DE102015108428A1 - Battery unit for a truck - Google Patents

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Abstract

Batterieeinheit für eine Flurförderzeug mit mehreren Stacks, von denen jeder mehrere Batteriezellen aufweist, deren jeweilige Spannung und/ Temperatur von einem Batteriemanagementsystem überwacht wird, wobei jedes der Batteriemanagementsysteme eine eigene Baueinheit aufweist, die elektrische Kontakte zur Verbindung mit anderen Batteriemanagementsystemen und/oder mit Batterieanschlüssen sowie eine Schalteinheit aufweist, über die die elektrischen Kontakte spannungslos geschaltet werden können.A battery pack for a multiple stack truck, each having a plurality of battery cells whose respective voltage and / or temperature are monitored by a battery management system, each of the battery management systems having its own assembly, the electrical contacts for connection to other battery management systems and / or battery terminals, and a switching unit, via which the electrical contacts can be de-energized.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinheit für ein Flurförderzeug und ist insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien geeignet. The present invention relates to a battery unit for a truck and is particularly suitable for lithium-ion batteries.

Lithium-Ionen-Batterien und andere Batterien, wie beispielsweise Nickel-Metall-Hybrid-Akkumulatoren besitzen ein Batteriemanagementsystem, das die Funktion und den Zustand der stromerzeugenden Batterieeinheit überwacht. Batterieeinheiten für Flurförderzeuge können in den unterschiedlichsten Abmessung und Skalierungen eingesetzt werden. Lithium-ion batteries and other batteries, such as nickel-metal hybrid batteries, have a battery management system that monitors the function and condition of the battery generating unit. Battery units for industrial trucks can be used in a wide variety of dimensions and scales.

2 zeigt eine typische Einbausituation für eine Batterieeinheit in einem Flurförderzeug. Ein Batteriemanagementsystem ist auf einer Platine 50 angeordnet, die an ihrer Unterseite mit einzelnen Batteriezellen 52, 54 elektrisch leitend verbunden ist, wobei in 2 nur ein Ausschnitt der Batteriezellen 52, 54 zu erkennen ist. Der Minuspol 56 des Batteriemanagementsystems ist über ein isoliertes Kabel 58 mit einer Anschlusseinheit 60 verbunden. Der Pluspol 62 des Batteriemanagementsystems ist mit einem ringförmigen Strommesser 64 versehen. Über ein isoliertes Kabel 66 ist der Pluspol 62 mit einem externen Schaltelement 68 verbunden. Über die isolierten Kabel 70 und 72 ist das Schaltgerät 68 mit der elektrischen Anschlusseinheit 60 verbunden. Geschaltet wird das Schaltelement 68 über mit dem Batteriemanagementsystem 50 verbundene Steuerleitungen 74. 2 shows a typical installation situation for a battery unit in a truck. A battery management system is on a circuit board 50 arranged on their underside with individual battery cells 52 . 54 is electrically connected, wherein in 2 only a section of the battery cells 52 . 54 can be seen. The negative pole 56 of the battery management system is via an insulated cable 58 with a connection unit 60 connected. The positive pole 62 of the battery management system is with an annular flow meter 64 Mistake. About an insulated cable 66 is the plus pole 62 with an external switching element 68 connected. About the insulated cables 70 and 72 is the switching device 68 with the electrical connection unit 60 connected. The switching element is switched 68 over with the battery management system 50 connected control lines 74 ,

Als Nachteil an dem Aufbau aus dem Stand der Technik, wie er beispielsweise in 2 dargestellt ist, hat sich herausgestellt, dass die Anschlüsse 56 und 62 des Batteriemanagementsystems unter Spannung stehen. Bei dem Versuch, mehrere Batteriemanagementsysteme zu montieren ist daher stets darauf zu achten, dass über die Anschlüsse kein Kurzschluss entsteht. Hinzu kommt, dass auch die Anordnung der Batterie in einem Batteriefach eine gesonderte Montage der Schaltelemente 68 erfordert und zudem eine spezielle Auslegung des Batteriefachs, die eine Hinzunahme der Schaltelemente erlaubt. Insbesondere bei der Hinzunahme von weiteren Stacks können hierdurch nicht unerhebliche technische Schwierigkeiten entstehen. As a disadvantage of the structure of the prior art, as he, for example, in 2 shown, it has been found that the connections 56 and 62 of the battery management system are live. When attempting to mount several battery management systems, it is therefore important to ensure that there is no short circuit across the connections. In addition, the arrangement of the battery in a battery compartment a separate mounting of the switching elements 68 requires and also a special design of the battery compartment, which allows an addition of the switching elements. In particular, with the addition of additional stacks can thereby incur considerable technical difficulties.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterieeinheit für ein Flurförderzeug bereitzustellen, die bei kompakter Bauform skalierbar ist. The invention has for its object to provide a battery unit for a truck, which is scalable in a compact design.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Batterieeinheit mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Batterieeinheiten aus den Unteransprüchen. According to the invention the object is achieved by a battery unit having the features of claim 1. Advantageous embodiments form the battery units of the subclaims.

