DE102020007350A1

DE102020007350A1 - Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeuges und elektrisches Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020007350A1
Application number: DE102020007350.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hauck; Gero Bockelmann; Patrick Weis
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-06-24
Also published as: WO2021121656A1; EP4077019A1; US20230021796A1; CN114901508A

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeuges und elektrisches Fahrzeug, aufweisend eine elektrische Fahrantriebseinrichtung für die Fahrbewegung des Fahrzeugs, eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Fahrbewegung des Fahrzeugs, eine erste Energiespeichereinrichtung, welche insbesondere als wieder aufladbare Batteriespeichereinrichtung ausgebildet ist, zur Versorgung der Steuereinrichtung mit einer ersten Gleichspannung, eine zweite Energiespeichereinrichtung, welche insbesondere als Doppelschichtkondensatoreinrichtung ausgebildet ist und/oder welche insbesondere schneller auf- und entladbar ist als die erste Energiespeichereinrichtung, zur Versorgung der Fahrantriebseinrichtung mit einer zweiten Gleichspannung, und eine Energieversorgungseinheit, welche, insbesondere zeitabschnittsweise, eine Ausgangsgleichspannung bereitstellt, wobei die erste Energiespeichereinrichtung über eine Wandlervorrichtung mit der zweiten Energiespeichereinrichtung verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, wobei die erste Energiespeichereinrichtung mit der Energieversorgungseinheit verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, insbesondere derart, dass die Ausgangsgleichspannung im Wesentlichen der ersten Gleichspannung gleicht, wobei die Wandlervorrichtung die erste Gleichspannung in die zweite Gleichspannung umwandelt, wobei ein Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung zur ersten Energiespeichereinrichtung verhindert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeuges und ein elektrisches Fahrzeug.
Als elektrisches Fahrzeug wird vorzugsweise ein fahrerloses, mobiles Assistenzsystem vorgesehen. Alternativ ist ein solches Fahrzeug auch als fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) oder AGV (von englisch automated guided vehicle) bezeichenbar.
Aus der DE 10 2007 002 242 A1 ist ein fahrerloses Transportfahrzeug zum Transport von Lasten bekannt. Ein solcher Lasttransport ist als intralogistische Anwendung bezeichenbar. Das fahrerlose Transportfahrzeug wird induktiv mit Energie versorgt.
Aus der DE 195 45 544 A1 ist ein Flurförderbahnsystem bekannt, wobei die Fahrzeuge über Schleifleitungen mit elektrischer Energie versorgt werden. Um das Fahrzeug auch bei ausbleibender externer Energieversorgung betreiben zu können, wird vorgeschlagen, Elektrolyt- oder Goldcaps-Kondensatorspeicher, auch bekannt als Ultrakondensatoren, Superkondensatoren oder Doppelschichtkondensatoren, als elektrische Energiequelle zu verwenden.
Aus der US 6 265 851 B1 ist eine Ultrakondensatorstromversorgung für ein elektrisches Fahrzeug bekannt. Dieses elektrische Fahrzeug verfügt über zwei Energiespeichereinrichtungen, welche wahlweise für den Antrieb des Fahrzeuges verwendet werden können.
Aus der EP 2 419 364 A1 ist ein fahrerloses Transportsystem bekannt, welches zwei Energiespeichereinrichtungen - eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung und eine Batterieeinrichtung - aufweist. Im Normalbetrieb versorgt die Doppelschichtkondensatoreinrichtung die Antriebseinrichtung, also den Motor, mit Energie. Im Notfall, also wenn die Spannung in der Doppelschichtkondensatoreinrichtung unter ein bestimmtes Niveau fällt, wird auf Batteriebetrieb umgeschaltet. Die Antriebseinrichtung wird dann ausschließlich von der Batterieeinrichtung mit Energie versorgt bis die Doppelschichtkondensatoreinrichtung an einer Ladestation wieder aufgeladen wird.
Aus der DE 10 2017 005 153 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeugs und ein elektrisches Fahrzeug bekannt, wobei dieses Fahrzeugzeug über eine Hybridspeichereinrichtung und eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung verfügt. Beide Speichereinrichtungen können wahlweise die Fahrantriebseinrichtung mit Energie versorgen.
Aus der EP 2 535 218 A1 ist ein Leistungsversorgungssystem für elektrische Fahrzeuge bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Energiemanagement eines elektrischen Fahrzeugs, insbesondere eines fahrerlosen, mobilen Assistenzsystems, welches über zwei verschiedene Arten von Energiespeichern verfügt, weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeugs nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei dem elektrischen Fahrzeug nach den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeuges, insbesondere eines fahrerlosen, mobilen Assistenzsystems (MAS) einer intralogistischen Anwendung, sind, dass das Fahrzeug eine elektrische Fahrantriebseinrichtung für die Fahrbewegung, insbesondere Traktion, des Fahrzeugs, eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Fahrbewegung des Fahrzeugs, eine erste Energiespeichereinrichtung, welche insbesondere als wieder aufladbare Batteriespeichereinrichtung ausgebildet ist, zur Versorgung der Steuereinrichtung mit einer ersten Gleichspannung, eine zweite Energiespeichereinrichtung, welche insbesondere als Doppelschichtkondensatoreinrichtung ausgebildet ist und/oder welche insbesondere schneller auf- und entladbar ist als die erste Energiespeichereinrichtung, zur Versorgung der Fahrantriebseinrichtung mit einer zweiten Gleichspannung, und eine Energieversorgungseinheit, welche, insbesondere zeitabschnittsweise, eine Ausgangsgleichspannung bereitstellt, aufweist, wobei die erste Energiespeichereinrichtung über eine Wandlervorrichtung mit der zweiten Energiespeichereinrichtung verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, wobei die erste Energiespeichereinrichtung mit der Energieversorgungseinheit verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, insbesondere derart, dass die Ausgangsgleichspannung im Wesentlichen der ersten Gleichspannung gleicht, wobei die Wandlervorrichtung die erste Gleichspannung in die zweite Gleichspannung umwandelt, insbesondere wobei die erste Gleichspannung kleiner als die zweite Gleichspannung ist und/oder insbesondere wobei die erste Gleichspannung eine Kleinspannung ist, wobei ein Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung zur ersten Energiespeichereinrichtung verhindert wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Auslegung der zweiten Energiespeichereinrichtung derart vorgenommen werden kann, dass die zweite Energiespeichereinrichtung im Normalbetrieb die benötigte Antriebsenergie für das MAS zur Verfügung stellt. Die zweite Energiespeichereinrichtung wird bei Fahrten meist fast vollständig genutzt und in Pausen des Logistikprozesses wieder aufgeladen. Die Kapazität der zweiten Energiespeichereinrichtung ist an die Erfordernisse des Logistikprozesses anpassbar und hängt im Wesentlichen von der Fahrtstrecke ohne externe Energieversorgung, also wenn die Energieversorgungseinheit keine Leistung zur Verfügung stellt, ab. Dadurch, dass ein Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung zur ersten Energiespeichereinrichtung verhindert wird, kann bei bekannten Fahrstrecken daher die Kapazität der zweiten Energiespeichereinrichtung entsprechend gewählt und optimal an die Anforderungen angepasst werden. Ein Leistungsfluss von der ersten Energiespeichereinrichtung zur zweiten Energiespeichereinrichtung ist dagegen möglich. Dies ist vor allem im Notfall, also in unvorhergesehenen Ausnahmesituationen, vorteilhaft, da bei beispielsweise entleerter zweiter Energiespeichereinrichtung und ohne externe Energieversorgung ein Umladen von Energie von der ersten Energiespeichereinrichtung zur zweiten Energiespeichereinrichtung möglich ist. Ein Stehenbleiben des Fahrzeugs ist somit verhinderbar. Die erste Energiespeichereinrichtung wird zwar ebenfalls in den logistischen Pausen nachgeladen, diese muss aber so ausgelegt sein, dass ihre Energie für längere Zeiten die Steuereinrichtung, also die Steuerelektronik, versorgen kann und gegebenenfalls im Notfall, also bei Störungen, Antriebsenergie zur Verfügung stellen kann. Störungen können zum Beispiel unerwartete Hindernisse oder Personen auf der Fahrstrecke sein, aber auch Verzögerungen bei der Kopplung an andere Prozesse, die noch nicht bereit sind. Die Versorgung der Steuereinrichtung wird dagegen während des gesamten Prozesses von der ersten Energiespeichereinrichtung übernommen, die vorteilhaft für die längste erwartete Zeit bis zum nächsten Aufladen ausgelegt ist.
