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Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für eine batterie-elektrisch betriebene mobile Arbeitsmaschine.
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Für elektrisch angetriebene Flurförderzeuge, wie beispielsweise Gabelstapler, aber auch allgemein für elektrisch angetriebene mobile Arbeitsmaschinen werden nach heutigem Stand der Technik in der Regel Traktionsbatterien verwendet, die als Blei-Säure- Batterien und deren Unterarten ausgebildet sind und über die die Stromversorgung eines Fahrantriebs und eines elektrischen Antriebs von Hydraulikpumpen für eine Arbeitshydraulik erfolgt. Um eine lange Lebensdauer der Bleibatterie zu erreichen, müssen Tiefentladungen vermieden werden. Hierfür ist die Erfassung des Ladezustands erforderlich, durch die auch gewährleistet werden kann, dass eine Bedienperson des Flurförderzeugs rechtzeitig informiert wird über einen abnehmenden Ladezustand der Bleibatterie, so dass eine Ladestation für die Bleibatterie bzw. eine Wechselstation zum Austausch der Bleibatterie noch in jedem Fall erreicht werden kann und das Fahrzeug nicht an ungeplanter Stelle liegen bleibt. Die Erfassung des Ladezustands dieser Bleibatterie geschieht in der Regel in der elektrischen Anlage des Flurförderzeugs, in der beispielsweise eine Ruhespannung der Bleibatterie erfasst wird und aus diesem Wert der Ladezustand ermittelt wird, auch bezeichnet als „State of Charge“ (SOC).
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Als neuere Technologie werden zunehmend Traktionsbatterien auf Lithium-Ionen-Basis eingesetzt, die deutlich größere Batteriekapazitäten und insbesondere eine größere Leistungsdichte als Vorteile bieten. Diese Lithium-Ionenbatterien benötigen eine Überwachungselektronik, um unsichere Zustände wie Über- oder Tiefentladung zu verhindern. Zusätzlich zu diesen beiden Sicherheitsfunktionen ist bekannt, diese Überwachungselektronik zu einer Batteriesteuervorrichtung bzw. einem Batteriemanagementsystem zu erweitern, das die Betriebsdaten der Traktionsbatterie erfasst und für andere Anwendungen, insbesondere ein Fahrzeugsteuersystem des zugehörigen Fahrzeugs, etwa eines Flurförderzeugs, über eine Kommunikationsverbindung, insbesondere eine eigene, getrennte Datenleitung oder eine drahtlose Verbindung zur Verfügung stellt. Beinhalten die Daten auch den Ladezustand der Traktionsbatterie und werden die Daten während des Betriebs kontinuierlich übertragen, so kann der Ladezustand von einem Fahrzeugsteuersystem des Flurförderzeugs ausgelesen und für einen Benutzer des Flurförderzeugs in einem Anzeigesystem, etwa einem Display am Fahrerarbeitsplatz, direkt angezeigt werden.
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Verschiedene Arten von Traktionsbatterie haben verschiedene Charakteristika beim Laden und Entladen die bei der Berechnung des Ladezustands einer Traktionsbatterie zu berücksichtigen sind, etwa indem verschiedene Kennlinienfelder sowie auch Algorithmen für die Berechnung zum Einsatz kommen. Soll ein Flurförderzeug mit verschiedenen Arten von Traktionsbatterien betrieben werden, müssen alle Kennlinienfelder und Algorithmen abgespeichert sein und es muss die jeweils benutzte Art von Traktionsbatterie in dem Fahrzeugsteuersystem des Flurförderzeugs durch eine Eingabe eingestellt werden.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass dieser Schritt von einer Bedienperson bzw. einem Fahrer durchgeführt werden muss, wodurch eine mögliche Fehlerquelle entsteht, da die Traktionsbatterie unter Umständen äußerlich ähnlich aussehen können. Passen die im Flurförderzeug durch die Eingabe eingestellte Art der Traktionsbatterie und die tatsächlich genutzte Traktionsbatterie nicht zueinander, kann dies dazu führen, dass für eine Traktionsbatterie zu lange ein zulässiger Ladezustand angezeigt wird und die Batterie dennoch in einen Zustand einer Tiefentladung gebracht wird. Ebenso kann es dazu kommen, dass eine Traktionsbatterie zu früh als „entladen" angezeigt wird, wodurch Sicherheitsabschaltungen und Funktionsbeschränkungen in dem Flurförderzeug aktiviert werden können. In beiden Fällen wird die Traktionsbatterie nicht optimal genutzt und unter Umständen geschädigt.
