DE102017215137A1 - Battery assembly for a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung, beispielsweise für ein Fahrzeug, insbesondere ein Flurförderzeug, umfassend eine Batterie (14), ein elektronisches Batterie-Managementsystem (16), wenigstens einen Batterieschütz (18), und eine positive und eine negative Ausgangsklemme (14a, 14b), wobei das Batterie-Managementsystem (16) dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Batterieschütz (18) zu schließen und zu öffnen, wobei sich die Anordnung bei geschlossenem Zustand des Batterieschützes (18) in einem Leistungsbetrieb befindet, in welchem eine Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen (14a, 14b) anliegt, wobei die Batterieanordnung ferner eine Standby-Vorrichtung (20) umfasst, welche dazu eingerichtet, derart mit dem Batterie-Managementsystem (16) zusammenzuwirken, dass sich die Anordnung bei geöffnetem Zustand des Schützes (18) in einem Standby-Betrieb befindet, in welchem eine Standby-Spannung an den Ausgangsklemmen (14a, 14b) anliegt. Ferner betrifft die Erfindung ein mit einer derartigen Batterieanordnung ausgerüstetes Fahrzeug.

Figure DE102017215137A1_0000
The invention relates to a battery arrangement, for example for a vehicle, in particular an industrial truck, comprising a battery (14), an electronic battery management system (16), at least one battery contactor (18), and a positive and a negative output terminal (14a, 14b). wherein the battery management system (16) is adapted to close and open the at least one battery contactor (18), wherein the device is in a power mode in which an output voltage is applied to the output terminals when the battery contactor (18) is closed (14a, 14b), the battery assembly further comprising a standby device (20) configured to cooperate with the battery management system (16) such that when the contactor (18) is in the open state Operation in which a standby voltage is applied to the output terminals (14a, 14b). Furthermore, the invention relates to a vehicle equipped with such a battery arrangement vehicle.
Figure DE102017215137A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieanordnung, beispielsweise für ein Fahrzeug, insbesondere ein Flurförderzeug, umfassend eine Batterie, ein elektronisches Batterie-Managementsystem, wenigstens einen Leistungsschalter und eine positive und eine negative Ausgangsklemme, wobei das Batterie-Managementsystem dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Leistungsschalter zu schließen und zu öffnen, wobei sich die Anordnung bei geschlossenem Zustand des Leistungsschalters in einem Leistungsbetrieb befindet, in welchem eine Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen anliegt.The present invention relates to a battery assembly, for example for a vehicle, in particular an industrial truck, comprising a battery, an electronic battery management system, at least one power switch and a positive and a negative output terminal, wherein the battery management system is adapted to the at least one power switch to close and open, the arrangement is in the closed state of the circuit breaker in a power operation in which an output voltage applied to the output terminals.

Wenngleich im Folgenden schwerpunktmäßig auf eine Verwendung der erfindungsgemäßen Batterieanordnung im Zusammenhang mit elektrisch betriebenen Fahrzeugen und insbesondere Flurförderzeugen eingegangen wird, so versteht es sich, dass es sich hierbei lediglich um ein besonders anschauliches Beispiel handelt und die Anordnung auch zusammen mit anderen Vorrichtungen verwendet werden kann, die batteriebetrieben sind und eine hohe elektrische Leistung erfordern.Although emphasis will be given hereafter to a use of the battery assembly according to the invention in connection with electrically operated vehicles and in particular industrial trucks, it is understood that this is only a particularly illustrative example and the arrangement can also be used together with other devices, which are battery powered and require high electrical power.

In modernen Fahrzeugen, beispielsweise Flurförderzeugen, insbesondere wenn auch ihr Fahrantrieb elektrisch betrieben wird, kommen immer leistungsfähigere Batterien bzw. Akkumulatoren zum Einsatz. Um in Akkumulatoren eine optimale Leistungsausbeute zu erzielen und ferner um ihren vorschriftsmäßigen Betrieb zu jedem Zeitpunkt, u.a. während möglichst schneller Ladevorgänge, sicherzustellen, sind derartige Batterieanordnungen mit einem Batterie-Managementsystem ausgerüstet, das u.a. die in Reihe und parallel geschalteten Akkumulatorzellen einzeln überwacht und Information über deren Zustand bereitstellt.In modern vehicles, such as industrial trucks, especially if their traction drive is electrically operated, more powerful batteries or accumulators are used. In order to achieve optimum performance in accumulators and also to ensure their proper operation at all times, i.a. while charging as fast as possible, such battery assemblies are equipped with a battery management system which i.a. individually monitors the battery cells connected in series and in parallel and provides information about their status.

Da insbesondere die neuerdings vielfach verwendeten Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit ihren hohen spezifischen Energiedichten sehr empfindlich auf Über- und Unterspannungen reagieren und bei ihrem Aufladen sowie Entladen nicht-lineare Charakteristiken aufweisen, ist ab einer gewissen Größe bzw. Gesamtkapazität der Batterie zum Verhindern eines vorzeitigen Ausfalls oder der Überhitzung einzelner Zellen bei Über- oder Unterladung die Verwendung eines Batterie-Managementsystems zwingend erforderlich.Since, in particular, the lithium-ion accumulators, which have recently been used many times, with their high specific energy densities are very sensitive to over- and under-voltages and have non-linear characteristics when being charged and discharged, starting with a certain size or total capacity of the battery to prevent premature failure Failure or overheating of individual cells in case of over- or under-charging the use of a battery management system mandatory.