Vorteilhaft weist die erste Energiespeichereinrichtung eine höhere Energiedichte auf und hat deshalb in der Praxis eine geringere Leistungsdichte und eine geringere Zahl an möglichen Lade-/Entladezyklen im Vergleich zur zweiten Energiespeichereinrichtung. Die zweite Energiespeichereinrichtung ist vorteilhafterweise schneller auf- und entladbar als die erste Energ iespeichereinrichtung.
Die erste Energiespeichereinrichtung ist vorteilhaft als Batteriespeichereinrichtung ausgebildet. Ein Beispiel für eine Batteriespeichereinrichtung ist eine Anordnung aus einem oder mehreren sekundären elektrochemischen Elementen, insbesondere auf Nickel und/oder Eisen-Basis. Ein solches sekundäres elektrochemisches Element umfasst eine negative Elektrode, eine positive Elektrode, einen porösen Separator, der die negative und die positive Elektrode voneinander trennt sowie einen, insbesondere wässrigen alkalischen, Elektrolyten, mit dem die Elektroden und der Separator getränkt sind. Ein solches sekundäres elektrochemisches Element auf Nickel und/oder Eisen-Basis ist wie ein Kondensator in der Lage, sehr schnell hohe Pulsströme zu liefern, es zeigt aber ansonsten eher ein Batterieverhalten, insbesondere gelten die Kondensator-Gleichungen Q = C U und W = ½ C U² für diese Batteriespeichereinrichtung nicht. Eine solche Batteriespeichereinrichtung weist eine höhere Zyklenfestigkeit auf. Diese Zyklenfestigkeit liegt im Bereich zwischen 1000 und 20000. Lade- und Entladezyklen sind also häufiger durchführbar, bevor die Leistungskriterien der Batteriespeichereinrichtung nicht mehr erfüllt werden. Darüber hinaus weist die Batteriespeichereinrichtung eine Überladestabilität und eine Tiefentladestabilität auf. Sie ist mit bis zu 15 C schnellladefähig. Die Batteriespeichereinrichtung ist dennoch langsamer auf- und entladbar als eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung, welche eine vorteilhafte Ausführung für die zweite Energiespeichereinrichtung ist. Die Doppelschichtkondensatoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie in wenigen Sekunden aufladbar ist und vollständig entladbar bis Spannung gleich Null. Ihre Zyklenfestigkeit liegt im Bereich 1 Million.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Gleichspannung eine Kleinspannung, beispielsweise 12V, 24V, 48V oder 96V. Da die erste Energiespeichereinrichtung üblicherweise ein Verschleißteil ist und nicht auf die Lebensdauer des Fahrzeuges ausgelegt ist, ist daher von Vorteil, dass ein Wechseln der ersten Energiespeichereinrichtung durch eine nicht entsprechend ausgebildete Person möglich ist. Die Gefahr für die Person ist reduzierbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung zur ersten Energiespeichereinrichtung dadurch verhindert, dass die Wandlervorrichtung als unidirektionaler DC/DC-Wandler, insbesondere als Aufwärtswandler oder als Sperrwandler, ausgebildet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass auf einfache Weise der Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung zur ersten Energiespeichereinrichtung verhindert wird bei gleichzeitiger Spannungswandlung. Der unidirektionale DC/DC-Wandler ist dabei so vorgesehen, dass ein Leistungsfluss nur von der ersten Energiespeichereinrichtung zur zweiten Energiespeichereinrichtung möglich ist. Wenn vorteilhaft die erste Gleichspannung kleiner als die zweite Gleichspannung ist, sind vorteilhafte Ausgestaltungen für den unidirektionalen DC/DC-Wandler ein Aufwärtswandler oder ein Sperrwandler. Diese Wandler wandeln eine Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung um, wobei die Spannungswandlung nur in diese Richtung möglich ist. Vorteilhaft bei dem Sperrwandler ist, dass hier eine Potentialtrennung vorhanden ist, so dass die beiden Spannungsebenen der ersten Gleichspannung und der zweiten Gleichspannung galvanisch getrennt sind und sich somit eine elektrisch sichere Trennung von Antriebsversorgung und Elektronikversorgung ermöglichen lässt. Da nur eine Leistungsflussrichtung vorgesehen ist, lässt sich auch trotz Potentialtrennung eine einfache und kostengünstige elektronische Schaltung einsetzen. Dies wäre bei einer bidirektionalen Schaltung nicht möglich.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Fahrzeug ferner eine Energiespeichersteuereinrichtung auf, wobei mindestens ein Zustandswert der ersten Energiespeichereinrichtung erfasst wird und an die Energiespeichersteuereinrichtung übermittelt wird, insbesondere wobei ein erster Zustandswert eine an der ersten Energiespeichereinrichtung anliegende Spannung ist und/oder wobei ein zweiter Zustandswert ein durch die erste Energiespeichereinrichtung fließender Strom ist und/oder wobei ein dritter Zustandswert eine in der ersten Energiespeichereinrichtung herrschende Temperatur ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Zustandsüberwachung der ersten Energiespeichereinrichtung ermöglicht ist und gegebenenfalls auf veränderte Zustände der ersten Energiespeichereinrichtung reagiert werden kann.
Der Ausdruck „ferner“ ist dabei derart zu verstehen, dass die Energiespeichersteuereinrichtung eine eigene Einheit ist und also separat von der Steuereinrichtung des Fahrzeugs ausgebildet ist. Die Energiespeichersteuereinrichtung ist vorteilhaft zusammen mit der ersten Energiespeichereinrichtung in einer baulichen Einheit integriert.