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Aus der
DE 10 2008 019 810 A1 ist ein Flurförderzeug mit einer Traktionsbatterie bekannt, bei dem über eine drahtlos Kommunikationsverbindung Daten und Informationen ausgetauscht werden. Zur eindeutigen Zuordnung und Identifizierung wird dabei von dem Flurförderzeug eine Abfolge von Stromimpulsen, bei denen es sich auch um sonstige Signale handeln kann, über die Leistungsanschlüsse an die Batterie übertragen und durch diese erkannt. Dadurch erfolgt eine Identifizierung der Zuordnung zwischen einer bestimmten, mit einem Sender ausgestattet Batterie und dem Flurförderzeug.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Traktionsbatterie für eine batterie-elektrisch betriebene mobile Arbeitsmaschine sowie eine batterieelektrisch betriebenen mobilen Arbeitsmaschine zur Verfügung zu stellen, bei denen die Art der Traktionsbatterie auf einfache Art und Weise erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Traktionsbatterie für eine batterie-elektrisch betriebene mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine batterieelektrisch betriebenen mobilen Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird durch eine Traktionsbatterie für eine batterie-elektrisch betriebene mobile Arbeitsmaschine gelöst, bei der ein Steckverbinder der Leistungsanschlüsse ein Codierelement zur Identifizierung der Art der Traktionsbatterie enthält.
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Dadurch ist es möglich, Batterietypen zu identifizieren und entweder Anpassungen der Betriebsweise der Traktionsbatterie vorzunehmen, beispielsweise durch eine mit der Traktionsbatterie verbundene Elektronik, oder durch das Codierelement einen Betrieb in einer unerlaubten Kombination zwischen mobiler Arbeitsmaschine und Traktionsbatterie zu verhindern.
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Das Codierelement kann mindestens einen elektrischen Kontakt umfassen.
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Dadurch kann vorteilhaft das Codierelement so ausgeführt werden, dass eine Verbindung des Steckverbinders mit einem Fahrzeugsteckverbinder in jedem Fall möglich ist, jedoch gleichzeitig auch eine Identifizierung des Batterietyps über ein elektrisches Signal zur Verfügung steht. Dabei kann grundsätzlich schon über einen elektrischen Kontakt gegenüber einer allgemeinen Masse, etwa einem Minusanschluss der Leistungsanschlüsse der Traktionsbatterie aber auch gegenüber einem anderen Potential eine Signalisierung erfolgen. Wenn die Kontakte vorteilhaft nicht als Stifte ausgeführt werden, besteht auch nicht die Gefahr, dass die Stifte abgebrochen werden können. Abgebrochene Stifte würden dazu führen, dass die Traktionsbatterie nicht mehr funktionsfähig ist, da die Codierungsfunktion fehlt.
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Vorteilhaft umfasst das Codierelement zwei elektrische Kontakte.
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In der Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Kontakt oder zwischen den Kontakten des Codierelements ein Widerstandswert messbar, durch den die Art der Traktionsbatterie bestimmt ist.
