DE112012004251T5

DE112012004251T5 - Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen

Info

Publication number: DE112012004251T5
Application number: DE112012004251.4T
Authority: DE
Inventors: Chih-Shu Huang; Yen-Ming Tseng; Hsien-Hsin Chien
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2014-08-21
Also published as: WO2013127020A1

Abstract

Bei elektrisch über Batterien angetriebenen Fahrzeugen besteht das Problem, dass das Fahrzeug während des Aufladens der Batterie immobilisiert wird. Wechselbatterien, die nach Erschöpfung aus dem Fahrzeug entnommen und in einer Ladestation außerhalb des Fahrzeugs geladen werden sind dabei eine Abhilfe. Die vorliegende Erfindung zeigt ein System, das den Wechsel der Batterie und das Neuladen automatisch vornimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung
(a) Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Batteriewechselstation und zwar eine Batteriewechselstation deren Design auf den Menschen zugeschnitten ist und die dem Benutzer einen einfachen Zugangspunkt für einen unkomplizierten Batteriewechsel bietet.
(b) Beschreibung des derzeitigen Standes der Technik
Energie wird heutzutage auf viele verschiedene Arten angewendet. Elektrizität, Windkraft und Erdöl sind dabei Primärenergien, wobei die Nutzung von Erdöl nicht nur Umweltprobleme mit sich bringt, sondern auch die Vorräte begrenzt sind, was dazu führt, dass Elektrizität eine wachsende Rolle spielt. Zur Speicherung von Elektrizität werden Batterien entwickelt, die nach Entleeren wieder aufgeladen werden können und so die Umweltbelastung verringern. Hierfür werden Batteriewechselstationen gebaut.
Herkömmliche Batteriewechselstationen haben jedoch einige Mängel, die beseitigt werden müssen:
Ihre Handhabung z. B. ist so gut wie gar nicht an die Bedürfnisse der Benutzer angepaßt, so dass bei der Benutzung häufig Fehler gemacht werden, die große Zeitverluste mit sich bringen. Das ganze Batteriemanagement hat keine konsistente Lösung.
Zusammenfassung der Erfindung
Hauptziel der Erfindung ist es die oben angedeuteten Probleme zu lösen und ein Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen zu schaffen, die nicht nur dem Verbraucher eine besser auf die menschlichen Bedürfnisse abgestimmte Lösung bietet, sondern auch dem Betreiber einen weitgehend automatischen Ablauf mit Fernkontrolle über ein Netzwerk ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 Schnitt durch eine erfindungsgemäße Batteriewechselstation
2 Blockschaltbild der Steuerung einer erfindungsgemäßen Batteriewechselstation
3 Der Bedienvorgang durch den Benutzer der Batterieladestation
4 Schematische Darstellung des Batteriewechselvorgangs
5 Schematische Darstellung des Verwalterzugangs zum System
6 Schematische Darstellung des Gesamtsystems
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
Aus 1 und 2 kann man deutlich ersehen, dass die Batteriewechselstation (1) folgendes enthält:

– mindestens einen Rahmen (2), an dessen Seite eine Anzahl Batterieübergaben (21) angebracht sind;
– eine Relaiseinheit (22), die innerhalb des Rahmens (2) angebracht ist, in der sich mehrere erste Ausgabeeinheiten (221) befinden, von denen ein Ende mit einer Batterieübergabe (21) und das andere mit einem Spannungssensor (222) für die betreffende Batterie verbunden ist;
– ein Behältnis (23) mit einem Bereich (231) für zu ladende Batterien, einem Bereich (232) für geladene Batterien und einem Bereich (233) für Schadbatterien, das mittels Rollen (235) auf unten im Rahmen (2) angebrachten Schienen (234) bewegt werden kann. In diesem Behältnis (23) befindet sich eine Anzahl zweite Ausgabeeinheiten (236), die mit einem Ende mit den ersten Ausgabeeinheiten (221) verbunden sind;
– eine Transfereinrichtung (24) innerhalb des Rahmens (2) mit einer Transportplattform (241), die wahlfrei auf eine der zweiten Ausgabeeinheiten (236) ausgerichtet werden kann;
– eine Ladeeinrichtung (25), die innerhalb des Rahmens (2) angebracht ist und mindestens einen definierten Ladesitz (251) hat, wobei alle Ladesitze (251) einen Ladestecker (252) haben und wahlfrei mit einem Ende der Transportplattform (241) verbunden werden können;
– eine Steuereinrichtung (3), die wiederum folgendes enthält:
– ein Anzeigemodul (31);
– ein Steuermodul (32), das mit dem Anzeigemodul (31), der Relaiseinheit (22), dem Behältnis (23), der Transfereinrichtung (24) und der Ladeeinrichtung (25) verbunden ist, um den Batteriewechselvorgang zu begleiten, sowie für die Steuerung der über den Ladestecker (252) erfolgenden Ladung zumindest ein RFID-Lesegerät (321), das aus dem oder den an der Batterie angebrachten RFID-Transpondern die dort gespeicherte Information wie z. B. Batterie Nr., Einsatzbedingungen und Zustand drahtlos lesen kann, sowie mindestens ein RFID-Programmiergerät (322);
– ein mit dem Steuermodul (32) drahtlos verbundenes Identifikationsmodul (33) für die Benutzererkennung;
– eine mit dem Steuermodul (32) verbundene Batteriedatenverwaltung (34) mit Batteriemanagement (341), Datensicherung (342) und Datenspeicherung (343).