Zur Erfassung der Zustandswerte sind beispielsweise Sensoren wie Strom-, Spannungs- und/oder Temperatursensoren an der ersten Energiespeichereinrichtung vorgesehen. Die Erfassung ist also beispielsweise durch eine direkte Messung der Größen ausführbar. Es ist aber auch denkbar, dass die Größen nicht direkt gemessen, sondern berechnet werden. Vorteilhafterweise besteht eine Kommunikationsverbindung zwischen der Energiespeichersteuereinrichtung und der Steuereinrichtung.
Der durch die erste Energiespeichereinrichtung fließende Strom wird mit I₁, bezeichnet. Die Werte des Stromes I₁ können dabei positiv oder negativ sein. Unter einem positiven Strom I₁ wird dabei ein Strom verstanden, welcher der ersten Energiespeichereinrichtung Energie zuführt. Unter I₁ > 0 ist also ein Ladestrom zu verstehen. Unter einem negativen Strom I₁, wird dabei ein Strom verstanden, welcher der ersten Energiespeichereinrichtung Energie entnimmt. Unter I₁ < 0 ist also ein Entladestrom zu verstehen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein von der Energieversorgungseinheit bereitgestellter Ausgangsstrom mittels der Energiespeichersteuereinrichtung abhängig von dem mindestens einen Zustandswert geregelt oder gesteuert, insbesondere wobei als Sollwert ein Wert für den durch die erste Energiespeichereinrichtung fließenden Strom vorgegeben wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Regelung oder Steuerung des benötigten Ladestromes durch die Energiespeichersteuereinrichtung ermöglicht ist. Die Regelung oder Steuerung des Ladestromes muss also nicht von der Energieversorgungseinheit vorgenommen werden. Diese ist lediglich derart ausgestaltet, dass sie eine regelbare oder steuerbare Stromquelle aufweist, so dass der Wert des Ausgangsstroms beeinflussbar ist. Dadurch ist es möglich, eine sehr einfache Einspeisung als Energieversorgungseinheit, also Ladegerät, zu verwenden. Ladegerät und Wandlervorrichtung hängen nicht von den Eigenschaften der ersten Energiespeichereinrichtung ab. Deshalb können für Ladegerät und Wandlervorrichtung Standardkomponenten eingesetzt werden und es entsteht keine zusätzliche Varianz in Abhängigkeit von unterschiedlichen Typen von ersten Energiespeichereinrichtungen. Es ist sozusagen eine intelligente Energiespeichereinrichtung bereitgestellt, welche das Ladegerät steuert oder regelt und so den benötigten Ladestrom abhängig vom aktuellen Zustand bestimmt. Dies funktioniert unabhängig von einem eventuellen Laststrom über die Wandlervorrichtung. Im einfachsten Fall schaltet die Energiespeichersteuereinrichtung das Ladegerät lediglich ab und hat als Messgröße nur die Spannung der ersten Energiespeichereinrichtung. Im aufwendigeren Fall erhält das Ladegerät von der Energiespeichersteuereinrichtung eine Vorgabe für die Höhe des Ladestroms und der Zustand der ersten Energiespeichereinrichtung wird anhand von Spannung, Strom und Temperatur erfasst.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt die Energiespeichersteuereinrichtung aus dem mindestens einen Zustandswert mindestens einen Applikationsparameter, insbesondere wobei der mindestens eine Applikationsparameter an die Steuereinrichtung übermittelt wird, insbesondere wobei ein erster Applikationsparameter ein Wert für denjenigen Strom ist, mit welchem die erste Energiespeichereinrichtung höchstens entladbar ist, und/oder wobei ein zweiter Applikationsparameter ein Ladezustand der ersten Energiespeichereinrichtung ist und/oder wobei ein dritter Applikationsparameter ein Alterungszustand der ersten Energiespeichereinrichtung ist.
Von Vorteil ist dabei, dass logistische Prozesse besser planbar sind und flexibler auf kurzfristige Änderungen oder Störungen im Ablauf der logistischen Anwendung reagierbar ist. Wenn der Applikationsparameter der Alterungszustand ist, kann ein Austausch der ersten Energiespeichereinrichtung veranlasst werden, so dass ein Ausfall der Steuerung des elektrischen Fahrzeuges verhinderbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Leistungsfluss, insbesondere von der Energieversorgungseinheit, zur ersten Energiespeichereinrichtung verhindert, wenn eine an der ersten Energiespeichereinrichtung anliegende Spannung eine definierbare Maximalspannung überschreitet und/oder wenn ein durch die erste Energiespeichereinrichtung fließender Strom einen definierbaren Maximalstrom überschreitet und/oder wenn eine in der ersten Energiespeichereinrichtung herrschende Temperatur eine definierbare erste Maximaltemperatur überschreitet.
Von Vorteil ist dabei, dass eine Überlastung oder Zerstörung der ersten Energiespeichereinrichtung, insbesondere aufgrund von Überladung, verhinderbar ist. Der Maximalstrom ist dabei ein positiver Wert für den Strom I₁, und der maximal zulässige Ladestrom der ersten Energiespeichereinrichtung. Im einfachsten Fall wird ein durch die Energiespeichersteuereinrichtung ansteuerbarer Schalter verwendet, um die elektrische Verbindung zwischen der ersten Energiespeichereinrichtung und der Energieversorgungseinheit zu trennen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Leistungsfluss von der ersten Energiespeichereinrichtung, insbesondere zur zweiten Energiespeichereinrichtung, verhindert, wenn eine an der ersten Energiespeichereinrichtung anliegende Spannung eine vorgebbare Minimalspannung unterschreitet und/oder wenn ein durch die erste Energiespeichereinrichtung fließender Strom einen definierbaren Minimalstrom unterschreitet und/oder wenn eine in der ersten Energiespeichereinrichtung herrschende Temperatur eine definierbare zweite Maximaltemperatur überschreitet.
Von Vorteil ist dabei, dass eine Überlastung oder Zerstörung der ersten Energiespeichereinrichtung aufgrund von betragsmäßig zu hohen Entladeströmen und/oder Temperaturen verhinderbar ist. Der Minimalstrom ist dabei ein negativer Wert für den Strom I₁ und der betragsmäßig maximal zulässige Entladestrom der ersten Energiespeichereinrichtung. Die Minimalspannung ist ein Spannungswert, bei dessen Unterschreitung die erste Energiespeichereinrichtung deaktiviert wird. Dadurch wird eine vollständige Entladung der ersten Energiespeichereinrichtung vermieden. Im einfachsten Fall wird ein durch die Energiespeichersteuereinrichtung ansteuerbarer Schalter verwendet, um die elektrische Verbindung zwischen der ersten Energiespeichereinrichtung und der zweiten Energiespeichereinrichtung zu trennen. Die zweite Maximaltemperatur ist beispielsweise gleich der ersten Maximaltemperatur.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Leistungsfluss von und zur ersten Energiespeichereinrichtung mittels eines bidirektionalen Schalters verhindert, insbesondere wobei der bidirektionale Schalter durch die Energiespeichersteuereinrichtung angesteuert wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Zerstörung der ersten Energiespeichereinrichtung verhinderbar ist. Unter einem bidirektionalen Schalter wird ein Schalter verstanden, welcher Leistungsflüsse von und zu der ersten Energiespeichereinrichtung separat und unabhängig voneinander trennen kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Energieversorgungseinheit kontaktbehaftet oder berührungslos und/oder zeitabschnittsweise während der Fahrt Energie zugeführt.