Die erfindungsgemäße Batterieeinheit ist für ein Flurförderzeug mit mehreren Stacks vorgesehen. Von den Stacks ist jeder mit mehreren Batteriezellen ausgestattet, deren jeweilige Spannung und/oder Temperatur von einem Batteriemanagementsystem überwacht wird. Sämtliche Batteriemanagementsysteme in der Batterieeinheit sind miteinander zum Austausch von Daten und Steuersignalen verbunden. Erfindungsgemäß weist jedes der Batteriemanagementsysteme eine eigene Baueinheit auf. Die Baueinheit besitzt elektrische Kontakte zur Verbindung mit anderen Batteriemanagementsystemen und/oder mit Batterieanschlüssen. Wird Leistung aus dem entsprechenden Stack zu dem Batteriemanagement entnommen, so liegt die Spannung des Stacks mit seinen Batterieelementen an den Kontakten an. Ferner weist die Baueinheit eine Schalteinheit auf, über die die elektrischen Kontakte in einem Ruhezustand spannungslos geschaltet werden können. Im Ruhezustand sind die elektrischen Kontakte des Batteriemanagementsystems spannungslos, so dass sich dieses ohne Gefahr einbauen und handhaben lässt. In einer bevorzugten Weiterbildung, die ebenfalls eine weitere Skalierbarkeit der Batterieeinheit unterstützt, erfolgt eine hierarchisch als Master/Slave organisierte Kommunikation. The battery unit according to the invention is provided for a truck with a plurality of stacks. Each of the stacks is equipped with multiple battery cells whose respective voltage and / or temperature is monitored by a battery management system. All battery management systems in the battery pack are interconnected to exchange data and control signals. According to the invention, each of the battery management systems has its own structural unit. The assembly has electrical contacts for connection to other battery management systems and / or battery terminals. If power is taken from the corresponding stack to the battery management, the voltage of the stack with its battery elements is applied to the contacts. Furthermore, the unit has a switching unit, via which the electrical contacts can be switched dead in a rest state. At rest, the electrical contacts of the battery management system are de-energized, so that it can be installed and handled without danger. In a preferred embodiment, which also supports further scalability of the battery unit, a hierarchically organized as a master / slave communication.

Von den Batteriemanagementsystemen ist eines als Master-System mit einer externen Schnittstelle zum Austausch von Daten und Steuersignalen verbunden. Bei der erfindungsgemäßen Batterieeinheit besitzt jeder Stack ein Batteriemanagementsystem, von denen eines als Master-System für die externe Kommunikation ausgebildet ist. Das Master-System sammelt Daten und Steuersignale von den übrigen Batteriemanagementsystemen und leitet diese über die externe Schnittstelle an eine Fahrzeugsteuerung, ein Ladegerät oder ein sonstiges externes Gerät weiter. Der besondere Vorteil der Batterieeinheit liegt darin, dass durch die Verwendung einer Master-Slave-Kommunikation zwischen den Batteriemanagementsystemen die Anzahl der Stacks ohne großen Aufwand skaliert werden kann. Of the battery management systems, one is connected as a master system to an external interface for exchanging data and control signals. In the battery unit according to the invention, each stack has a battery management system, one of which is designed as a master system for external communication. The master system collects data and control signals from the remaining battery management systems and forwards them via the external interface to a vehicle controller, charger or other external device. The particular advantage of the battery unit is that the number of stacks can be scaled without great effort by using a master-slave communication between the battery management systems.

