the same power.

Die Aufgabe wird ferner durch ein System mit den Merkmalen aus Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.The object is further achieved by a system having the features of claim 4. Advantageous embodiments form the subject of the dependent claims.

Das System zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie weist ein Flurförderzeug mit einer Fahrzeugbatterie, einen Wandler und einen Zwischenspeicher auf, wobei der Zwischenspeicher mittels eines Ladegerätes mit einer ersten Ladeleistung aufladbar ist und die Fahrzeugbatterie mittels des Wandlers mit einer zweiten Ladeleistung aus dem Zwischenspeicher aufladbar ist, wobei die erste Ladeleistung kleiner ist als die zweite Ladeleistung.The system for charging a vehicle battery comprises an industrial truck with a vehicle battery, a converter and a buffer, wherein the buffer is chargeable by means of a charger with a first charging power and the vehicle battery is charged by means of the converter with a second charging power from the buffer, the first charging power is less than the second charging power.

Das Ladegerät kann ein HF-Ladegerät mit kleiner Eingangsleistung sein. Bevorzugt ist das Ladegerät zum Anschluss an ein einphasiges Netz ausgelegt.The charger may be a low input RF charger. Preferably, the charger is designed for connection to a single-phase network.

In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Wandler in dem Flurförderzeug integriert. Der Wandler kann aber auch mit dem Zwischenspeicher baulich zu einer Einheit verbunden sein und/oder separat am Ort des Zwischenspeichers vorgesehen sein.In one possible embodiment of the invention, the converter is integrated in the industrial truck. However, the converter can also be structurally connected to the buffer to form a unit and / or be provided separately at the location of the buffer.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Fahrzeugbatterie eine Lithium-Ionen-Batterie. Der Zwischenspeicher kann ebenfalls eine Batterie sein, bevorzugt eine Blei-Batterie, eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Gel-Batterie oder eine Vlies-Batterie.In a preferred embodiment, the vehicle battery is a lithium-ion battery. The buffer may also be a battery, preferably a lead battery, a lithium-ion battery, a gel battery or a fleece battery.

In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Wandler in dem Flurförderzeug integriert. Somit können Fahrzeuge mit unterschiedlicher Fahrzeugbatterie-Nennspannung mittels des fahrzeugintegrierten Wandlers an ein und dieselbe Zwischenspeicherbatterie angeschlossen werden. Es werden so keine unterschiedlichen Ladestationen benötigt.In one possible embodiment of the invention, the converter is integrated in the industrial truck. Thus, vehicles with different rated vehicle battery voltage can be connected by means of the vehicle-integrated converter to one and the same intermediate storage battery. There are no different charging stations needed.

Bevorzugt ist das Ladegerät zur Verbindung mit einem einphasigen Netzanschluss geeignet. Ein Aufladen des Zwischenspeichers ist auf diese Weise an jedem Ort möglich, an dem ein üblicher 230 V-Netzanschluss vorhanden ist.Preferably, the charger is suitable for connection to a single-phase power supply. A charging of the cache is possible in this way at any place where a conventional 230 V power supply is available.

In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenspeicher zum Aufladen der Fahrzeugbatterie für Spannungen über 20 Volt, insbesondere über 200 Volt ausgelegt. Das Aufladen der Fahrzeugbatterie bei hohen Spannungen erlaubt eine Verringerung der Verluste bei der Übertragung der Energie von dem Zwischenspeicher zu dem Wandler sowie eine Einsparung von Kupfer für die Ladekabel.In one possible embodiment of the invention, the buffer for charging the vehicle battery for voltages above 20 volts, in particular designed over 200 volts. Charging the vehicle battery at high voltages allows for a reduction in losses in transferring energy from the cache to the converter, as well as saving copper for the charging cables.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to drawings.

1 zeigt einen Prinzipschaltplan gemäß der Erfindung. 1 shows a schematic diagram according to the invention.

2 zeigt den Ladevorgang des Zwischenspeichers anhand des Prinzipschaltplans gemäß 1. 2 shows the charging of the buffer on the basis of the schematic diagram according to 1 ,

3 zeigt den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie anhand des Prinzipschaltplans gemäß 1. 3 shows the charging of the vehicle battery based on the schematic diagram according to 1 ,

Der in 1 dargestellte Prinzipschaltplan zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems. Hierbei ist ein Ladegerät 12 mit einem Netzanschluss 10 verbunden. Der Netzanschluss 10 kann ein verbreiteter, einphasiger Netzanschluss mit 230 V und 50 Hz sein. An das Ladegerät 12 ist ein Zwischenspeicher 14, beispielsweise eine Bleibatterie, angeschlossen. Der dargestellte, offene Schalter 13 symbolisiert, dass der Stromkreis zu dem Zwischenspeicher 14 nicht geschlossen ist. In der Praxis kann anstelle eines physischen Schalters der Stromkreis durch einfaches Anschließen und Nichtanschließen geschlossen bzw. geöffnet werden.The in 1 illustrated schematic diagram shows the basic structure of the method or system according to the invention. Here is a charger 12 with a mains connection 10 connected. The power connection 10 can be a common, single-phase power supply with 230 V and 50 Hz. To the charger 12 is a cache 14 , For example, a lead acid battery connected. The illustrated, open switch 13 symbolizes that the circuit to the cache 14 not closed. In practice, instead of a physical switch, the circuit can be closed or opened by simply connecting and disconnecting.