Von Vorteil bei der kontaktbehafteten Energiezufuhr ist dabei, dass eine einfache Aufladung der Energiespeicher, beispielsweise mittels Stecker, ermöglicht ist.
Von Vorteil bei der berührungslosen Energiezufuhr ist dabei, dass eine sichere Aufladung der Energiespeicher, beispielsweise mittels Induktion, ermöglicht ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Energieversorgungseinheit einen Gleichrichter, der aus einer Sekundärinduktivität des elektrischen Fahrzeugs gespeist wird, insbesondere welcher eine Kapazität derart in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, dass die Resonanzfrequenz des so gebildeten Schwingkreises der Frequenz eines in eine stationär angeordnete Primärinduktivität eingeprägten Wechselstromes gleicht. Durch die induktive Energieübertragung ist auch die Sicherheit erhöht und es kommt nicht zu einem Verschleiß von ansonsten erforderlichen Ladekontakten. Zudem ist eine berührsichere Ausführung einfach realisierbar.
Von Vorteil bei der zeitabschnittsweisen Energieversorgung während der Fahrt ist dabei, dass auf Teilbereichen der Fahrstrecke die Energieversorgung ausführbar ist und dadurch die beiden Energiespeichereinrichtungen entweder wieder aufladbar sind oder ihr Ladezustand vollgeladen gehalten wird und somit ihre Standzeit verlängerbar ist, da sie möglichst wenig vollen Ladezyklen ausgesetzt werden, insbesondere also nicht häufig vollständig auf- und entladen werden. Die Alterung ist somit dadurch verringert. Die Energieversorgung ist beispielsweise mittels Schleifleitungen kontaktbehaftet ausführbar. Alternativ ist ein stationär angeordneter Primärleiter entlang der Fahrstrecke angeordnet, über welchen Energie induktiv an eine im elektrischen Fahrzeug angeordnete Sekundärinduktivität übertragen wird.
Wichtige Merkmale bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Versorgung eines ersten Verbrauchers eines elektrischen Fahrzeuges, insbesondere eines fahrerlosen, mobilen Assistenzsystems einer intralogistischen Anwendung, mit einer ersten Gleichspannung und eines zweiten Verbrauchers mit einer zweiten Gleichspannung sind, dass die Vorrichtung eine erste Energiespeichereinrichtung, welche insbesondere als wieder aufladbare Batteriespeichereinrichtung ausgebildet ist, eine zweite Energiespeichereinrichtung, welche insbesondere als Doppelschichtkondensatoreinrichtung ausgebildet ist und/oder welche insbesondere schneller auf- und entladbar ist als die erste Energiespeichereinrichtung, und eine Energieversorgungseinheit, durch welche, insbesondere zeitabschnittsweise, eine Ausgangsgleichspannung bereitstellbar ist, aufweist, wobei der ersten Energiespeichereinrichtung die erste Gleichspannung entnehmbar ist, wobei der zweiten Energiespeichereinrichtung die zweite Gleichspannung entnehmbar ist, wobei die erste Energiespeichereinrichtung über eine Wandlervorrichtung, welche insbesondere als unidirektionaler DC/DC-Wandler, insbesondere als Aufwärtswandler oder als Sperrwandler, ausgeführt ist, mit der zweiten Energiespeichereinrichtung verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, wobei die erste Energiespeichereinrichtung mit der Energieversorgungseinheit verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, insbesondere derart, dass die Ausgangsgleichspannung im Wesentlichen der ersten Gleichspannung gleicht, wobei mittels der Wandlervorrichtung die erste Gleichspannung in die zweite Gleichspannung umwandelbar ist, insbesondere wobei die erste Gleichspannung kleiner als die zweite Gleichspannung ist, insbesondere wobei die erste Gleichspannung eine Kleinspannung ist, wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung zur ersten Energiespeichereinrichtung verhindert wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine gezielte Speicherauslegung zur Versorgung des zweiten Verbrauchers ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung ferner eine Energiespeichersteuereinrichtung auf, wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass mindestens ein Zustandswert der ersten Energiespeichereinrichtung erfassbar ist und an die Energiespeichersteuereinrichtung übermittelbar ist, insbesondere wobei ein erster Zustandswert eine an der ersten Energiespeichereinrichtung anliegende Spannung ist und/oder wobei ein zweiter Zustandswert ein durch die erste Energiespeichereinrichtung fließender Strom ist und/oder wobei ein dritter Zustandswert eine in der ersten Energiespeichereinrichtung herrschende Temperatur ist.
Von Vorteil ist dabei, dass eine Zustandsüberwachung der ersten Energiespeichereinrichtung ermöglicht ist und gegebenenfalls auf veränderte Zustände der ersten Energiespeichereinrichtung reagiert werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein von der Energieversorgungseinheit bereitgestellter Ausgangsstrom mittels der Energiespeichersteuereinrichtung abhängig von dem mindestens einen Zustandswert regelbar oder steuerbar, insbesondere wobei als Sollwert ein Wert für den durch die erste Energiespeichereinrichtung fließenden Strom vorgebbar ist.
Von Vorteil ist dabei, dass die Regelung oder Steuerung des benötigten Ladestromes durch die Energiespeichersteuereinrichtung ermöglicht ist. Die Regelung oder Steuerung des Ladestromes muss also nicht von der Energieversorgungseinheit vorgenommen werden. Diese ist lediglich derart ausgestaltet, dass sie eine regelbare oder steuerbare Stromquelle aufweist, so dass der Wert des Ausgangsstroms beeinflussbar ist. Dadurch ist es möglich, eine sehr einfache Einspeisung als Energieversorgungseinheit, also Ladegerät, zu verwenden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung ferner einen bidirektionalen Schalter auf mittels welchem, insbesondere zeitabschnittsweise, ein Leistungsfluss von und zur ersten Energiespeichereinrichtung verhinderbar ist, insbesondere wobei der bidirektionale Schalter durch die Energiespeichersteuereinrichtung ansteuerbar ist.
Von Vorteil ist dabei, dass die erste Energiespeichereinrichtung vor Überlastung schützbar ist. Insbesondere wenn die an der ersten Energiespeichereinrichtung anliegende Spannung eine definierbare Maximalspannung überschreitet und/oder wenn ein durch die erste Energiespeichereinrichtung fließender Strom einen definierbaren Maximalstrom überschreitet und/oder wenn eine in der ersten Energiespeichereinrichtung herrschende Temperatur eine definierbare erste Maximaltemperatur überschreitet und/oder wenn eine an der ersten Energiespeichereinrichtung anliegende Spannung eine vorgebbare Minimalspannung unterschreitet und/oder wenn ein durch die erste Energiespeichereinrichtung fließender Strom einen definierbaren Minimalstrom unterschreitet und/oder wenn eine in der ersten Energiespeichereinrichtung herrschende Temperatur eine definierbare zweite Maximaltemperatur überschreitet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Energiespeichereinrichtung, die Energiespeichersteuereinrichtung und der bidirektionale Schalter in einer Baueinheit zusammengefasst, insbesondere wobei die Baueinheit derart trennbar an der Vorrichtung angeordnet ist, dass ein Austausch der Baueinheit ermöglicht ist.