Die erfindungsgemäße Batterieeinheit ist bevorzugt so ausgebildet, dass jeder der Stacks und die Baueinheit des zugehörigen Batteriemanagementsystems in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Durch die gemeinsame Anordnung in einem Gehäuse hat die Batterieeinheit eine kompakte Form, die in dem Flurförderzeug mitgeführt und auch nachgerüstet werden kann. The battery unit according to the invention is preferably designed such that each of the stacks and the structural unit of the associated battery management system are arranged in a common housing. Due to the common arrangement in a housing, the battery unit has a compact form that can be carried in the truck and also retrofitted.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieeinheit sind alle Stacks parallel zueinander geschaltet und in dem gemeinsamen Gehäuse der Batterie angeordnet und mit den vorgesehenen Batteriepolen verbunden. Bei dieser Ausgestaltung ist die Batterieeinheit nach außen hin in ein einziges gemeinsames Gehäuse integriert und kann in diesem für alle Zwecke eingesetzt werden. In a preferred embodiment of the battery unit according to the invention all stacks are connected in parallel to each other and arranged in the common housing of the battery and connected to the intended battery terminals. In this embodiment, the battery unit is integrated to the outside in a single common housing and can be used in this for all purposes.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist jeder Stack mit einem Bremswiderstand verbunden, der durch das zugehörige Batteriemanagementsystem zuschaltbar ist, um Überspannungen zu vermeiden. In a preferred embodiment, each stack is connected to a braking resistor, which can be switched by the associated battery management system to avoid overvoltages.

Die Bremswiderstände können für jeden Stack einzeln und lokal zugeschaltet werden, wenn an dem entsprechenden Batteriemanagementsystem des Stacks ein entsprechendes Spannungs- oder Stromsignal anliegt. Über die interne Kommunikation der Batterieeinheit kann der Bremswiderstand auch über das Master-System zugeschaltet werden. The braking resistors can be switched on individually and locally for each stack if a corresponding voltage or current signal is applied to the corresponding battery management system of the stack. Via the internal communication of the battery unit, the braking resistor can also be switched on via the master system.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batterieeinheit wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: A preferred embodiment of a battery unit according to the invention will be described in more detail below. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Batterie mit drei Stacks, 1 a schematic view of a battery with three stacks,

2 in einem Ausschnitt ein herkömmliches Batteriemanagementsystem und dessen Einbau in ein Flurförderzeug, 2 in a section of a conventional battery management system and its installation in a truck,

3 in einer perspektivischen Ansicht die Baueinheit für das Batteriemanagementsystem und 3 in a perspective view of the assembly for the battery management system and

4 die Baueinheit aus 3 ohne Deckel. 4 the unit off 3 lidless.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Batterieeinheit 10, die in einem einzigen Batteriegehäuse angeordnet ist. Die Batterieeinheit 10 besitzt drei Batteriestacks 12, 14, 16, die jeweils mit einer Temperatur- und Spannungsmessung 18, 20, 22 ausgestattet sind. Wie in 1 zu erkennen, sind die einzelnen Batteriezellen innerhalb der Stacks in Serie geschaltet, während die Stacks selbst zu den Batterieanschlüssen 24, 26 parallel geschaltet sind. 1 shows a schematic view of a battery unit 10 which is arranged in a single battery case. The battery unit 10 has three battery stacks 12 . 14 . 16 , each with a temperature and voltage measurement 18 . 20 . 22 are equipped. As in 1 To recognize, the individual battery cells within the stacks are connected in series, while the stacks themselves to the battery terminals 24 . 26 are connected in parallel.

Jedem der Batteriestacks ist ein Batteriemanagementsystem 28, 30, 32 zugeordnet. Jedes der Batteriemanagementsysteme 28, 30, 32 ist dem Pluspol des zugehörigen Batteriestacks 12, 14, 16 verbunden. Auch liegen an den Batteriemanagementsystemen die Signale der zugehörigen Temperatur- und Spannungsüberwachung 18, 20, 22 an. Die Batteriemanagementsysteme 28, 30, 32 sind über die Kommunikationsleitungen 34 und 36 miteinander verbunden. Über die Kommunikationsleitungen 34, 36 können Daten und/oder Steuersignale zwischen den Batteriemanagementsystemen 28, 30, 32 ausgetauscht werden. Ferner besitzt jedes Batteriemanagementsystem einen schaltbaren Bremswiderstand 38, 40 und 42, der parallel zu dem zugehörigen Batteriestack geschaltet ist. Each of the battery stacks is a battery management system 28 . 30 . 32 assigned. Each of the battery management systems 28 . 30 . 32 is the positive pole of the associated battery stack 12 . 14 . 16 connected. The signals of the associated temperature and voltage monitoring are also located on the battery management systems 18 . 20 . 22 at. The battery management systems 28 . 30 . 32 are over the communication lines 34 and 36 connected with each other. About the communication lines 34 . 36 may be data and / or control signals between the battery management systems 28 . 30 . 32 be replaced. Furthermore, each battery management system has a switchable braking resistor 38 . 40 and 42 , which is connected in parallel with the associated battery stack.

