DE102014102525A1 - Batterie für ein Flurförderzeug - Google Patents

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Henning Kröger
Adrian Kautsky
Christian Fischer
Hans-Georg Brauer
Nils von Thienen
Dietrich Vahldiek
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Abstract

Batterie für ein Flurförderzeug mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einer Batterieüberwachungseinrichtung, die für mindestens eine der Batteriezellen deren Spannung überwacht, wobei die Batterie ein Batteriegehäuse mit elektrischen Kontakten aufweist, wobei das Batteriegehäuse einen zusätzlichen Energieversorgungsanschluss und/oder eine zusätzliche Energieversorgungseinheit aufweist, die die Batterieüberwachungseinrichtung mit elektrischer Leistung versorgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie für ein Flurförderzeug, wobei die Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen und eine Batterieüberwachungseinrichtung aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einem zugehörigen Batteriemanagementsystem.
  • Aus DE 33 19 567 A1 ist eine Vorrichtung zur Erhaltung der Ladung in Akkumulatorbatterien, insbesondere bei Starterbatterien von Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen bekannt geworden. Eine Dynamomaschine ist als Ladegerät vorgesehen, um entnommene Energie zu ersetzen. Zusätzlich ist eine photovoltaische Generatoranlage vorgesehen, die zur Deckung der durch Selbstentladung entstehenden Ladungsverluste während einer Bereitschaftszeit dient. Sie weist Solarzellen auf, die beispielsweise an der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs befestigt werden können und über die Steckdose des elektrischen Zigarettenanzünders mit der Batterie verbunden werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie für ein Flurförderzeug zu schaffen, die auch bei längerer Zeit der Nichtbenutzung einsatzbereit bleibt.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Batterie ist für ein Flurförderzeug mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einer Batterieüberwachungseinrichtung vorgesehen. Die Batterieüberwachungseinrichtung überwacht für mindestens eine der Batteriezellen deren Spannung, wobei die Batterie ein Batteriegehäuse mit elektrischen Kontakten besitzt, die zur Versorgung der an Bord befindlichen Verbraucher und/oder eines externen Ladegeräts vorgesehen sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse einen zusätzlichen Energieversorgungsanschluss und/oder eine zusätzliche Energieversorgungseinheit aufweist, der die Batterieüberwachungseinrichtung bevorzugt während einer Lagerphase, in der keine Leistungsentnahme aus der Batterie erfolgt, mit elektrischer Ladung versorgt. Batterien für Flurförderzeuge werden üblicherweise im geladenen Zustand gelagert. Hierbei überwacht die Batterieüberwachungseinrichtung fortlaufend die Spannungsgleichheit in den einzelnen Batteriezellen bzw. in den zu Stacks zusammengefassten Batteriezellen. Die Batterieüberwachungseinrichtung verbraucht für ein Messen der Spannung in den Batteriezellen und gegebenenfalls ein Ausbalancieren der Spannung zwischen den Batteriezellen elektrische Leistung. Bei der erfindungsgemäßen Batterie wird diese Leistung, wann immer möglich, über den zusätzlichen Energieversorgungsanschluss und/oder der zusätzlichen Energieversorgungseinheit bereitgestellt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Batterieüberwachungseinrichtung an der Batterie länger, bei ausreichender Versorgung sogar unbegrenzt, zur Verfügung steht und so jederzeit den Ladezustand und den Status der Batterie mitteilen kann, beispielsweise einem externen Ladegerät oder einem Servicemitarbeiter.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist als zusätzliche Energieversorgungseinheit eine Photovoltaikanlage vorgesehen. Mit der Photovoltaikanlage wird einfallendes Licht in eine elektrische Versorgungsspannung für die Batterieüberwachungseinrichtung umgewandelt. Bei ausreichendem Lichteinfall kann die Batterie so nahezu unbegrenzt gelagert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zusätzliche Energieversorgungseinheit mit einer Hilfsbatterie ausgestattet. Die Hilfsbatterie kann beispielsweise eine handelsübliche Kleinbatterie sein, über die eine Versorgungsspannung für die Batterieüberwachungseinrichtung aufgebaut wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der vorgesehene zusätzliche Energieversorgungsanschluss zur Verbindung mit einer externen Spannungsversorgung vorgesehen. Eine solche externe Spannungsversorgung kann kabellos, bevorzugt induktiv oder leitungsgebunden erfolgen. Durch die externe Spannungsversorgung kann die Batterie an ihrem Lagerplatz, unabhängig von einem Aufladen durch ein Ladegerät, mit einer ausreichenden Spannung versehen sein, so dass über die Batterieüberwachungseinrichtung es nicht zu einer Entladung der Batterie kommt. Auch kann über den Energieversorgungsanschluss die Batterieüberwachungseinrichtung und damit auch die Batterie selbst wieder reaktiviert werden, beispielsweise um eine Diagnose der Batterie durchzuführen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist mindestens ein Kondensator vorgesehen, der die Versorgung der Batterieüberwachungseinrichtung zusätzlich unterstützt. Der Kondensator kann dazu eingesetzt werden, bei nachlassender oder unzureichender Spannungsversorgung, die Batterieüberwachungseinrichtung mit ihrer Elektronik unterstützend zu versorgen.