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Dies kann als einfaches Bauelement allein in dem Steckverbinder ohne zusätzliche Elektronik verwirklicht werden. Insbesondere ist keine zusätzliche Kabelverbindung zu einer Elektronik auf Seiten der Traktionsbatterie erforderlich. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Widerstandswert in einer Elektronik der Traktionsbatterie anzuordnen und über zusätzliche Kabel anzuschließen.
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Vorteilhaft ist an dem Kontakt oder zwischen den Kontakten des Codierelements eine Spannung messbar, durch die die Art der Traktionsbatterie bestimmt ist.
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Insbesondere kann diese Anpassung dann flexibel gestaltet werden, indem beispielsweise die Spannung durch eine Elektronik der Traktionsbatterie zur Verfügung gestellt wird und etwa durch Programmierung veränderlich ist.
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Der Kontakt oder die Kontakte des Codierelements können Steckerstifte sein. Dadurch ist es möglich, ein Codierelement vorzusehen, bei dem der Steckverbinder sich mit Fahrzeugsteckverbindern nicht verbinden lässt, die für das Codierelement nicht vorgesehen sind. Eine Verbindung mit einem Fahrzeugsteckverbinder ist nur dann möglich ist, wenn das entsprechende Codierelement vorgesehen ist, etwa eine Ausnehmung oder eine dem Steckerstift zugeordnete Buchse. Dadurch kann etwa erreicht werden, dass bei einem dafür vorgesehenen Fahrzeugsteckverbinder und entsprechenden mobilen Arbeitsmaschinen der Batterietyp erkannt werden kann und zugleich eine herkömmliche Traktionsbatterie ohne einen entsprechenden Steckerstift, beispielsweise eine Bleibatterie sich dennoch verbinden lässt, jedoch im umgekehrten Fall eine erfindungsgemäße Traktionsbatterie sich nicht mit einem Fahrzeugsteckverbinder einer mobilen Arbeitsmaschine verbinden lässt, die hierfür nicht vorgesehen ist. In diesem letzteren Fall wird durch die Steckerstifte, für die keine entsprechenden Buchsen oder Ausnehmungen vorhanden sind, eine Verbindung verhindert.
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Vorteilhaft bestimmt das Codierelement durch die äußere Form die Art der Batterie und wirkt formschlüssig mit einem Fahrzeugsteckverbinder der mobilen Arbeitsmaschine zusammen.
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Das Codierelement kann ein Stift sein, durch dessen Querschnittsprofil die Art der Batterie bestimmt ist.
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Ein solcher hervorstehender Stift, der in eine entsprechende Ausnehmung geschoben wird, kann zum Beispiel an einer Seitenfläche eine Kontur, wie etwa eine quadratische, eine dreieckige aber auch eine kreisförmige Form aufweisen. Durch diese wird sichergestellt, dass er mit einem Gegenelement, etwa einer Ausnehmung, nur dann zusammenwirken kann und sich zusammenschieben lässt, wenn eine zulässige Kombination vorliegt. Dabei kann die Gestaltung auch so ausgebildet sein, dass mit einer Mehrzahl von Formen ein Zusammenwirken möglich ist.
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Die Traktionsbatterie kann eine Lithium-Ionenbatterie, eine Nickel-Cadmiumbatterie oder eine Nickel-Metallhydridbatterie sein.
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Eine Nickel-Cadmiumbatterie oder eine Nickel-Metallhydridbatterie benötigt wie eine Lithium-Ionenbatterie eine Batteriesteuervorrichtung. Weiterhin weisen diese Batterien auch abweichende Kennlinien der Spannung während der Entladung auf. Daher ist es von besonderem Vorteil, wenn diese Batterietypen sicher erkannt werden bzw. wenn eine nicht zulässige Nutzung einer solchen Batterie in einem nicht für derartige Typen von Traktionsbatterien vorbereiteten Flurförderzeug verhindert wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Traktionsbatterie eine Batteriesteuervorrichtung zur Erfassung von Betriebsdaten der Traktionsbatterie und zur Anpassung einer Ausgangsspannung der Traktionsbatterie an den Leistungsanschlüssen während eines Entladebetriebs sowie Kommunikationsmittel zur Übertragung von mindestens einem Parameter der Traktionsbatterie an die mobile Arbeitsmaschine auf.