Von Vorteil ist dabei, dass eine intelligente Energiespeichereinheit bereitstellbar ist, welche einfach austauschbar ist. Die zentrale Steuerung muss nicht an eine neue intelligente Energiespeichereinheit angepasst werden, da die Steuerung, also das Lademanagement, der ersten Energiespeichereinrichtung durch die intelligente Energiespeichereinheit selbst verwaltet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein elektrisches Fahrzeug, insbesondere fahrerloses, mobiles Assistenzsystem einer intralogistischen Anwendung, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, eine erfindungsgemäße Vorrichtung, einen ersten Verbraucher und einen zweiten Verbraucher auf, wobei der erste Verbraucher eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Fahrbewegung des Fahrzeugs ist und/oder dass der zweite Verbraucher eine elektrische Fahrantriebseinrichtung für die Fahrbewegung, insbesondere Traktion, des Fahrzeugs oder eine Hubeinrichtung oder eine Handlingseinrichtung ist.
Von Vorteil ist dabei, dass Steuereinrichtung auf der einen Seite und gesteuerte Verbraucher auf der anderen Seite jeweils eine eigene Energieversorgung auf unterschiedlichem Spannungsniveau besitzen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsversorgung zweier Verbraucher eines mobilen Assistenzsystems schematisch gezeigt. Das mobile Assistenzsystem wird im Folgenden auch als MAS bezeichnet.
In der 2 ist ein erfindungsgemäßes mobiles Assistenzsystem mit zwei Verbrauchern schematisch gezeigt.
In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mobilen Assistenzsystems mit zwei Verbrauchern und einer intelligenten Batterie schematisch gezeigt.
In der 4 ist eine intelligente Batterie des Ausführungsbeispiels der 3 im Detail gezeigt.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung zweier Verbraucher mit den Gleichspannungen U₁ und U₂. Die Vorrichtung weist hierfür einen ersten Gleichspannungsanschluss 1 und einen zweiten Gleichspannungsanschluss 2 auf, an welchen wie gezeigt die Gleichspannungen U₁ und U₂ anliegen. Die Vorrichtung weist zur Energieversorgung eine Energieversorgungseinheit 3 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel einen Regler 4 und eine regelbare Stromquelle 5 umfasst. Die Energieversorgungseinheit ist auch als Ladegerät 3 bezeichenbar. Der Regler regelt den Ausgangsstrom I₀ des Ladegeräts 3 und steuert damit die Ausgangsgleichspannung U₀. Das Ladegerät 3 ist ohne Spannungswandler mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 1 verbunden. Die Ausgangsgleichspannung U₀ entspricht in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen der ersten Gleichspannung U₁, da zwischen dem Ladegerät 3 und dem ersten Gleichspannungsanschluss 1 kein Verbraucher in Serie geschaltet ist.
Die erste Gleichspannung U₁ am ersten Gleichspannungsanschluss unterscheidet sich von der zweiten Gleichspannung U₂. Für die Anwendung der Vorrichtung in einem MAS sind Gleichspannungen U₂ im Bereich von Niederspannungen, vorteilhaft im Bereich zwischen 120V und 600V, insbesondere 300V, und Gleichspannungen U₁ im Bereich von Kleinspannungen, vorteilhaft 12V, 24V, 48V oder 96V, üblich und vorteilhaft.
Um die erste Gleichspannung U₁ in die höhere zweite Gleichspannung U₂ zu wandeln, ist zwischen dem Ladegerät und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 2 eine Wandlervorrichtung 8 vorhanden. Die Wandlervorrichtung 8 ist dabei parallel zum ersten Gleichspannungsanschluss 1 angeschlossen, so dass der Wandlervorrichtung 8 ebenfalls die Ausgangsgleichspannung Uo als Eingangsspannung dient.
Zur Pufferung und Energiespeicherung weist die Vorrichtung zwei Energiespeicher 6, 7 auf. Der erste Energiespeicher 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Batteriespeicher ausgebildet und beispielsweise als sekundäres elektrochemisches Element ausgeführt. Der zweite Energiespeicher 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Doppelschichtkondensator ausgeführt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft jeweils nur ein erster und ein zweiter Energiespeicher gezeigt. Es sind jedoch auch modular aufgebaute Energiespeichereinrichtungen denkbar, welche jeweils aus mehreren gleichartigen oder verschiedenen Energiespeichern bestehen.
Jeder Energiespeicher wird von dem Ladegerät mit Energie versorgt. Diese Energie ist speicherbar und einem entsprechenden Verbraucher zur Verfügung stellbar. Wesentlicher Erfindungsgedanke ist dabei, dass der Doppelschichtkondensator 7 ausschließlich die Energie für diejenigen Verbraucher zur Verfügung stellt, welche mit der zweiten Gleichspannung U₂ versorgbar sind. Ein Umladen vom Doppelschichtkondensator 7 zum Batteriespeicher 6 wird dabei durch die Wandlervorrichtung 8 verhindert. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Wandlervorrichtung 8 als Sperrwandler ausgeführt. Der Sperrwandler ist potentialgetrennter unidirektionaler DC/DC-Wandler. Baubedingt weist dieser eine Diode 9 auf, durch welche ein Leistungsfluss beziehungsweise Energiefluss vom Doppelschichtkondensator zum Batteriespeicher zu jedem Zeitpunkt, also jederzeit, verhindert wird. Dadurch ist eine gezielte Auslegung des Doppelschichtkondensators an die Bedürfnisse des daran angeschlossenen Verbrauchers möglich.
2 zeigt eine Anwendung der Vorrichtung zur Spannungsversorgung zweier Verbraucher in einem MAS. Das MAS ist hier nicht weiter gezeigt. Die Wandlervorrichtung 8 ist in diesem Beispiel als Aufwärtswandler ausgeführt, welcher ein Beispiel für einen nicht potentialgetrennten DC/DC-Wandler ist. Auch hier wird somit ein Leistungsfluss vom Doppelschichtkondensator 7 zum Batteriespeicher 6 verhindert.
Der erste Verbraucher 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Fahrzeugsteuerung ausgebildet. Diese steuert unter anderem die Fahrbewegung des MAS. Die Steuerung wird dabei mit der ersten Gleichspannung U₁ versorgt, welche typischerweise 12V, 24V, 48V oder 96V beträgt. Auch andere Verbraucher, welche allgemein als Fahrzeugelektronik bezeichenbar sind, sind mit dieser Gleichspannung U₁ versorgbar, beispielsweise Sicherheitssensoren wie Laserscanner und entsprechende Auswertungselektroniken.