Des Weiteren werden leistungsfähige Batteriesysteme zur Sicherstellung ihrer funktionalen Sicherheit häufig ebenfalls mit Abschalteinrichtungen, beispielsweise Leistungsschaltern, ausgerüstet. Derartige Schütze sind ganz allgemein gesprochen Schalter für große elektrische Leistungen, die in der Regel elektrisch geschaltet werden und in geöffnetem Zustand monostabil sind.Furthermore, efficient battery systems are often also equipped with defeat devices, such as circuit breakers, to ensure their functional safety. Such contactors are very generally speaking switches for large electrical power, which are usually switched electrically and monostable in the open state.

Da sowohl die Leistungsschalter als auch die aktiven Batterie-Managementsysteme aktive elektrische bzw. elektronische Komponenten sind, weisen sie in ihrem aktiven Zustand selbst einen nicht unerheblichen Energiebedarf auf, der sich in einer Selbstentladung der Batterie niederschlägt. Ferner führt das Vorsehen von aktiven Batterie-Managementsystemen selbst bei Nichtbenutzung zu einer höheren Selbstentladung der jeweiligen Batterien als dies beispielsweise in älteren Varianten von Batterien ohne Batterie-Managementsystemen, wie beispielsweise den bekannten und vielfach verwendeten Blei-Akkumulatoren, der Fall war, da die Batterie-Managementsysteme wenigstens in einem Bereitschafts-Modus verbleiben müssen, um die Batterieanordnung bei Bedarf in Betrieb nehmen zu können. Sollte nämlich das Batterie-Managementsystem und damit der Leistungsschalter komplett abgeschaltet werden, wenn die von der Batterie betriebene Vorrichtung außer Betrieb genommen wird, so ist die gesamte Anordnung anschließend spannungsfrei und kann nur durch einen externen Eingriff wieder in Betrieb genommen werden.Since both the power switches and the active battery management systems are active electrical or electronic components, they themselves have a not inconsiderable energy requirement in their active state, which is reflected in a self-discharge of the battery. Further, the provision of active battery management systems, even when not in use, results in a higher self-discharge of the respective batteries than, for example, in older variants of batteries without battery management systems, such as the known and widely used lead-acid batteries, since the battery Management systems must remain at least in a standby mode to operate the battery assembly when needed can. Namely, should the battery management system and thus the circuit breaker be completely turned off when the device operated by the battery is taken out of service, the entire assembly is then de-energized and can only be put into operation again by external intervention.

Weiterhin kann es wünschenswert sein, moderne Batterietypen, wie beispielsweise die genannten Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder auch Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, in batteriebetriebenen Vorrichtungen, wie den genannten Flurförderzeugen, zum Zwecke der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit nachzurüsten, um ältere Batterietypen, wie beispielsweise Blei-Akkumulatoren, zu ersetzen. Diese Nachrüstung als Ersatz von älteren Batteriemodellen bringt aufgrund der erhöhten Lebensdauer und der höheren spezifischen Kapazität moderner Batterietypen den Entfall von Batteriewechseln und Wartungen, eine Erhöhung der Batteriestandzeit, eine Verlängerung der Batterielebensdauer, Energieeinsparungen sowie Steigerungen der Umschlagsleistung mit sich.Furthermore, it may be desirable to retrofit modern types of batteries, such as the aforementioned lithium-ion batteries or nickel-cadmium storage batteries, in battery-operated devices, such as the aforementioned industrial trucks, for the purpose of increasing the economy of older types of batteries, such as lead Accumulators, replace. This replacement to older battery models eliminates battery replacement and maintenance, increases battery life, extends battery life, conserves energy, and increases cargo performance due to the increased life and capacity of modern battery types.

Um das oben angedeutete Problem zu beheben, dass bei einer Abschaltung des Batterie-Managementsystems und damit des oder der Leistungsschalter das Fahrzeug nur durch externen Eingriff wieder in Betrieb genommen werden kann, sind mehrere Verfahren bzw. Einrichtungen bekannt.To remedy the above-indicated problem that when switching off the battery management system and thus the circuit breaker or the vehicle can only be put into operation again by external intervention, several methods or devices are known.

Einerseits ist es bekannt, eine zusätzliche Hilfsenergiequelle, im Fall von Fahrzeugen beispielsweise eine 12V-Bordnetzbatterie, vorzusehen. Dies führt allerdings dazu, dass zusätzliche Komponenten im Fahrzeug notwendig sind, die ihrerseits wieder störungsanfällig sein können und insgesamt stets einen erhöhten konstruktiven Aufwand bedeuten. Außerdem kann, wenn die Hilfsenergiequelle entladen ist, das Fahrzeug ebenfalls nicht mehr gestartet werden, so dass lediglich eine Verlagerung des Problems in die Bordnetzbatterie vorgenommen wird.On the one hand, it is known to provide an additional auxiliary power source, in the case of vehicles, for example, a 12V vehicle electrical system battery. However, this leads to the fact that additional components are necessary in the vehicle, which in turn may be susceptible to interference again and overall always mean an increased design effort. In addition, when the auxiliary power source is discharged, the vehicle also can not be started so that only a shift of the problem is made in the electrical system battery.