Wenn man 1 bis 4 zusammen betrachtet erkennt man, dass ein Verbraucher (4) der eine erschöpfte Batterie (5) gegen eine geladene Batterie (6) austauschen möchte wie in 3 gezeigt vorgeht:

(a) Eingabe der Benutzeridentifikation und Lesen der Identifikationskarte des Fahrzeugs an einem RFID-Lesegerät;
(b) Eingabe eines Paßworts am Anzeigemodul;
(c) Auswerten und Prüfen der Information im Identifikationsmodul und Vorbereiten der Daten zum Batterieaustausch;
(d) Nach Überprüfung der Daten kann der Verbraucher den Batterietausch einleiten und entsprechend den Instruktionen auf dem Bildschirm oder der Sprachausgabe die alte Batterie zum Übergabepunkt bringen;
(e) Die Identifikationsdaten und Parameter im RFID-Transponder der alten Batterie werden mittels eines RFID-Lesegeräts gelesen und ihr Ladezustand wird über den Spannungssensor durch das Steuermodul ermittelt;
(f) Nach Auswertung der Parameter wird die Batterie im Behältnis durch die Transfereinrichtung zu einer Warteposition, zur Aufladestation oder zum Verwurf transportiert;
(g) Während des Aufladens der zurückgenommenen Batterie werden die relevanten Parameter an das Steuermodul übertragen;
(h) Nach Beenden des Ladevorgangs wird die geladene Batterie durch die Transfereinheit in das Behältnis verbracht und die entsprechenden Parameter werden an das Steuermodul übertragen;
(i) Wenn die Batterie zum Übergabepunkt gebracht wird, wird gleichzeitig mittels eines Spannungssensors ihre tatsächliche Spannung ermittelt und zusammen mit den übrigen Parametern an das Steuermodul übermittelt, um nach Ausgabe der Batterie an die Identifikationskarte des Fahrzeugs übertragen zu werden, wonach sich eine Schleuße am Übergabepunkt öffnet, wo der Verbraucher die Batterie entnehmen kann.

Aus 2 und 4 kann noch die nachstehende genauere Erklärung entnommen werden. Nach Eingabe eines Paßworts im Anzeigemodul (31) durch den Verbraucher (4) wird eine Identifikationskarte (7) angezeigt. Diese Identifikationskarte (7) wird sofort von dem dem Identifikationsmodul (33) untergeordneten Leser gelesen, um die Identifikation durchzuführen. Danach werden auf dem Anzeigemodul (31) die für den Verbraucher (4) erlaubten Wahlmöglichkeiten angezeigt, wie z. B. ”Batteriewechsel”, ”Kontoabfrage”, ”Lage der nächstgelegenen Batteriewechselstation” oder ”Vorgang beenden”. Bei Druck auf ”Kontoabfrage” wird beispielsweise das momentane Restguthaben des Verbrauchers (4) angezeigt. Wenn der Verbraucher (4) ”Batteriewechsel” auswählt und die alte Batterie (5) in die Batterieaufnahme (211) der Batterieübergabe (21) legt, wird diese von der Relaiseinheit (22) aufgenommen und die vom RFID-Lesegerät (321) gelesenen Daten werden durch das Verknüpfungsgerät (51) mit den Daten der Identifikationskarte (7) verknüpft. Gleichzeitig werden die Batterieparameter und mit dem Spannungssensor (222) die Spannung der alten Batterie (5) ermittelt und an das Steuermodul (32) zur Auswertung und Speicherung weitergegeben. Falls die Batterie-ID korrekt ist wird die alte Batterie (5) von der Relaiseinheit (22) in das Behältnis (23) in den Bereich (231) für zu ladende Batterien und von dort auf die Transportplatform (241) der Transfereinrichtung (24) weitergereicht, von wo sie zum Ladesitz (251) der Ladeeinrichtung (25) geht und über den Ladestecker (252) geladen wird oder, falls es sich um eine Schadbatterie handelt in den Bereich (233) für Schadbatterien des Behältnisses (23) geleitet. Falls die alte Batterie (5) erfolgreich aufgeladen werden konnte, werden ihre Parameter registriert und sie wird als neue Batterie (6) angesehen und mit der Transfereinrichtung (24) in den Bereich (232) für geladene Batterien des Behältnisses (23) verbracht, von wo sie wie jede andere neue Batterie wieder ausgegeben werden kann. Auf dem Anzeigemodul (31) wird dem Verbraucher der Kontostand angezeigt.
5 und 6 zeigen eine systematische Darstellung der Abwicklung des Batterietausches durch den Verwalter (8):

(a) Der Verwalter loggt sich über ein Netzwerk in der Batteriewechselstation ein;
(b) Der Verwalter identifiziert sich über sein Paßwort;
(c) Wiederholung von (b), falls erfolglos, andernfalls (d);
(d) Verwalter hat Zugriff auf das System.