Für die Fahrbewegung verfügt das MAS über eine Antriebseinrichtung 11, welche beispielsweise als 3-Phasen-Drehstrommotor mit vorgeschaltetem 3-Phasen-Wechselrichter ausführbar ist. Der Wechselrichter wandelt dabei in bekannter Weise die zweite Gleichspannung U₂ in eine 3-Phasen-Wechselspannung um, mit welcher der Drehstrommotor, beispielsweise ein Käfigläufer, betrieben wird. Die Antriebseinrichtung 11 kann dabei auch mehrere Motoren aufweisen, welche jeweils von einem eigenen Wechselrichter betreibbar sind. Darüber hinaus ist der Wechselrichter auch rückspeisefähig ausführbar, so dass bei generatorischem Betrieb der Antriebsmotoren ein Aufladen des Doppelschichtkondensators 7 möglich ist. Neben Antriebseinrichtungen zur Traktion des MAS sind auch andere Verbraucher für die zweite Gleichspannung U₂ denkbar, wie beispielsweise Hubeinrichtungen zur Aufnahme einer Last oder Handlingseinrichtungen zur Bewegung eines Objektes, beispielsweise ein Roboterarm. Diese Verbraucher 11 werden mit der zweiten Gleichspannung U₂ im Bereich von 120V bis 600V versorgt.
Prinzipiell ist ein Umladen vom Batteriespeicher 6 zum Doppelschichtkondensator 7 möglich. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn durch eine unvorhergesehene Störung, also im Notfall, der Doppelschichtkondensator entleert wird. In diesem Fall ist es möglich, dass der Batteriespeicher auch Energie für den Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stellt. Ein weiterer denkbarer Fall für das Umladen von Energie aus dem ersten in den zweiten Energiespeicher ist ein Wiedereinschalten des Fahrzeugs nach längerer Pause, ohne dass das Ladegerät Energie liefern muss. Auch wenn bei einem Stillstand des Fahrzeugs, beispielsweise dem Parken, alle Verbraucher 10 und 11 abgeschaltet werden, verringert sich der Energieinhalt der beiden Energiespeicher aufgrund von Selbstentladung. Diese Selbstentladung ist bei einem Doppelschichtkondensator um ein vielfaches größer als bei einem Batteriespeicher. Deshalb kann der zweite Energiespeicher schon nach wenigen Stunden oder wenigen Tagen Pause trotz Abschaltung der Verbraucher 11 entleert sein. Mit einem Umladen von Energie aus dem ersten in den zweiten Speicher ist das MAS auch nach längerer Pause wieder in einen fahrbereiten Zustand versetzbar, ohne dass das Ladegerät 3 Energie bereitstellen muss. Anders ausgedrückt muss das MAS nicht an einem Platz abgestellt oder geparkt werden, an dem eine externe Energiezufuhr vorhanden ist.
Das Ladegerät 3 für das Fahrzeug ist unterschiedlich ausgeführbar. Beispielsweise ist ein einfaches Ladegerät mit Steckkontakt ausführbar, so dass das MAS an bestimmten Ladestationen kontaktbehaftet mit Energie versorgbar ist. Ebenso ist eine kontaktbehaftete Energieversorgung während der Fahrt des MAS beispielsweise mittels Schleifleitungen ausführbar. Alternativ dazu ist eine berührungslose Energieversorgung ausführbar, beispielsweise eine induktive Energieversorgung. Diese kann dabei durch gekoppelte Primär- und Sekundärinduktivitäten stattfinden. Auch hier ist sowohl eine Versorgung an stationären Ladestationen als auch eine Versorgung während der Fahrt des MAS denkbar, beispielsweise durch im oder auf dem Hallenboden verlegte Primärleiter. Ein solcher Primärleiter ist beispielsweise ein Linienleiter oder eine Spule.
Die Energiespeicher sind vor allem dazu ausgelegt, das MAS während Betriebsphasen mit Energie zu versorgen, in denen das MAS über keine wie vorher beschriebene externe Energieversorgung verfügt. Das können Fahrten zwischen stationären Ladestationen oder Fahrten abseits der Primärleiter oder Schleifleitungen sein. Im Normalfall versorgt der Doppelschichtkondensator 7 die Antriebe des MAS. Deren Verbrauch hängt näherungsweise von der Fahrstrecke ohne externe Energieversorgung ab, die vorab gut zu planen ist, da die räumliche Anordnung der Ladeinfrastruktur bekannt ist.
In den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 regelt das Ladegerät 3 mittels seines Reglers 4 selbst den Ausgangsstrom I₀ der regelbaren Stromquelle 5. Dieser Ausgangsstrom I₀ teilt sich auf in den Strom I₁, der durch den Batteriespeicher fließt, also den Ladestrom des Batteriespeichers, und den Strom I₂, welcher in die Wandlervorrichtung 8 fließt. Um eine Zerstörung, beispielsweise durch Überladung, des Batteriespeichers zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn bestimmte Maßnahme für eine korrekte Aufladung des Batteriespeichers getroffen werden. Hierzu weist das elektrische Fahrzeug im Ausführungsbeispiel der 3 eine sogenannte intelligente Batterie 14 auf, deren detaillierter Aufbau nochmals in 4 gezeigt ist.
Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich von dem der 2 zum einen dadurch, dass hier eine Wandlervorrichtung 8 vorhanden ist, welche symbolisch als DC/DC-Wandler 15 mit nachfolgender Diode 9 dargestellt ist. Diese Darstellung soll ausdrücken, dass es sich bei der Wandlervorrichtung 8 um einen unidirektionalen DC/DC-Wandler handelt, welcher einen Leistungs- bzw. Energiefluss nur vom Ladegerät 3 zum Doppelschichtkondensator 7 zulässt. Ein Leistungs- bzw. Energiefluss vom Doppelschichtkondensator 7 zum Batteriespeicher 6 wird durch die Wandlervorrichtung 8 verhindert. Konkrete Ausgestaltungen der Wandlervorrichtung sind in den 1 und 2 gezeigt. Es sind jedoch auch andere konkrete Ausgestaltungen denkbar, so lange die Unidirektionalität sichergestellt ist.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass im Ausführungsbeispiel der 3 das Fahrzeug eine intelligente Batterie 14 aufweist. Diese intelligente Batterie 14 umfasst wie in 4 symbolisch skizziert ein Batteriemanagementsystem 12, einen Batteriespeicher 6 und einen bidirektionalen Schalter 13. Der bidirektionale Schalter 13 ist dabei optional. Das Batteriemanagementsystem 12 ist auch als Energiespeichersteuereinrichtung bezeichenbar.