Selbstverständlich ist es auch denkbar, die Batterie stets in einem aktiven Zustand zu halten. Dies würde allerdings, wie bereits oben angesprochen, zu einem hohen Grad an Selbstentladung in nicht benutztem Zustand führen, was der angestrebten Steigerung der Umschlagsleistung und einer Energieeinsparung entgegenlaufen würde.Of course, it is also conceivable to keep the battery always in an active state. However, this would, as already mentioned above, lead to a high degree of self-discharge in the unused state, which would run counter to the intended increase in throughput and energy savings.

Des Weiteren sind Systeme bekannt, in denen die Batterie über einen „Batterieschalter“ in Betrieb genommen bzw. außer Betrieb gesetzt werden kann. Hierdurch ist jedoch stets ein Eingriff durch den Benutzer erforderlich, wobei naturgemäß Bedienungsfehler auftreten können, so dass beispielsweise bei einer fehlerhaften Außerbetriebnahme das oben angesprochene Problem der Selbstentladung selbstverständlich ebenfalls auftreten kann.Furthermore, systems are known in which the battery can be put into operation via a "battery switch" or shut down. As a result, however, an intervention by the user is always required, whereby naturally operating errors can occur, so that, for example, in a faulty shutdown, the above-mentioned problem of self-discharge can of course also occur.

Zuletzt ist aus der DE 10 2013 114 545 A1 eine Batterie bekannt, die neben einem positiven und einen negativen Leistungsanschluss einen weiteren Spannungsanschluss aufweist, an dem jedoch nur eine verringerte Leistung abgegriffen werden kann, und der beispielsweise beim Einsatz in Fahrzeugen als Spannungsanschluss für die Fahrzeugsteuerung dienen kann. Die aus der DE 10 2013 114 545 A1 bekannte Vorrichtung ist daher nur eingeschränkt zur Nachrüstung in bestehenden Fahrzeugen geeignet, da diese in der Regel für Batterien mit nur zwei Anschlüssen ausgelegt sind, so dass der weitere Spannungsanschluss für die Fahrzeugsteuerung nicht ohne Weiteres verwendet werden kann.Last is from the DE 10 2013 114 545 A1 a battery is known, which in addition to a positive and a negative power connection has a further voltage connection, on which, however, only a reduced power can be tapped, and can serve as a voltage connection for vehicle control, for example, when used in vehicles. The from the DE 10 2013 114 545 A1 known device is therefore only limited suitable for retrofitting in existing vehicles, since these are usually designed for batteries with only two connections, so that the other voltage connection for the vehicle control can not be used without further notice.

Es ist angesichts der beschriebenen Probleme und Nachteile von Batterieanordnungen aus dem Stand der Technik die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieanordnung, beispielsweise für ein Fahrzeug, insbesondere ein Flurförderzeug, bereitzustellen, die ohne Weiteres als Nachrüstlösung in bereits bestehenden Vorrichtungen, wie den genannten Fahrzeugen, eingesetzt werden kann und die eine einfache Benutzung mit einer maximalen Effizienz und einer minimalen Selbstentladung verbindet.It is the object of the present invention, in view of the described problems and disadvantages of prior art battery assemblies, to provide a battery assembly, for example for a vehicle, in particular an industrial truck, which can readily be used as a retrofit solution in already existing devices, such as the aforementioned vehicles. can be used and that combines ease of use with maximum efficiency and minimal self-discharge.

Hierzu umfasst die erfindungsgemäße Batterieanordnung ferner eine Standby-Vorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, derart mit dem Batterie-Managementsystem zusammenzuwirken, dass sich die Batterieanordnung bei geöffnetem Zustand des Schützes in einem Standby-Betrieb befindet, in welchem eine Standby-Spannung an den Ausgangsklemmen anliegt.For this purpose, the battery assembly according to the invention further comprises a standby device, which is adapted to cooperate with the battery management system such that the battery assembly is in the open state of the contactor in a standby mode in which a standby voltage is applied to the output terminals ,

Durch das erfindungsgemäße Vorsehen der Standby-Vorrichtung und ihrem Zusammenwirken mit dem Batterie-Managementsystem wird erreicht, dass auch bei geöffnetem Leistungsschalter eine Standby-Spannung an denselben beiden Ausgangsklemmen anliegt, an denen im Leistungsbetrieb die Ausgangsspannung abgegriffen werden kann. Durch diese Maßnahme kann die erfindungsgemäße Batterieanordnung in gleicher Weise wie Batterien ohne Batterie-Managementsysteme eingesetzt werden, wodurch die erfindungsgemäße Batterieanordnung eine optimale Austauschbarkeit mit derartigen älteren Batteriemodellen erlaubt, wobei zusätzlich durch geeignetes Ausschalten des Leistungsschalters durch das Batterie-Managementsystem die Selbstentladung auf ein Minimum reduziert wird.The inventive provision of the standby device and its interaction with the battery management system ensures that even with the circuit breaker open a standby voltage applied to the same two output terminals, where the output voltage can be tapped in power operation. By virtue of this measure, the battery arrangement according to the invention can be used in the same way as batteries without battery management systems, whereby the battery arrangement according to the invention allows optimum interchangeability with such older battery models, wherein the self-discharge is reduced to a minimum by suitably switching off the circuit breaker by the battery management system becomes.