  • In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist die Batterieüberwachungseinrichtung ausgebildet, um den Zustand der Batteriezellen auszulesen und Spannungsunterschiede zwischen diesen auszubalancieren. Bei Lithium-Ionen-Batterien wir eine solche Batterieüberwachungseinrichtung auch als Batteriemanagementsystem (BMS) bezeichnet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Batterie besitzt die Batterieüberwachungseinrichtung zusätzlich die Aufgabe, Daten zu der mindestens einen Batteriezelle auszulesen und für einen externen Zugriff, bevorzugt durch ein Ladegerät, bereitzustellen oder an ein Batteriemanagementsystem weiterzuleiten.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Photovoltaikanlage in das Batteriegehäuse integrierte Photozellen auf. Auf diese Weise wird bei der Lagerung der Batterie, beispielsweise in einem Regal oder dergleichen, von der Photozelle Leistung für die Batterieüberwachungseinrichtung erzeugt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Batterie zudem mit einem Heizelement ausgestattet, das von der zusätzlichen Energieversorgungseinheit und/oder über den zusätzlichen Energieversorgungsanschluss gespeist werden kann. In dieser Ausgestaltung besitzt die Batterieüberwachungseinrichtung bevorzugt einen Temperatursensor, der bei Unterschreiten einer Mindesttemperatur einen Heizvorgang einleitet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zusätzliche Energieversorgungsanschluss mit einer elektrischen Steckverbindung für eine kabelgebundene Energieversorgung ausgestattet. Ebenso kann der zusätzliche Energieversorgungsanschluss auch als kabellose Spannungsversorgung ausgebildet sein. Bevorzugt wird als kabellose Spannungsversorgung eine induktive Spannungsversorgung eingesetzt.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie werden nachfolgend der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen schematischen Schaltplan mit Solarzellen,
  • 2 einen schematischen Schaltplan für eine Batterie mit mehreren Stacks von Batteriezellen,
  • 3 in einem schematischen Schaltplan die Verwendung eines Solarmoduls,
  • 4 in einem schematischen Schaltplan die Verwendung einer primären oder sekundären Spannungsversorgung für die Batterie, und
  • 5 in einer schematischen Ansicht eine kabellose Spannungsversorgung der Batterie.
  • 1 zeigt eine Reihe von Batteriezellen 10, die in Serie zusammengeschaltet sind. Die zusammengeschalteten Batteriezellen 10 sind mit Anschlusskontakten 12, 14 der Batterie elektrisch verbunden. Die Batteriezellen können auch in einem Stack zusammengefasst sein. Ein Batteriemanagementsystem 16, das als Batterieüberwachungseinrichtung funktioniert, ist über Messleitungen 18, 20 mit den Batteriezellen 10 verbunden. Über die Messleitungen 18, 20 kann der Zustand jeder der Batteriezellen 10 ausgelesen werden. Treten Spannungsungleichheiten zwischen den Batteriezellen auf, so kann ein von dem Batteriemanagementsystem 16 kontrollierter Balanciervorgang für die Batteriezellen 10 eingeleitet werden. Neben der Steuerung des Balanciervorgangs kann das Batteriemanagementsystem 16 auch die Temperatur der Batteriezellen 10 überwachen. Die im Batteriemanagementsystem 16 gesammelten Daten zu dem Zustand der Batteriezellen 10 liegen an den Anschlüssen 22, 24 an. Die Anschlüsse 22, 24 sind Datenanschlüsse, über die Daten zu der Batterie und gegebenenfalls zu ihren Batteriezellen ausgelesen werden können. Räumlich können die Anschlüsse 22, 24 durchaus benachbart zu den Batteriekontakten 12, 14 sein, so dass bei dem Anschluss eines externen Ladegeräts über einen gemeinsamen Steckverbinder zunächst die Daten aus dem Batteriemanagementsystem und eine Leistungsverbindung für die Batteriezellen erfolgen kann.