In vorliegendem Ausführungsbeispiel werden beispielsweise mittels in dem Batteriespeicher 6 angeordneten Sensoren charakteristische Größen des Batteriespeichers 6 gemessen und somit erfasst. Diese Größen charakterisieren den Zustand des Batteriespeichers 6 und sind beispielsweise die an dem Batteriespeicher 6 anliegende Spannung U₁, der durch den Batteriespeicher 6 fließende Strom I₁ und die im Batteriespeicher 6 herrschende Temperatur T₁. Es ist auch denkbar, dass beispielsweise nur die Spannung U₁ erfasst wird. Die erfassten Zustandswerte werden dem Batteriemanagementsystem 12 zur Verfügung gestellt und das Batteriemanagementsystem 12 steuert oder regelt abhängig von mindestens einer dieser Zustandswerte den Ausgangsstrom I₀ des Ladegeräts 3. Zu diesem Zweck gibt das Batteriemanagementsystem 12 dem Ladegerät 3 einen Sollwert zur Regelung oder Steuerung vor. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist dieser Sollwert I_0,soll ein Sollwert für den Ausgangsstrom I₀. Über diesen Sollwert I_0,soll ist ein Wert für den durch den Batteriespeicher 6 fließenden Ladestrom I₁, einstellbar. Dadurch wird sichergestellt, dass der Batteriespeicher 6 immer mit einem zulässigen Ladestrom I₁, geladen wird. Er ist also vor Zerstörung oder Falschnutzung geschützt. Die Regelung oder Steuerung des Ladevorgangs wird dabei von der intelligenten Batterie 14 vorgegeben, so dass das Ladegerät 3 sehr einfach gestaltbar ist. Es ist dabei lediglich eine regelbare Stromquelle 5 notwendig, so dass der Ausgangsstrom I₀ durch das Batteriemanagementsystem 12 beeinflussbar ist. Bei diesem Verfahren ist zulässig, dass das Ladegerät 3 einen geringeren Strom als den Sollwert I_0,soll einstellt. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Leistungsfähigkeit des Ladegeräts zu gering für den von der intelligenten Batterie 14 vorgegebenen Strom I_0,soll ist. Wichtig ist dabei, dass der durch den Batteriespeicher fließende Strom I₁ nicht größer als zulässig werden kann, die Batterie also vor Überlastung geschützt ist. Der Sollwert t_0,soll stellt also eine maximale Obergrenze dar, welche dynamisch anpassbar ist.
Vorteilhafterweise umfasst die intelligente Batterie 14 einen bidirektionalen Schalter 13, mit welchem es möglich ist, den Leistungs- bzw. Energiefluss zum und vom Batteriespeicher 6 unabhängig voneinander zu unterbinden. Im einfachsten Fall besteht der bidirektionale Schalter wie symbolisch in 4 gezeigt aus zwei parallelen Stromzweigen mit jeweils einem ansteuerbaren Schalter und einer Diode, wobei die Dioden antiparallel geschaltet sind. Auf diese Weise ist ein Überstrom- und/oder Überspannungs- und/oder Übertemperaturschutz realisierbar, indem das Batteriemanagementsystem 12 abhängig von den Zustandsgrößen die Energiezufuhr oder -abfuhr des Batteriespeichers 6 unterbricht.
Vorteilhafterweise ist die intelligente Batterie 14 eine eigene Baueinheit, so dass alle Komponenten in einem Gehäuse integriert sind und dadurch ein einfacher Austausch der intelligenten Batterie 14 ermöglicht ist. Dadurch ist es auch möglich, das elektrische Fahrzeug abhängig von der logistischen Anwendung umzurüsten. Das Regeln oder Steuern des Batterieladestroms I₁, wird dabei immer von der intelligenten Batterie 14 selbst übernommen, so dass für verschiedene Batteriespeicher 6 mit unterschiedlichen Kenngrößen immer das gleiche Ladegerät 3 und die gleiche Wandlervorrichtung 8 verwendbar sind.
Vorteilhafterweise ist das Batteriemanagementsystem 12 über eine Kommunikationsverbindung 16 mit der Fahrzeugsteuerung 10 verbunden. Über diese Kommunikationsverbindung 16 sind verschiedene Applikationsparameter übermittelbar. Beispielsweise ist es möglich, dass das Batteriemanagementsystem 12 der Fahrzeugsteuerung 10 den maximal möglichen Entladestrom I_1,min mitteilt. Ein anderer Applikationsparameter kann beispielsweise der Ladezustand (State of Charge, SOC) oder ein Alterungszustand des Batteriespeichers 6 sein. Auf diese Weise ist die Fahrzeugsteuerung 10 immer über den aktuellen Status des Batteriespeichers 6 informiert.
Bezugszeichenliste

1: Erster Gleichspannungsanschluss
2: Zweiter Gleichspannungsanschluss
3: Energieversorgungseinheit
4: Regler
5: Regelbare Stromquelle
6: Erste Energiespeichereinrichtung
7: Zweite Energiespeichereinrichtung
8: Wandlervorrichtung
9: Diode
10: Erster Verbraucher
11: Zweiter Verbraucher
12: Energiespeichersteuereinrichtung
13: Bidirektionaler Schalter
14: Intelligente Batterie
15: DC/DC-Wandler
16: Kommunikationsverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007002242 A1 [0003]
DE 19545544 A1 [0004]
US 6265851 B1 [0005]
EP 2419364 A1 [0006]
DE 102017005153 A1 [0007]
EP 2535218 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeuges, insbesondere eines fahrerlosen, mobilen Assistenzsystems einer intralogistischen Anwendung, aufweisend - eine elektrische Fahrantriebseinrichtung (11) für die Fahrbewegung, insbesondere Traktion, des Fahrzeugs, - eine Steuereinrichtung (10) zur Steuerung der Fahrbewegung des Fahrzeugs, - eine erste Energiespeichereinrichtung (6), welche insbesondere als wieder aufladbare Batteriespeichereinrichtung ausgebildet ist, zur Versorgung der Steuereinrichtung (10) mit einer ersten Gleichspannung (U₁), - eine zweite Energiespeichereinrichtung (7), welche insbesondere als Doppelschichtkondensatoreinrichtung ausgebildet ist und/oder welche insbesondere schneller auf- und entladbar ist als die erste Energiespeichereinrichtung (6), zur Versorgung der Fahrantriebseinrichtung (11) mit einer zweiten Gleichspannung (U₂), - und eine Energieversorgungseinheit (3), welche, insbesondere zeitabschnittsweise, eine Ausgangsgleichspannung (Uo) bereitstellt, wobei die erste Energiespeichereinrichtung (6) über eine Wandlervorrichtung (9) mit der zweiten Energiespeichereinrichtung (7) verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, wobei die erste Energiespeichereinrichtung (6) mit der Energieversorgungseinheit (3) verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, insbesondere derart, dass die Ausgangsgleichspannung (U₀) im Wesentlichen der ersten Gleichspannung (U₁) gleicht, wobei die Wandlervorrichtung (8) die erste Gleichspannung (U₁) in die zweite Gleichspannung (U₂) umwandelt, insbesondere wobei die erste Gleichspannung (U₁) kleiner als die zweite Gleichspannung (U₂) ist und/oder insbesondere wobei die erste Gleichspannung (U₁) eine Kleinspannung ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung (7) zur ersten Energiespeichereinrichtung (6), insbesondere jederzeit, verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung (7) zur ersten Energiespeichereinrichtung (6) dadurch verhindert wird, dass die Wandlervorrichtung (8) als unidirektionaler DC/DC-Wandler, insbesondere als Aufwärtswandler oder als Sperrwandler, ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ferner eine Energiespeichersteuereinrichtung (12) aufweist, wobei mindestens ein Zustandswert (U₁, I₁, T₁) der ersten Energiespeichereinrichtung (6) erfasst wird und an die Energiespeichersteuereinrichtung (12) übermittelt wird, insbesondere wobei ein erster Zustandswert eine an der ersten Energiespeichereinrichtung (6) anliegende Spannung (U₁) ist und/oder wobei ein zweiter Zustandswert ein durch die erste