Wie bereits angedeutet, kann in der erfindungsgemäßen Batterieanordnung die Batterie selbst eine Lithium-Ionen-Batterie (ein Lithium-Ionen-Akkumulator) sein. Selbstverständlich ist der Erfindungsgedanke jedoch nicht auf diese Art von Batterie bzw. Akkumulator beschränkt, sondern kann im Zusammenhang mit sämtlichen Batterietypen Verwendung finden, die ein Batterie-Managementsystem erfordern oder wenigstens von ihm profitieren. Hierbei kann beispielsweise an Nickel-Cadmium- oder Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren gedacht werden, sowie selbstverständlich auch an Akkumulatoren zukünftiger Generationen, wie beispielsweise auf Graphen-Basis.As already indicated, in the battery arrangement according to the invention, the battery itself may be a lithium-ion battery (a lithium-ion battery). Of course, the inventive concept is not limited to this type of battery or accumulator, but can be used in connection with all battery types that require a battery management system or at least benefit from it. This can be thought of, for example, nickel-cadmium or nickel-metal hydride batteries, and of course also on batteries of future generations, such as graphene-based.

Wenngleich die Ausgangsspannung und die Standby-Spannung nicht notwendigerweise betragsmäßig gleich sein müssen, sondern sich je nach Einsatzzweck durchaus unterscheiden können, so kann es doch, insbesondere wenn die erfindungsgemäße Batterieanordnung als Ersatz für eine Batterie ohne Batterie-Managementsystem dienen soll, vorteilhaft sein, wenn die Ausgangsspannung und die Standby-Spannung betragsmäßig gleich sind. Hierdurch wird erreicht, dass sowohl im Leistungsbetrieb als auch im Standby-Betrieb Verbraucher mit derselben Spannung von der Batterieanordnung versorgt werden können.Although the output voltage and the standby voltage need not necessarily be equal in magnitude, but may well differ depending on the purpose, but it may still, in particular if the battery assembly according to the invention is to serve as a replacement for a battery without battery management system, be advantageous if the output voltage and the standby voltage are equal in magnitude. This ensures that consumers can be supplied with the same voltage from the battery assembly both in power mode and in standby mode.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Batterie-Managementsystem ferner dazu eingerichtet ist, die an den Ausgangsklemmen momentan entnommene elektrische Leistung zu messen, beispielsweise indem in bekannter Weise der momentane Strom und die momentane Spannung gemessen werden, woraus dann in einfacher Weise die momentan entnommene Leistung berechnet werden kann.Furthermore, it may be advantageous if the battery management system is further configured to measure the electrical power currently extracted at the output terminals, for example by measuring in a known manner the instantaneous current and the instantaneous voltage, from which then the currently extracted Performance can be calculated.

Diese Messung der momentan entnommenen elektrischen Leistungen kann beispielsweise dazu verwendet werden, die im Standby-Betrieb an den Ausgangsklemmen entnehmbare elektrische Leistung unter Zusammenwirkung des Batterie-Managementsystems und der Standby-Vorrichtung zu begrenzen. Eine derartige Begrenzung der im Standby-Betrieb an den Ausgangsklemmen entnehmbaren elektrischen Leistung kann jedoch auch über andere bekannte Maßnahmen erreicht werden, beispielsweise durch eine analoge Leistungsbegrenzungsschaltung.This measurement of the instantaneous electrical power can be used, for example, to limit the removable in standby mode at the output terminals electrical power under the cooperation of the battery management system and the standby device. Such limitation of removable in standby mode at the output terminals However, electrical power can also be achieved via other known measures, for example by an analog power limiting circuit.

Ferner können in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieanordnung das Batterie-Managementsystem und die Standby-Vorrichtung dazu eingerichtet sein, beim Überschreiten eines Schwellenwerts durch die momentan entnommene elektrische Leistung im Standby-Betrieb den wenigstens einen Leistungsschalter zu schließen, um die Anordnung in den Leistungsbetrieb umzuschalten. Auf diese Weise wird die Batterieanordnung nur so lange im Standby-Betrieb betrieben, bis eine elektrische Leistung oberhalb des Schwellenwerts benötigt wird. Auch durch diese Maßnahme wird die Effizienz der Batterieanordnung erhöht, da lediglich bei Überschreiten des genannten Schwellenwerts der selbst Energie verbrauchende Leistungsschalter geschlossen wird.Furthermore, in an advantageous development of the battery arrangement according to the invention, the battery management system and the standby device can be set up to close the at least one power switch when a threshold value is exceeded by the currently removed electrical power in standby mode, in order to switch the arrangement into power operation , In this way, the battery assembly is only operated in standby mode until electrical power above the threshold is needed. Also by this measure, the efficiency of the battery assembly is increased, since only when exceeding said threshold value of the self-power-consuming circuit breaker is closed.