Jedes der Batteriemanagementsysteme 28, 30, 32 ist dazu ausgebildet, die Batteriestacks 12, 14, 16 jeweils elektrisch voneinander zu trennen. Eine solche Trennung des Stacks kann beispielsweise erfolgen, wenn die Temperatur- und Spannungsmessungen 18, 20, 22 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Auch im Ruhezustand sind die Anschlüsse an dem Batteriemanagementsystem 28, 30, 32 spannungslos. Each of the battery management systems 28 . 30 . 32 is designed to handle the battery stacks 12 . 14 . 16 each electrically separate from each other. Such a separation of the stack can be done, for example, when the temperature and voltage measurements 18 . 20 . 22 exceeds a predetermined limit. Even at rest, the connections to the battery management system 28 . 30 . 32 energized.

Das in 1 dargestellte Batteriemanagementsystem 28 ist als Master-Batteriemanagementsystem ausgebildet und kann mit einem optischen Display und/oder Bedienelementen 44 für die Batterieeinheit Daten und Steuersignale austauschen. Das Master-Batteriemanagementsystem 28 verfügt zudem über eine Signalleitung 46, mit der Daten und Signale aus dem Master-Batteriemanagementsystem an eine externe Schnittstelle weitergeleitet werden können. This in 1 illustrated battery management system 28 is designed as a master battery management system and can with an optical display and / or controls 44 for the battery unit exchange data and control signals. The master battery management system 28 also has a signal line 46 , with which data and signals from the master battery management system can be forwarded to an external interface.

Jedes der Batteriemanagementsysteme 28, 30, 32 ist für die Steuerung sowie die Überwachung der Batteriezellen in dem jeweiligen Stack 12, 14, 16 verantwortlich. Die einzelnen Stacks und ihre Batteriemanagementsysteme sind untereinander verbunden, wobei die Leitungen von den Stacks zu den Batterieanschlüssen 24, 26 geführt sind. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Batteriemanagementsysteme untereinander zum Datenaustausch verbunden, wobei das Batteriemanagementsystem 28 als Master agiert, um in den weiteren Batteriemanagementsystemen Daten abzurufen und Steuerbefehle für diese abzusetzen. Each of the battery management systems 28 . 30 . 32 is for controlling and monitoring the battery cells in the respective stack 12 . 14 . 16 responsible. The individual stacks and their battery management systems are interconnected with the lines from the stacks to the battery terminals 24 . 26 are guided. At the in 1 illustrated embodiment of the invention, the battery management systems are interconnected for data exchange, wherein the battery management system 28 acts as a master to retrieve data in the other battery management systems and to issue control commands for them.

3 und 4 zeigen den Aufbau des Batteriemanagementsystems. Die Baueinheit besteht aus einem Grundkörper 80, der über einen Deckel 82 verschlossen wird. Der Grundkörper 80 besitzt eine Grundplatte 84 und eine räumlich beabstandet dazu angeordnete Leiterplatte 86. Auf der Leiterplatte 86 angeordnet ist ein Steckverbinder 88, mit dem beispielsweise Mess- und Steuersignale ausgetauscht werden. Elektrische Kontakte 90 und 92 sind vorgesehen, die zur Verbindung mit dem Stack der Batteriezellen vorgesehen sind. Ein Strommesser 94 ist hierbei an dem Kontakt 90 vorgesehen, um den aus dem Stack entnommenen Strom zu messen. Elektrische Anschlüsse 96 und 98 sind vorgesehen, um die Baueinheit mit anderen Stacks und/oder dem Batterieausgang zu verbinden. Eine elektronische Schalteinheit, die die Anschlüsse 96 und 98 stromlos schalten kann, ist auf der Leiterplatte 86 angeordnet und in die Baueinheit integriert, jedoch in der Ansicht von 4 verdeckt. 3 and 4 show the structure of the battery management system. The assembly consists of a basic body 80 that has a lid 82 is closed. The main body 80 has a base plate 84 and a spaced apart therefrom arranged circuit board 86 , On the circuit board 86 arranged is a connector 88 , with which, for example, measuring and control signals are exchanged. Electrical contacts 90 and 92 are provided, which are provided for connection to the stack of battery cells. An electricity meter 94 is here at the contact 90 provided to measure the current taken from the stack. Electrical connections 96 and 98 are provided to connect the assembly with other stacks and / or the battery output. An electronic switching unit that controls the connections 96 and 98 can switch off, is on the circuit board 86 arranged and integrated into the unit, but in the view of 4 covered.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10
Batterieeinheit battery unit
12 12
Batteriestack battery stack
14 14
Batteriestack battery stack
16 16
Batteriestack battery stack
18 18
Temperatur- u. Spannungsmessung Temperature u. voltage measurement
20 20
Temperatur- u. Spannungsmessung Temperature u. voltage measurement
22 22
Temperatur- u. Spannungsmessung Temperature u. voltage measurement
24 24
Batterieanschluss battery terminal
26 26
Batterieanschluss battery terminal
28 28
Batteriemanagementsystem Battery Management System
30 30
Batteriemanagementsystem Battery Management System
32 32
Batteriemanagementsystem Battery Management System
34 34
Kommunikationsleitung communication line
36 36
Kommunikationsleitung communication line
38 38
Bremswiderstand braking resistor
40 40
Bremswiderstand braking resistor
42 42
Bremswiderstand braking resistor
44 44
optisches Display / Bedienelemente optical display / controls
46 46
Signalleitung signal line
80 80
Grundkörper body
82 82
Deckel cover
84 84
Grundplatte baseplate
86 86
Leiterplatte circuit board
88 88
Steckverbinder Connectors
90 90
elektrischer Kontakt electric contact
92 92
elektrischer Kontakt electric contact
94 94
Strommesser ammeter
96 96
elektrischer Anschluss electrical connection
98 98
elektrischer Anschluss electrical connection