Energiespeichereinrichtung (6) fließender Strom (I₁) ist und/oder wobei ein dritter Zustandswert eine in der ersten Energiespeichereinrichtung (6) herrschende Temperatur (T₁) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Energieversorgungseinheit (3) bereitgestellter Ausgangsstrom (I₀) mittels der Energiespeichersteuereinrichtung (12) abhängig von dem mindestens einen Zustandswert (U₁, I₁, T₁) geregelt oder gesteuert wird, insbesondere wobei als Sollwert (I_0,soll) ein Wert für den Ausgangsstrom (I₀) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichersteuereinrichtung (12) aus dem mindestens einen Zustandswert (U₁, I₁, T₁) mindestens einen Applikationsparameter ermittelt, insbesondere wobei der mindestens eine Applikationsparameter an die Steuereinrichtung (10) übermittelt wird, insbesondere wobei ein erster Applikationsparameter ein Wert (I_1,min) für denjenigen Strom ist, mit welchem die erste Energiespeichereinrichtung (6) höchstens entladbar ist, und/oder wobei ein zweiter Applikationsparameter ein Ladezustand der ersten Energiespeichereinrichtung (6) ist und/oder wobei ein dritter Applikationsparameter ein Alterungszustand der ersten Energiespeichereinrichtung (6) ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leistungsfluss, insbesondere von der Energieversorgungseinheit (3), zur ersten Energiespeichereinrichtung (6) verhindert wird, wenn eine an der ersten Energiespeichereinrichtung (6) anliegende Spannung (U₁) eine definierbare Maximalspannung (U_1,max) überschreitet und/oder wenn ein durch die erste Energiespeichereinrichtung (6) fließender Strom (h) einen definierbaren Maximalstrom (I_1,max) überschreitet und/oder wenn eine in der ersten Energiespeichereinrichtung (6) herrschende Temperatur (T₁) eine definierbare erste Maximaltemperatur (T_1,max1) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leistungsfluss von der ersten Energiespeichereinrichtung (6), insbesondere zur zweiten Energiespeichereinrichtung (7), verhindert wird, wenn eine an der ersten Energiespeichereinrichtung (6) anliegende Spannung (U₁) eine vorgebbare Minimalspannung (U_1,min) unterschreitet und/oder wenn ein durch die erste Energiespeichereinrichtung (6) fließender Strom (I₁) einen definierbaren Minimalstrom (I_1,min) unterschreitet und/oder wenn eine in der ersten Energiespeichereinrichtung (6) herrschende Temperatur (T₁) eine definierbare zweite Maximaltemperatur (T_1,max2) überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsfluss von und zur ersten Energiespeichereinrichtung (6) mittels eines bidirektionalen Schalters (13) verhindert wird, insbesondere wobei der bidirektionale Schalter (13) durch die Energiespeichersteuereinrichtung (12) angesteuert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieversorgungseinheit (3) kontaktbehaftet oder berührungslos und/oder zeitabschnittsweise während der Fahrt Energie zugeführt wird.
Vorrichtung zur Versorgung eines ersten Verbrauchers (10) eines elektrischen Fahrzeuges, insbesondere eines fahrerlosen, mobilen Assistenzsystems einer intralogistischen Anwendung, mit einer ersten Gleichspannung (U₁) und eines zweiten Verbrauchers (11) mit einer zweiten Gleichspannung (U₂) aufweisend: - eine erste Energiespeichereinrichtung (6), welche insbesondere als wieder aufladbare Batteriespeichereinrichtung ausgebildet ist, - eine zweite Energiespeichereinrichtung (7), welche insbesondere als Doppelschichtkondensatoreinrichtung ausgebildet ist und/oder welche insbesondere schneller auf- und entladbar ist als die erste Energiespeichereinrichtung (6), und - eine Energieversorgungseinheit (3), durch welche, insbesondere zeitabschnittsweise, eine Ausgangsgleichspannung (U₀) bereitstellbar ist, wobei der ersten Energiespeichereinrichtung (6) die erste Gleichspannung (U₁) entnehmbar ist, wobei der zweiten Energiespeichereinrichtung (7) die zweite Gleichspannung (U₂) entnehmbar ist, wobei die erste Energiespeichereinrichtung (6) über eine Wandlervorrichtung (8), welche insbesondere als unidirektionaler DC/DC-Wandler, insbesondere als Aufwärtswandler oder als Sperrwandler, ausgeführt ist, mit der zweiten Energiespeichereinrichtung (7) verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, wobei die erste Energiespeichereinrichtung (6) mit der Energieversorgungseinheit (3) verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, ist, insbesondere derart, dass die Ausgangsgleichspannung (Uo) im Wesentlichen der ersten Gleichspannung (U₁) gleicht, wobei mittels der Wandlervorrichtung (8) die erste Gleichspannung (U₁) in die zweite Gleichspannung (U₂) umwandelbar ist, insbesondere wobei die erste Gleichspannung (U₁) kleiner als die zweite Gleichspannung (U₂) ist, insbesondere wobei die erste Gleichspannung (U₁) eine Kleinspannung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Leistungsfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung (7) zur ersten Energiespeichereinrichtung (6), insbesondere jederzeit, verhindert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Energiespeichersteuereinrichtung (12) aufweist, wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass mindestens ein Zustandswert (U₁, I₁, T₁) der ersten Energiespeichereinrichtung (6) erfassbar ist und an die Energiespeichersteuereinrichtung (12) übermittelbar ist, insbesondere wobei ein erster Zustandswert eine an der ersten Energiespeichereinrichtung (6) anliegende Spannung (U₁) ist und/oder wobei ein zweiter Zustandswert ein durch die erste Energiespeichereinrichtung (6) fließender Strom (I₁) ist und/oder wobei ein dritter Zustandswert eine in der ersten Energiespeichereinrichtung (6) herrschende Temperatur (T₁) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Energieversorgungseinheit (3) bereitgestellter Ausgangsstrom (I₀) mittels der Energiespeichersteuereinrichtung (12) abhängig von dem mindestens einen Zustandswert (U₁, I₁, T₁) regelbar oder steuerbar ist, insbesondere wobei als Sollwert (I_0,soll) ein Wert für den Ausgangsstrom (I₀) vorgebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen bidirektionalen Schalter (13) aufweist mittels welchem, insbesondere zeitabschnittsweise, ein Leistungsfluss von und zur ersten Energiespeichereinrichtung (6) verhinderbar ist, insbesondere wobei der bidirektionale Schalter (13) durch die Energiespeichersteuereinrichtung (12) ansteuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiespeichereinrichtung (6), die Energiespeichersteuereinrichtung (12) und der bidirektionale Schalter (13) in einer Baueinheit (14) zusammengefasst sind, insbesondere wobei die Baueinheit (14) derart trennbar an der Vorrichtung angeordnet ist, dass ein Austausch der Baueinheit (14) ermöglicht ist.
Elektrisches Fahrzeug, insbesondere fahrerloses, mobiles Assistenzsystem einer intralogistischen Anwendung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, einen ersten Verbraucher (10) und einen zweiten Verbraucher (11), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbraucher (10) eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Fahrbewegung des Fahrzeugs ist und/oder dass der zweite Verbraucher (11) eine elektrische Fahrantriebseinrichtung für die Fahrbewegung, insbesondere Traktion, des Fahrzeugs oder eine Hubeinrichtung oder eine Handlingseinrichtung ist.