Zusätzlich oder alternativ können das Batterie-Managementsystem und die Standby-Vorrichtung dazu eingerichtet sein, bei einem Erfassen wenigstens einer vorbestimmten Fahrzeugaktivität im Standby-Betrieb den wenigstens einen Leistungsschalter zu schließen und die Anordnung in den Leistungsbetrieb umzuschalten. Hierbei kann beispielsweise daran gedacht werden, dass wenn eine Funktion des Fahrzeugs in Betrieb genommen wird, die erfahrungsgemäß einen hohen Leistungsverbrauch hat, wie beispielsweise ein elektrisch betriebener Fahrmotor, die Batterieanordnung automatisch in den Leistungsbetrieb umgeschaltet wird, da abzusehen ist, dass die geringere im Standby-Betrieb zur Verfügung stehende Leistung nicht ausreichend sein wird.Additionally or alternatively, the battery management system and the standby device may be configured, upon detecting at least one predetermined vehicle activity in standby mode, to close the at least one power switch and to switch the arrangement into power operation. Here, for example, it can be thought that when a function of the vehicle is put into operation, which has been shown to have a high power consumption, such as an electrically driven traction motor, the battery assembly is automatically switched to the power mode, since it can be seen that the lower in standby Operation available power will not be enough.

Ebenfalls alternativ oder zusätzlich können das Batterie-Managementsystem und die Standby-Vorrichtung dazu eingerichtet sein, beim Erfassen einer Abwesenheit wenigstens einer vorbestimmten Fahrzeugaktivität oder/und bei einem Unterschreiten eines weiteren Schwellenwerts durch die momentan entnommene elektrische Leistung im Leistungsbetrieb den wenigstens einen Leistungsschalter zu öffnen, um die Anordnung in den Standby-Betrieb umzuschalten. Hierbei sei festgehalten, dass der weitere Schwellenwert gleich dem vorbestimmten Schwellenwert sein kann oder sich auch von diesem unterscheiden kann. In der Praxis zeigt sich, dass es vorteilhaft ist, wenn der weitere Schwellenwert um einen gewissen Betrag niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert gewählt wird, um ein häufiges Umschalten zwischen dem Leistungsbetrieb und dem Standby-Betrieb zu verhindern, wenn die momentan entnommene Leistung um einen Schwellenwert pendelt. Bei der vorbestimmten Fahrzeugaktivität kann es sich analog zu dem oben genannten Beispiel ebenfalls um ein Ausschalten eines elektrisch betriebenen Fahrmotors handeln, wobei auf das Ausschalten hin abzusehen sein könnte, dass ohne die vom Motor zusätzlich benötigte Leistung die sonstigen Komponenten des Fahrzeugs mit der im Standby-Betrieb bereitgestellten Leistung ausreichend versorgt werden können.Also alternatively or additionally, the battery management system and the standby device may be configured to open the at least one circuit breaker upon detecting an absence of at least one predetermined vehicle activity and / or falling below a further threshold by the currently withdrawn electrical power during power operation. to switch the device to standby mode. It should be noted that the further threshold may be equal to the predetermined threshold or may also differ from this. In practice, it will be appreciated that it is advantageous if the further threshold is chosen to be lower than the predetermined threshold by a certain amount to prevent frequent switching between the power mode and the standby mode when the current power drawn is a threshold commutes. The predetermined vehicle activity may, analogously to the above example, likewise be a switching off of an electrically driven traction motor, it being possible to foresee on switching-off that without the power additionally required by the engine, the other components of the vehicle are connected to the vehicle in the standby mode. Operation provided power can be adequately supplied.

Insbesondere wenn die erfindungsgemäße Batterieanordnung als Ersatz für eine Batterie älteren Modells ohne Batterie-Managementsystem vorgesehen werden soll, kann es vorteilhaft sein, wenn die Batterie, das Batterie-Managementsystem, der wenigstens eine Leistungsschalter und die Standby-Vorrichtung in einem einzelnen Gehäuse untergebracht sind, an dessen Außenseite ferner die positive und die negative Ausgangsklemme angeordnet sind. Hierbei kann beispielsweise das entsprechende Gehäuse in der Form der zu ersetzenden Batterie ausgebildet sein und die positive und die negative Ausgangsklemme können in gleicher Bauart wie bei der zu ersetzenden Batterie ausgebildet sein, so dass ein unmittelbarer Ersatz der älteren Batterie durch die erfindungsgemäße Batterieanordnung ohne weitere bauliche Maßnahmen oder Adapter möglich wird.In particular, when the battery assembly according to the invention is to be provided as a replacement for an older model battery without battery management system, it may be advantageous if the battery, the battery management system, the at least one power switch and the standby device are housed in a single housing, on the outside of which furthermore the positive and the negative output terminal are arranged. Here, for example, the corresponding housing may be formed in the shape of the battery to be replaced and the positive and the negative output terminal may be formed in the same design as in the battery to be replaced, so that a direct replacement of the older battery by the battery assembly according to the invention without further structural Measures or adapter is possible.