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Die Entladekurve bzw. Kennlinie einer Bleibatterie ist oftmals in mobilen Arbeitsmaschinen hinterlegt, um die Restladung der Traktionsbatterie berechnen zu können. Traktionsbatterien mit anderer Technik als Bleibatterien benötigen häufig eine Batteriesteuervorrichtung, die zumeist u.a. den Ladezustand berechnet und über die Kommunikationsmittel an das Fahrzeugsteuersystem sendet. Abhängig von dem erkannten Batterietyp kann dann als Parameter von der Batteriesteuervorrichtung beispielsweise der Ladezustand an das Fahrzeugsteuersystem übertragen werden, so dass dieser Ladezustand für eine Bedienperson angezeigt werden kann. Mit der Erfindung wird eine zuverlässige Erkennung des Batterietyps möglich.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine mobile Arbeitsmaschine, die batterieelektrisch betrieben wird und ein Batteriefach zur Aufnahme einer Traktionsbatterie sowie einen Fahrzeugsteckverbinder zum Anschluss der Traktionsbatterie aufweist, wobei der Fahrzeugsteckverbinder zur Verbindung mit einer zuvor beschriebenen Traktionsbatterie ausgebildet ist und ein mit dem Codierelement des Steckverbinders der Traktionsbatterie zusammen wirkendes Gegenpart-Codierelement aufweist.
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Die mobile Arbeitsmaschine weist die entsprechenden bereits zuvor genannten Vorteile auf. Insbesondere kann auf Seiten der mobilen Arbeitsmaschine durch ein Fahrzeugsteuersystem eine Auswertung eines Signals an den elektrischen Kontakten des Codierelements erfolgen oder ein Widerstandswert an den elektrischen Kontakten des Codierelements überprüft werden.
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Vorteilhaft ist die mobile Arbeitsmaschine ein Flurförderzeug, insbesondere ein Gabelstapler.
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Vorteilhaft weist das Codierelement des Fahrzeugsteckverbinders Buchsen auf, die den zuvor beschriebenen Steckerstiften einer Traktionsbatterie entsprechen.
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Dadurch kann bei einem dafür vorgesehenen Fahrzeugsteckverbinder und entsprechend vorgesehener mobiler Arbeitsmaschine der Batterietyp erkannt werden und zugleich eine herkömmliche Bleibatterie als Traktionsbatterie ohne einen entsprechenden Steckerstift eingesetzt werden.
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Vorteilhaft ist der Fahrzeugsteckverbinder aufgrund des Codierelements nicht mit einem Steckverbinder einer zuvor beschriebenen Traktionsbatterie verbindbar, die eine Lithium-Ionenbatterie, eine Nickel-Cadmiumbatterie oder eine Nickel-Metallhydridbatterie ist.
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Insbesondere durch eine mechanische Blockierung kann sicher verhindert werden, dass eine unzulässige Kombination aus Traktionsbatterie und mobiler Arbeitsmaschine in Betrieb genommen wird.