Mit dem Zwischenspeicher 14 ist die Fahrzeugbatterie 18 über einen Wandler 16 verbunden. Der Wandler 16, bevorzugt ein DC/DC-Wandler, bestimmt die Spannung und den Ladestrom zum Laden der Fahrzeugbatterie 18.With the cache 14 is the vehicle battery 18 over a converter 16 connected. The converter 16 , A DC / DC converter, determines the voltage and the charging current for charging the vehicle battery 18 ,

2 veranschaulicht den Stromfluss beim Laden des Zwischenspeichers 14. Der Schalter 13 ist geschlossen bzw. das Ladegerät 12 ist mit dem Zwischenspeicher 14 verbunden. Das Ladegerät 12 weist einen Gleichrichter auf, der den aus dem Netz gelieferten Wechselstrom in einen Gleichstrom zum Laden des Zwischenspeichers 14 umwandelt. Es wird hier mit geringer Ladeleistung geladen. Entsprechend kann der Ladevorgang des Zwischenspeichers 14 über einen langen Zeitraum, beispielsweise über Nacht, stattfinden. 2 illustrates the flow of electricity when loading the cache 14 , The desk 13 is closed or the charger 12 is with the cache 14 connected. The charger 12 has a rectifier which converts the AC power supplied from the grid into a DC current for charging the latch 14 transforms. It is charged here with low charging power. Accordingly, the charging process of the buffer 14 over a long period of time, for example overnight.

Der geschlossene Schalter 15 in 3 veranschaulicht nun, dass der Zwischenspeicher 14 mit der Fahrzeugbatterie verbunden, und der Stromkreis geschlossen ist. Mittels des Wandlers 16 wird die Fahrzeugbatterie 18 in kurzer Zeit mit hohen Ladeströmen, z. B. 200 A, geladen bzw. nachgeladen. Diese Ladeströme sind deutlich höher, als es durch einen Ladevorgang mittels des eingangsseitigen Ladegerätes 12 möglich wäre. Auf diese Weise ist eine Schnellladung oder ein Ladevorgang paralleler Batteriezellen mit hohen Stromraten innerhalb kurzer Zeit möglich.The closed switch 15 in 3 now illustrates that the cache 14 connected to the vehicle battery, and the circuit is closed. By means of the converter 16 becomes the vehicle battery 18 in a short time with high charging currents, z. B. 200 A, charged or recharged. These charging currents are significantly higher than by a charging process by means of the input-side charger 12 it is possible. In this way, a fast charging or charging parallel battery cells with high flow rates within a short time is possible.

Claims (9)

Verfahren zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie (18) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Flurförderzeugs, mit den folgenden Verfahrensschritten: • Aufladen eines Zwischenspeichers (14) mit einer ersten Ladeleistung mittels eines Ladegerätes (12), • Aufladen der Fahrzeugbatterie (18) aus dem Zwischenspeicher (14) mittels eines Wandlers (16) mit einer zweiten Ladeleistung, wobei die erste Ladeleistung kleiner ist als die zweite Ladeleistung.Method for charging a vehicle battery ( 18 ) of a vehicle, in particular an industrial truck, with the following method steps: • charging a temporary storage device ( 14 ) with a first charging power by means of a charger ( 12 ) • Charging the vehicle battery ( 18 ) from the cache ( 14 ) by means of a transducer ( 16 ) with a second charging power, wherein the first charging power is smaller than the second charging power. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät (12) aus einem einphasigen Netzanschluss (10) gespeist wird.Method according to claim 1, characterized in that the charger ( 12 ) from a single-phase mains connection ( 10 ) is fed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladen der Fahrzeugbatterie (18) aus dem Zwischenspeicher (14) bei Zwischenspeicherspannungen über 20 Volt, insbesondere über 200 Volt durchgeführt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the charging of the vehicle battery ( 18 ) from the cache ( 14 ) is carried out at intermediate storage voltages over 20 volts, in particular over 200 volts. System zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie (18) umfassend ein Flurförderzeug mit einer Fahrzeugbatterie (18), einen Wandler (16) und einen Zwischenspeicher (14), wobei der Zwischenspeicher (14) mittels eines Ladegerätes (12) mit einer ersten Ladeleistung aufladbar ist und die Fahrzeugbatterie (18) mittels des Wandlers (16) mit einer zweiten Ladeleistung aus dem Zwischenspeicher (14) aufladbar ist, wobei die erste Ladeleistung kleiner ist als die zweite Ladeleistung.System for charging a vehicle battery ( 18 ) comprising an industrial truck with a vehicle battery ( 18 ), a converter ( 16 ) and a cache ( 14 ), the cache ( 14 ) by means of a charger ( 12 ) is chargeable with a first charging power and the vehicle battery ( 18 ) by means of the converter ( 16 ) with a second charging power from the buffer ( 14 ) is chargeable, wherein the first charging power is smaller than the second charging power. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (16) in dem Flurförderzeug integriert ist.System according to claim 4, characterized in that the transducer ( 16 ) is integrated in the truck. Flurförderzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (18) eine Li-Ionen-Batterie ist.Truck according to claim 4 or 5, characterized in that the vehicle battery ( 18 ) is a Li-ion battery. Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (14) eine Blei-Batterie, eine Li-Ionen-Batterie, eine Gel-Batterie oder eine Vlies-Batterie ist.Truck according to one of claims 4 to 6, characterized in that the temporary storage ( 14 ) is a lead battery, a Li-ion battery, a gel battery or a fleece battery. Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät (12) zur Verbindung mit einem einphasigen Netzanschluss geeignet ist.Truck according to one of claims 4 to 7, characterized in that the charger ( 12 ) is suitable for connection to a single-phase mains connection. Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (14) zum Aufladen der Fahrzeugbatterie (18) für Spannungen über 20 Volt, insbesondere über 200 Volt ausgelegt ist.Truck according to one of claims 4 to 8, characterized in that the temporary storage ( 14 ) for charging the vehicle battery ( 18 ) is designed for voltages over 20 volts, in particular over 200 volts.
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