Wenngleich der wenigstens eine Leistungsschalter in beliebiger dem Fachmann bekannter Bauweise ausgeführt sein kann, so kann in einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wenigstens einer der Leistungsschalter ein Batterieschütz sein. Alternativ oder zusätzlich können jedoch beispielsweise auch Leistungsschalter auf Transistorbasis verwendet werden.Although the at least one circuit breaker may be implemented in any manner known to those skilled in the art, in a particularly simple and inexpensive embodiment of the present invention, at least one of the circuit breakers may be a battery contactor. Alternatively or additionally, however, it is also possible, for example, to use transistor-based power switches.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Flurförderzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Batterieanordnung. Hierbei kann die erfindungsgemäße Batterieanordnung unter anderem als Traktionsbatterie des Fahrzeugs eingesetzt werden.In a further aspect, the present invention further relates to a vehicle, in particular an industrial truck, comprising a battery arrangement according to the invention. In this case, the battery arrangement according to the invention can be used inter alia as a traction battery of the vehicle.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform deutlich, die in der beiliegenden 1 gezeigt ist.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of an exemplary embodiment which is set forth in the accompanying drawings 1 is shown.

Diese 1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung.These 1 schematically shows a circuit diagram of a battery assembly according to the invention.

Hierbei ist die erfindungsgemäße Batterieanordnung ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und sie umfasst ein Batteriegehäuse 12, in dem die im Folgenden beschriebenen Komponenten der Batterieanordnung 10 sämtlich angeordnet sind, sowie eine positive Ausgangsklemme 14a und eine negative Ausgangsklemme 14b, an denen sowohl die Ausgangsspannung als auch die Standby-Spannung je nach Betriebsart der Batterieanordnung abgegriffen werden können.Here, the battery assembly according to the invention is generally indicated by the reference numeral 10 and includes a battery case 12 in which the components of the battery assembly described below 10 are all arranged, as well as a positive output terminal 14a and a negative output terminal 14b where both the output voltage and the standby Voltage can be tapped depending on the operating mode of the battery assembly.

Die beiden Klemmen 14a und 14b können in geeigneter und bekannter Weise mit elektrischen Verbrauchern in Verbindung stehen, beispielsweise können sie mit dem Bordsystem und dem Elektromotor eines elektrisch betriebenen Flurförderzeugs verbunden sein und diese mit elektrischer Leistung versorgen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hierbei in 1 auf die Darstellung des oder der Verbraucher selbst verzichtet worden.The two terminals 14a and 14b For example, they may be associated with electrical loads in a suitable and known manner, for example, they may be connected to and supply electrical power to the on-board system and electric motor of an electrically-powered truck. For reasons of clarity, this is in 1 have been dispensed with the representation of the consumer or even the consumer.

Innerhalb des Batteriegehäuses 12 ist eine Batterie 14 angeordnet, beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akkumulator. Derartige Lithium-Ionen-Akkumulatoren umfassen in der Regel eine Vielzahl von Zellen, die häufig eine Zylinderform aufweisen, prinzipiell jedoch beliebig geformt sein können, und die einzeln und in ihrer Gesamtheit von einem Batterie-Managementsystem 16 überwacht werden, das Aufgaben wie beispielsweise eine Ladekontrolle, ein Lastmanagement und eine Bestimmung des Ladezustands der einzelnen Zellen der Batterie 14 übernimmt. Das Batterie-Managementsystem 16 ist in der Form einer integrierten elektronischen Schaltung aufgebaut und kann einen oder mehrere Mikroprozessoren, einen Speicher, diverse Sensoren und Kommunikationsschnittstellen umfassen, um mit externen elektronischen Komponenten, wie beispielsweise einer Fahrzeugsteuerung in Datenaustausch treten zu können.Inside the battery case 12 is a battery 14 arranged, for example, a lithium-ion battery. Such lithium-ion batteries usually comprise a plurality of cells, which often have a cylindrical shape, but in principle can be arbitrarily shaped, and which individually and in their entirety by a battery management system 16 tasks such as charge control, load management, and determining the state of charge of the individual cells of the battery 14 takes over. The battery management system 16 is constructed in the form of an integrated electronic circuit and may include one or more microprocessors, a memory, various sensors and communication interfaces to communicate with external electronic components such as a vehicle controller.