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Es ist auch denkbar, eine Identifizierung der Traktionsbatterie durch ein über die Anschlusskabel übertragenes zusätzliches Signal zu erreichen. Umgekehrt kann auch die mobile Arbeitsmaschine ein Signal über die Anschlusskabel zusätzlich senden, durch das eine Elektronik der Traktionsbatterie die mobile Arbeitsmaschine identifizieren kann.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine schematische Ansicht eine erfindungsgemäße Traktionsbatterie mit mobiler Arbeitsmaschine,
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2 schematisch eine Kombination aus Steckverbinder und Fahrzeugsteckverbinder,
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3 schematisch eine Kombination aus einem Steckverbinder einer herkömmlichen Bleibatterie mit einem Fahrzeugsteckverbinder einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine und
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4 eine Kombination von mechanischen Codierelementen.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine 1 in einem Ausführungsbeispiel als Flurförderzeug 2, hier in Form eines Gabelstaplers 3 mit einer in ein Batteriefach 4 einsetzbaren erfindungsgemäßen Lithium-Ionenbatterie 6 als Traktionsbatterie 5. Die Lithium-Ionenbatterie 6 weist eine an der Traktionsbatterie 5 angeordnete Batteriesteuervorrichtung 7 auf. Ein Steckverbinder 8 an einem Anschlusskabel 9 ermöglicht den elektrischen Anschluss mit dem Flurförderzeug 2, wenn die Traktionsbatterie 5 in das Batteriefach 4 eingesetzt wird. Daneben können noch zusätzliche, hier nicht dargestellte Verbindungsleitungen oder eine drahtlose Verbindung für eine Verbindung der Batteriesteuervorrichtung 7 mit einem Fahrzeugsteuersystem des Flurförderzeugs 2 vorgesehen sein. Ein Fahrzeugsteckverbinder 10 mit einem Fahrzeuganschlusskabel 16 ist auf Seiten des Flurförderzeugs 2 für den elektrischen Anschluss der Traktionsbatterie 5 vorgesehen. Das als Gabelstapler 3 ausgebildete Flurförderzeug 2 weist einen Hubmast 11 mit einer Lastgabel 12 sowie einem Gegengewicht 13 auf. Zwischen einer Vorderachse 14 und einer Hinterachse 15 ist das Batteriefach 4 angeordnet. In dem eingesetzten Zustand kann der Traktionsbatterie 5 elektrische Leistung entnommen werden und können ein nicht dargestellter Fahrantrieb sowie die weiteren Funktionen des Flurförderzeugs 2 angetrieben werden, etwa eine Arbeitshydraulik des Hubmastes 11.
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Die 2 zeigt schematisch eine Kombination aus dem Steckverbinder 8 und dem Fahrzeugsteckverbinder 10 in der 1. Über das Anschlusskabel 16 ist der Fahrzeugsteckverbinder 10 mit einer elektrischen Anlage 17 des Flurförderzeugs 2 verbunden und weist Buchsen 22 als elektrische Kontakte 23 eines Codierelements 24 auf. Die Kontakte 23 sind über zusätzliche Signalleitungen 21 mit der elektrischen Anlage 17 des Flurförderzeugs 2 verbunden.
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Steckerstifte 18 bilden als elektrische Kontakte 19 ein Codierelement 20 des Steckverbinders 8 der Traktionsbatterie 5 und sind mit einem Widerstand 25 in dem Steckverbinder 8 verbunden. Der Steckverbinder 8 ist über das Anschlusskabel 9 mit der Traktionsbatterie 5 verbunden.
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Die 3 zeigt schematisch eine Kombination aus einem Steckverbinder 32 einer herkömmlichen Bleibatterie 31 als Traktionsbatterie 5 mit dem Fahrzeugsteckverbinder 10 der erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine der 1. Über das Anschlusskabel 16 ist der Fahrzeugsteckverbinder 10 mit der elektrischen Anlage 17 des Flurförderzeugs 2 verbunden und weist die Buchsen 22 als elektrische Kontakte 23 des Codierelements 24 auf. Die Kontakte 23 sind über die Signalleitungen 21 mit der elektrischen Anlage 17 des Flurförderzeugs 2 verbunden. Der Steckverbinder 32 ist über das Anschlusskabel 9 mit der Bleibatterie 31 als Traktionsbatterie 5 verbunden.