Claims (9)

Batterieeinheit für eine Flurförderzeug mit mehreren Stacks (12, 14, 16), von denen jeder mehrere Batteriezellen aufweist, deren jeweilige Spannung und/oder Temperatur von einem Batteriemanagementsystem (28, 30, 32) überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Batteriemanagementsysteme eine eigene Baueinheit aufweist, die elektrische Kontakte zur Verbindung mit anderen Batteriemanagementsystemen und/oder mit Batterieanschlüssen sowie eine Schalteinheit aufweist, über die die elektrischen Kontakte spannungslos geschaltet werden können. Battery unit for a truck with multiple stacks ( 12 . 14 . 16 ), each having a plurality of battery cells, their respective voltage and / or temperature from a battery management system ( 28 . 30 . 32 ) is monitored, characterized in that each of the battery management systems has its own unit having electrical contacts for connection to other battery management systems and / or with battery terminals and a switching unit, via which the electrical contacts can be de-energized. Batterieeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Batteriemanagementsysteme (28, 30, 32) miteinander zum Austausch von Daten und Steuersignalen verbunden sind und eines der Batteriemanagementsysteme (28, 30, 32) als Master-System mit einer externen Schnittstelle zum Austausch von Daten und Steuersignalen verbunden ist. Battery unit according to claim 1, characterized in that all battery management systems ( 28 . 30 . 32 ) are interconnected to exchange data and control signals, and one of the battery management systems ( 28 . 30 . 32 ) is connected as a master system to an external interface for exchanging data and control signals. Batterieeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stack und die Baueinheit des zugehörigen Batteriemanagementsystems in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Battery unit according to claim 1, characterized in that each stack and the assembly of the associated battery management system are arranged in a common housing. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stacks parallel geschaltet in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und mit Batterieanschlüssen verbunden sind. Battery unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that all the stacks are connected in parallel in the common housing and connected to battery terminals. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stack mit einem Bremswiderstand (38, 40) verbunden ist, der durch das zugehörige Batteriemanagementsystem schaltbar ist. Battery unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that each stack with a braking resistor ( 38 . 40 ), which is switchable by the associated battery management system. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Master-System mit einem optischen Display und/oder einer Bedienschnittstelle (44) verbunden ist. Battery unit according to one of claims 2 to 5, characterized in that the master system with an optical display and / or a user interface ( 44 ) connected is. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit als eine elektronische Schalteinheit ausgebildet ist. Battery unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the switching unit is designed as an electronic switching unit. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemanagementsystem jeweils Spannung und/oder Temperatur des Stacks überwacht und bei Auftreten von kritischen Werten die elektrischen Kontakte spannungslos schaltet sowie zugleich ein entsprechendes Stack-Abschaltesignal an das Mastersystem absetzt. Battery unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the battery management system monitors each voltage and / or temperature of the stack and switches off the electrical contacts when critical values occur and at the same time sends a corresponding stack-off signal to the master system. Batterieeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mastersystem, ansprechend auf das Stack-Abschaltesignal, die verbleibenden Stacks weiter zuschaltet. Battery unit according to claim 8, characterized in that the master system, in response to the stack shutdown signal, the remaining stacks on.
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