Ferner ist das Batterie-Managementsystem 16 dazu eingerichtet, einen Batterieschütz 18 zu öffnen und zu schließen. Der Batterieschütz 18 stellt hierbei einen elektrisch betätigten Schalter für große elektrische Leistungen und somit eine mögliche Bauform des anspruchsgemäßen Leistungsschalters dar und kann beispielsweise derart aufgebaut sein, dass er eine Magnetspule umfasst, die in aktiviertem Zustand mechanische Kontakte gegen die Wirkung einer elastischen Feder schließt. Wird der Schütz 18 und damit die Magnetspule nicht mehr mit Strom versorgt, so entlädt sie sich und die magnetischen Kontakte öffnen durch die Wirkung der Feder wieder, so dass der Batterieschütz 18 in diesem geöffneten Zustand monostabil ist. Wenngleich in der 1 lediglich ein einzelner Batterieschütz 18 dargestellt ist, so versteht es sich doch, dass auch mehrere Leistungsschalter eingesetzt werden können, beispielsweise um eine Redundanz zu erzielen.Further, the battery management system 16 to set up a battery contactor 18 to open and close. The battery contactor 18 in this case represents an electrically operated switch for large electrical power and thus a possible design of the claimed circuit breaker and can for example be constructed such that it comprises a magnetic coil which closes mechanical contacts in the activated state against the action of an elastic spring. Will the contactor 18 and so that the solenoid is no longer supplied with power, so it discharges and the magnetic contacts open by the action of the spring again, so that the battery contactor 18 is monostable in this open state. Although in the 1 only a single battery contactor 18 is shown, it goes without saying that several circuit breakers can be used, for example, to achieve a redundancy.

Zuletzt umfasst die erfindungsgemäße Batterieanordnung 10 eine Standby-Vorrichtung 20, die, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, mit dem Batterie-Managementsystem 16 in Datenaustausch steht, und dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem Batterie-Managementsystem 16 derart zusammenzuwirken, dass die erfindungsgemäße Batterieanordnung 10 bei geöffnetem Zustand des Schützes 18 in einem Standby-Betrieb betrieben wird, in dem zwischen den beiden Ausgangsklemmen 14a und 14b ebenfalls eine Spannung anliegt, wobei jedoch die momentan entnehmbare elektrische Leistung an den Klemmen 14a und 14b gegenüber dem Leistungsbetrieb mit geschlossenem Batterieschütz 18 verringert ist.Finally, the battery arrangement according to the invention comprises 10 a standby device 20 , which, as indicated by the dashed line, with the battery management system 16 is in communication, and is set up, together with the battery management system 16 cooperate in such a way that the battery arrangement according to the invention 10 when the contactor is open 18 is operated in a standby mode, in which between the two output terminals 14a and 14b also applies a voltage, but the currently removable electrical power at the terminals 14a and 14b opposite the power operation with closed battery contactor 18 is reduced.

Des Weiteren überwacht das Batterie-Managementsystem 16 die momentan an den Klemmen 14a und 14b entnommene elektrische Leistung und kann, wenn im Standby-Betrieb festgestellt wird, dass diese momentane Leistung eine maximal zulässige Leistungsentnahme für den Standby-Betrieb, d.h. einen zuvor festgelegten Schwellenwert der Leistungsentnahme, überschreitet, den Batterieschütz 18 schließen, so dass die Batterieanordnung 10 in ihren Leistungsbetrieb überführt wird.Furthermore, the battery management system monitors 16 currently at the terminals 14a and 14b taken electrical power and, if it is determined in standby mode, that this instantaneous power exceeds a maximum allowable power draw for standby operation, ie a predetermined threshold of power draw, the battery contactor 18 close, leaving the battery assembly 10 is transferred to their power operation.

Andererseits kann das Batterie-Managementsystem 16, wenn es im Leistungsbetrieb feststellt, dass die momentan entnommene Leistung unter einen weiteren, niedriger gewählten Schwellenwert abgefallen ist oder dass eine vorbestimmte besonders leistungsintensive Komponente des Fahrzeugs außer Betrieb genommen worden ist, den Schütz 18 öffnen und so die Anordnung 10 in den Standby-Betrieb überführen.On the other hand, the battery management system 16 if, in the power mode, it determines that the power currently taken has dropped below another lower selected threshold or that a predetermined particularly high power component of the vehicle has been decommissioned, the contactor 18 open and so the arrangement 10 into standby mode.

Auf diese Weise kann zu jedem Zeitpunkt eine Spannung an den Klemmen 14a und 14b abgegriffen werden, wobei durch Öffnung des Schützes 18 im Standby-Betrieb die Selbstentladung der Batterieanordnung 10 verringert und ihre Effizienz erhöht wird.In this way, at any time a voltage at the terminals 14a and 14b be tapped, whereby by opening the contactor 18 in standby mode, the self-discharge of the battery assembly 10 reduced and their efficiency is increased.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013114545 A1 [0012]DE 102013114545 A1 [0012]

Claims (11)