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Wenn der Fahrzeugsteckverbinder 10 mit dem Steckverbinder 8 in der 2 verbunden wird, kann sowohl durch die Batteriesteuervorrichtung 7 in der Traktionsbatterie 5 wie auch gleichzeitig oder alternativ in dem Fahrzeugsteuersystem des Flurförderzeugs 2 als Teil der elektrischen Anlage 17 eine Auswertung eines Widerstandswertes oder einer Spannung erfolgen, um die richtige Zuordnung von Traktionsbatterie 5 zu mobiler Arbeitsmaschine 1 zu überprüfen bzw. um Anpassungen an den Batterietyp auf Seiten der mobilen Arbeitsmaschine 1 vorzunehmen. Ebenso kann auch die Traktionsbatterie 5 aufgrund der Informationen in der Batteriesteuervorrichtung 7 Anpassungen vornehmen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Fahrzeugsteuersystem über die Signalleitungen 21 den Widerstand 25 bestimmen und aus dem Widerstandswert des Widerstands 25 den Typ der Traktionsbatterie 5 erkennen. Wenn jedoch ein entsprechender Fahrzeugsteckverbinder einer mobilen Arbeitsmaschine die Buchsen 22 nicht aufweist, so lässt sich der Steckverbinder 8 nicht verbinden und es kann nicht zu einer unzulässigen Verwendung einer Traktionsbatterie 5 mit einer anderen Technologie, beispielsweise einer Lithium-Ionenbatterie, in einer mobilen Arbeitsmaschine 1, insbesondere einem Flurförderzeug 2, kommen, die nicht dafür eingerichtet ist, diesen Typ von Traktionsbatterie 5 zu verwenden. Umgekehrt ist es jedoch möglich, dass bei einer erfindungsgemäßen, mobilen Arbeitsmaschine 1 eine klassische Bleibatterie 31 eingesetzt wird, wie in der schematischen Darstellung der 3 verdeutlicht ist. Der Steckverbinder 32 der Bleibatterie 31 weist keine Steckerstifte auf und kann daher mit dem Fahrzeugsteckverbinder 10 verbunden werden. Das Fahrzeugsteuersystem erkennt jedoch an dem fehlenden Widerstandswert des Widerstands 25, dass eine herkömmliche Bleibatterie 32 mit der mobilen Arbeitsmaschinen 1 verbunden ist und kann folglich entsprechende Anpassungen an der mobilen Arbeitsmaschine für einen Betrieb mit einer herkömmlichen Bleibatterie 32 vornehmen.
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Die 4 zeigt eine Kombination von mechanischen Codierelementen. Ein mechanischer Stift 26 als Codierelement 27 der mobilen Arbeitsmaschine 1 lässt sich mit einem entsprechenden mechanischen Stift 28 als Codierelement 29 der Traktionsbatterie 5 aufgrund eines rechteckigen Vorsprungs 30 nur in der passenden Kombination in die Zeichnungsebene hinein zusammen schieben. Dadurch wird eine Verbindung des Fahrzeugsteckverbinders 10 mit dem Steckverbinder 8 nur möglich, wenn der Batterietyp zulässig ist. Dadurch wird verhindert, dass eine bestimmte Art von Traktionsbatterien 5, beispielswiese eine Lithium-Ionenbatterie, an ein Flurförderzeug 2 angeschlossen werden kann, das nicht für diese Art von Traktionsbatterie vorbereitet ist.
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Es ist denkbar, eine Codierung mit Steckerstiften 18 sowie passenden Buchsen 22, wie sie mit Bezug auf die 2 beschrieben ist, mit einer Codierung durch mechanische Stifte 26, 28 zu kombinieren, wie sie in der 4 beschrieben ist. Dadurch ist eine doppelte Sicherung möglich.
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Die Erfindung lässt sich ganz allgemein bei jeglicher Art von batterie-elektrisch angetriebenen mobilen Arbeitsmaschinen einsetzen, aber auch bei anderen Ausführungsformen von Flurförderzeugen wie zum Beispiel Gabelhubwagen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008019810 A1 [0006]