  • Das Batteriemanagementsystem wird über drei Solarzellen 26, 28 und 30 gespeist. Die Solarzellen 26, 28, 30 sind in das Gehäuse der Batterie integriert und können beispielsweise auf verschiedensten Seiten des Gehäuses angeordnet sein, so dass sie stets Lichteinfall haben, unabhängig von der Orientierung der stehenden Batterie. Die Solarzellen sind über eine Diode 32 mit ihren Leitungen 34 und 36 mit dem Batteriemanagementsystem 16 verbunden. Parallel zu den Photozellen ist ein Stützkondensator 38 geschaltet. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Supercap-Kondensator handeln.
  • Das Batteriemanagementsystem 16 ist über einen Schalter 40 mit den Photozellen 26, 28, 30 verbunden. Der Schalter 40 wird über die Steuerleitung 42 von dem Batteriemanagementsystem aus betätigt. Bei geschlossenem Schalter 40 liegt die von den Solarzellen 26, 28, 30 erzeugte Spannung an dem Batteriemanagementsystem 16 an. Über einen zweiten Schalter 44, der über die zweite Steuerleitung 46 von dem Batteriemanagementsystem steuerbar ist, kann das Batteriemanagementsystem zu seiner Versorgung auch an die Batteriezellen 10 angeschlossen werden. Für die Versorgung des Batteriemanagementsystems 16 stehen also insgesamt die drei Solarzellen 26, 28, 30, der Kondensator 38 und, für den Fall, dass diese Versorgung nicht ausreicht, zusätzlich die Batteriezellen 10 zur Verfügung. Hierbei ist wichtig, dass der Kondensator 38 von den Solarzellen 26, 28, 30 geladen wird und so den Batteriezellen 10 keinen Strom entzieht.
  • Die erfindungsgemäße Batterie besitzt den Vorteil, dass eine vollständige Selbstentladung weitestgehend verhindert wird. Im Rahmen der Selbstendladung kann es zu einer Zerstörung der Batteriezellen kommen, wenn die Batterie nicht regelmäßig genutzt und zumindest nachgeladen wird. Nach einer gewissen Zeit der Nichtbenutzung fällt die elektrische Ladung einer Batterie auf einen Wert unterhalb einer Schwelle. Unterhalb der Schwelle wird die Zelle als defekt deklariert. Bei herkömmlichen Batteriezellen wird dieser Effekt zusätzlich durch den Verbrauch des Batteriemanagementsystems unterstützt. Bei der erfindungsgemäßen Batterie dagegen wird das Batteriemanagement von den Solarzellen bzw. dem Kondensator gespeist.
  • 2 zeigt den Aufbau einer Batterie 42, die mit einem Stack 44 und einem zweiten Stack 46 von Batteriezellen 48, 50 ausgestattet ist. Die Batteriezellen 48, 50 bestehen jeweils aus einer Vielzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen, die jeweils über eine Messeinrichtung 52, 54 in ihrer Spannung überwacht werden. Jede der Messeinrichtungen 52, 54 besitzt eine ihr zugeordnete interne Spannungsversorgung 56, 58. Die internen Spannungsversorgungen 56, 58 sind ihrerseits mit einer Schnittstelle zur externen Spannungsversorgung 60 verbunden. Die externe Spannungsversorgung 60 wird durch eine symbolisch angedeutete Spannungsversorgung 62 gespeist. Die Spannungsversorgung 62 kann hierbei in unterschiedlicher Form ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer Solarzelle, leitungsgebunden über ein Netzteil, eine Sekundärbatterie oder kabellos, beispielsweise über eine induktive Spannungsversorgung. Unabhängig von der Art der Spannungsversorgung 62 wird über die Schnittstelle 60 eine Versorgungsspannung an die internen Spannungsversorgungen 56, 58 angelegt, die wiederum die Messeinrichtungen 52, 54 mit Spannung versorgen.
  • Zudem ist, wie in 2 dargestellt, jedes Batteriemodul mit seinen Batteriezellen 50, 52 mit einem Kommunikationsmodul 64, 66 ausgestattet. Die Kommunikationsmodule 64, 66 sammeln für jedes der Batteriemodule die technischen Daten zum Zustand der Batteriezellen und leiten diese in die Datenpfade 68, 70 an eine entsprechende externe Schnittstelle (nicht dargestellt) weiter.