Batterieanordnung, beispielsweise für ein Fahrzeug, insbesondere ein Flurförderzeug, umfassend: - eine Batterie (14); - ein elektronisches Batterie-Managementsystem (16); - wenigstens einen Leistungsschalter (18); und - eine positive und eine negative Ausgangsklemme (14a, 14b); wobei das Batterie-Managementsystem (16) dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Leistungsschalter (18) zu schließen und zu öffnen, wobei sich die Batterieanordnung bei geschlossenem Zustand des wenigstens einen Leistungsschalters (18) in einem Leistungsbetrieb befindet, in welchem eine Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen (14a, 14b) anliegt; dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieanordnung ferner eine Standby-Vorrichtung (20) umfasst, welche dazu eingerichtet, derart mit dem Batterie-Managementsystem (16) zusammenzuwirken, dass sich die Batterieanordnung bei geöffnetem Zustand des wenigstens einen Leistungsschalters (18) in einem Standby-Betrieb befindet, in welchem eine Standby-Spannung an den Ausgangsklemmen (14a, 14b) anliegt.Battery assembly, for example for a vehicle, in particular an industrial truck, comprising: - a battery (14); an electronic battery management system (16); - at least one power switch (18); and - a positive and a negative output terminal (14a, 14b); wherein the battery management system (16) is adapted to close and open the at least one power switch (18), wherein the battery assembly is in a power mode in which an output voltage is applied to the at least one power switch (18) Output terminals (14a, 14b) is applied; characterized in that the battery assembly further comprises a standby device (20) arranged to cooperate with the battery management system (16) such that when the at least one power switch (18) is open, the battery assembly is in a standby mode in which a standby voltage is applied to the output terminals (14a, 14b). Batterieanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (16) eine Lithium-Ionen-Batterie ist.Battery arrangement after Claim 1 , characterized in that the battery (16) is a lithium-ion battery. Batterieanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung und die Standby-Spannung betragsmäßig gleich sind.Battery arrangement after Claim 1 or 2 , characterized in that the output voltage and the standby voltage are equal in magnitude. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterie-Managementsystem (16) ferner dazu eingerichtet ist, die an den Ausgangsklemmen (14a, 14b) momentan entnommene elektrische Leistung zu messen, beispielsweise indem der momentane Strom und die momentane Spannung gemessen werden.Battery arrangement according to one of Claims 1 to 3 characterized in that the battery management system (16) is further adapted to measure the electrical power currently extracted at the output terminals (14a, 14b), for example by measuring the instantaneous current and the instantaneous voltage. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterie-Managementsystem (16) und die Standby-Vorrichtung (20) dazu eingerichtet sind, eine im Standby-Betrieb an den Ausgangsklemmen (14a, 14b) entnehmbare elektrische Leistung zu begrenzen.Battery arrangement according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the battery management system (16) and the standby device (20) are adapted to limit a removable in standby mode at the output terminals (14a, 14b) electrical power. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterie-Managementsystem (16) und die Standby-Vorrichtung (20) dazu eingerichtet sind, bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts durch die momentan entnommene elektrische Leistung im Standby-Betrieb den wenigstens einen Leistungsschalter (18) zu schließen, um die Batterieanordnung in den Leistungsbetrieb umzuschalten.Battery arrangement according to one of Claims 1 to 5 characterized in that the battery management system (16) and the standby device (20) are adapted to close the at least one power switch (18) when a threshold value is exceeded by the currently removed electrical power in standby mode to switch the battery assembly to power mode. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterie-Managementsystem (16) und die Standby-Vorrichtung (20) dazu eingerichtet sind, bei einem Erfassen wenigstens einer vorbestimmten Fahrzeugaktivität im Standby-Betrieb den wenigstens einen Leistungsschalter (18) zu schließen, um die Batterieanordnung in den Leistungsbetrieb umzuschalten.Battery arrangement according to one of Claims 1 to 6 characterized in that the battery management system (16) and the standby device (20) are arranged to close the at least one power switch (18) upon sensing at least one predetermined vehicle activity in standby mode to place the battery assembly in the Switch power mode. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterie-Managementsystem (16) und die Standby-Vorrichtung (20) dazu eingerichtet sind, bei einem Erfassen einer Abwesenheit wenigstens einer vorbestimmten Fahrzeugaktivität oder/und bei einem Unterschreiten eines weiteren Schwellenwerts durch die momentan entnommene elektrische Leistung im Leistungsbetrieb den wenigstens einen Leistungschalter (18) zu öffnen, um die Batterieanordnung in den Standby-Betrieb umzuschalten.Battery arrangement according to one of Claims 1 to 7 characterized in that the battery management system (16) and the standby device (20) are adapted to detect an absence of at least one predetermined vehicle activity and / or fall below a further threshold by the currently withdrawn electrical power in power mode to open the at least one power switch (18) to switch the battery assembly into standby mode. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (14), das Batterie-Managementsystem (16), der wenigstens eine Leistungsschalter (18) und die Standby-Vorrichtung (20) in einem einzelnen Gehäuse (12) untergerbacht sind, an dessen Außenseite ferner die positive und die negative Ausgangsklemme (14a, 14b) angeordnet sind.Battery arrangement according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the battery (14), the battery management system (16), the at least one power switch (18) and the standby device (20) are submerged in a single housing (12), on the outside thereof also the positive one and the negative output terminal (14a, 14b) are arranged. Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Leistungsschalter (18) ein Batterieschütz ist.Battery arrangement according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that at least one of the power switches (18) is a battery contactor. Fahrzeug, insbesondere Flurförderzeug, umfassend eine Batterieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Vehicle, in particular industrial truck, comprising a battery arrangement according to one of Claims 1 to 10 ,
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