  • 3 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Schaltplan mit einem Modul, das einen Stack 74 von Batteriezellen aufweist. Die Batteriezellen aus dem Stack 74 sind mit einer Messeinrichtung 76 verbunden, die die Spannung der einzelnen Batteriezellen überwacht. An der Messeinrichtung 76 liegt auch ein gemessener Wert 78 für den Batteriestrom an. Über den gemessenen Strom kann ein Ladungsausgleich zwischen den Batteriezellen in dem Stack 74 erfolgen. Die Schnittstelle 80 ist einerseits über die Leitungen 84, 86 mit einer Solarzelle 82 für eine externe Spannungsversorgung verbunden. Andererseits ist die interne Spannungsschnittstelle 80 über die Leitungen 84,86 auch mit dem Leistungspfad 87, 89 der Batterie verbunden.
  • Die Datenkommunikation erfolgt über das Kommunikationsmodul 92, beispielsweise nach dem CAN-Bus-Protokoll über die Kanäle 96, 98 mit einer externen Datenkommunikationsschnittstelle 94.
  • 4 zeigt eine Batterie, die in ihrem Aufbau der in 3 dargestellten Batterie entspricht. Der Unterschied besteht in den zusätzlichen Batterieanschlüssen 100, 102. Die zusätzlichen Batterieanschlüsse 100, 102 sind mit der internen Spannungsversorgung 80 verbunden. Die interne Spannungsversorgung 80 ist zusätzlich auch mit den Leistungspfaden 88. 90 verbunden. Die zusätzlichen Batterieanschlüsse 100 können dazu genutzt werden, um kabelgebunden mit einer Sekundärbatterie 104 oder einem Ladegerät 106 verbunden zu werden. Anders als bei Ladekabeln für den Hauptleistungspfad 88, 90, könnten die Kabel zu der Batterie 104 oder dem Ladegerät 106 deutlich dünner und damit flexibler ausgelegt sein.
  • 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Batterie, bei der eine kabellose Daten- und Leistungsübertragung vorgesehen ist. Die interne Spannungsversorgung 80 ist mit einer Sende- und Empfangseinheit 108 verbunden. Diese empfängt bevorzugt auf induktiver Art und Weise elektrische Energie von einer entsprechenden Sende- und Empfangseinheit 110. Die Sende- und Empfangseinheit 110 wird von einem Energiespeicher 112 gespeist. Zudem überträgt die Sende- und Empfangseinheit 110 auch Daten 114 an die Batterie bzw. empfängt Daten von der Batterie. Für den Datenaustausch ist das Kommunikationsmodul 92 mit der Sende- und Empfangseinheit 108 ausgebildet, um Daten aus dem Kommunikationsmodul 92 an die Sende- und Empfangseinheit 110 zu übertragen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3319567 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Batterie für ein Flurförderzeug mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einer Batterieüberwachungseinrichtung, die für mindestens eine der Batteriezellen deren Spannung überwacht, wobei die Batterie ein Batteriegehäuse mit elektrischen Kontakten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse einen zusätzlichen Energieversorgungsanschluss und/oder eine zusätzliche Energieversorgungseinheit aufweist, die die Batterieüberwachungseinrichtung mit elektrischer Leistung versorgt.
  2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Energieversorgungseinheit eine Photovoltaikanlage aufweist.
  3. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Energieversorgungseinheit eine Hilfsbatterie aufweist. Batterie nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Energieversorgungsanschluss zur Verbindung mit einer externen Spannungsversorgung vorgesehen ist.
  4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kondensator vorgesehen ist, der die Batterieüberwachungseinrichtung zusätzlich versorgt.
  5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieüberwachungseinrichtung den Zustand der Batteriezellen ausliest und Spannungsunterschiede zwischen diesen ausbalanciert.
  6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieüberwachungseinrichtung Daten zu der mindestens einen Batteriezelle ausliest und für einen externen Zugriff bereitstellt.
  7. Batterie nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikanlage in das Batteriegehäuse integrierte Photozellen aufweist.
  8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement vorgesehen ist, das von der zusätzlichen Energieversorgungseinheit und/oder dem zusätzlichen Energieversorgungsanschluss gespeist wird.
  9. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieüberwachungseinrichtung einen Temperatursensor aufweist und bei Unterschreiten einer Mindesttemperatur einen Heizvorgang auslöst.
  10. Batterie nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Energieversorgungsanschluss eine elektrische Steckverbindung für eine kabelgebundene Energieversorgung vorsieht.
  11. Batterie nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Energieversorgungsanschluss als induktive Spannungsversorgung ausgebildet ist.
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