Wenn sich der Verwalter (8) in eine Batteriewechselstation (1) einloggt kann er sich über den Zustand der dort vorhandenen Batterien informieren und die entsprechenden Dispositionen treffen.
Das das Behältnis auf Rollen läuft erleichtert den Batteriewechsel für den Verwalter (8).
Das beschriebene Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen bringt folgende Verbesserungen:

1.) Der Einsatz der Steuereinrichtung (3) macht den Prozeß für den Verbraucher (4) einfacher und erlaubt gleichzeitig ein automatisiertes Arbeiten der Batteriewechselstation (1).
2.) Die Möglichkeit, die Batteriewechselstation (1) über ein Netzwerk, über das alle Betriebsparameter von außen zugänglich sind zu steuern erleichtert die Arbeit des Verwalters (8).

Claims

Ein Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgendes enthält: – mindestens einen Rahmen (2), an dessen Seite eine Anzahl Batterieübergaben (21) angebracht ist; – eine Relaiseinheit (22), die innerhalb des Rahmens (2) angebracht ist, in der sich mehrere erste Ausgabeeinheiten (221) befinden, von denen ein Ende mit einer Batterieübergabe (21) verbunden ist; – ein Behältnis (23) innerhalb des Rahmens (2), das mittels Rollen (235) auf unten im Rahmen (2) angebrachten Schienen (234) sitzt und in dem sich eine Anzahl zweite Ausgabeeinheiten (236) befindet, bei denen ein Ende mit den ersten Ausgabeeinheiten (221) verbunden ist; – eine Transfereinrichtung (24) innerhalb des Rahmens (2) mit einer Transportplattform (241), die wahlfrei auf eine der zweiten Ausgabeeinheiten (236) ausgerichtet werden kann; – eine Ladeeinrichtung (25), die innerhalb des Rahmens (2) angebracht ist und mindestens einen definierten Ladesitz (251) hat, wobei alle Ladesitze (251) wahlfrei mit einem Ende der Transportplattform (241) korrespondieren; – eine Steuereinrichtung (3) innerhalb des Rahmens (2), die wiederum folgendes enthält: – ein Anzeigemodul (31); – ein Steuermodul (32), das mit dem Anzeigemodul (31), der Relaiseinheit (22), dem Behältnis (23), der Transfereinrichtung (24) und der Ladeeinrichtung (25) verbunden ist, um den Batteriewechselvorgang durchzuführen; – ein mit dem Steuermodul (32) drahtlos verbundenes Identifikationsmodul (33) für die Benutzererkennung; – eine mit dem Steuermodul (32) verbundene Batteriedatenverwaltung (34).
Das Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unten am Behältnis (23) angebrachten Rollen (235) auf den Schienen (234) bewegt werden können.
Das Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen aus Anspruch 1, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (32) den über den Ladestecker (252) durchgeführten Ladevorgang steuert und überwacht und mit einem RFID-Lesegerät (321) sowie einem RFID-Programmiergerät (322) ausgerüstet ist.
Das Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen aus Anspruch 3, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass das RFID-Lesegerät (321) auf der Batterie angebrachte RFID-Transponder drahtlos auslesen kann, wobei die RFID-Transponder Batterieidentifikationsinformationen und Batteriezustandsinformationen enthalten.
Das Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen aus Anspruch 1, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriedatenverwaltung (34) Funktionen für Batteriemanagement (341), Datensicherung (342) und Datenspeicherung (343) hat.
Das Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen aus Anspruch 1, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (23) einen Bereich (231) für zu ladende Batterien, einen Bereich (232) für geladene Batterien und einen Bereich (233) für Schadbatterien hat.
Das Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen aus Anspruch 1, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass die Relaiseinheit (22) mit einem Spannungssensor (222) für die Ermittlung der Batteriespannung ausgerüstet ist.
Das Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen aus Anspruch 1, zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgleich zwischen einem Identifikationsmodul (33) für die Benutzeridentifikation und einer Identifikationskarte (7) für das Fahrzeug des Verbrauchers stattfindet.
Ein Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienung durch den Benutzer die folgenden Schritte umfaßt: (a) Eingabe der Benutzeridentifikation und Lesen der Identifikationskarte des Fahrzeugs an einem RFID-Lesegerät; (b) Eingabe eines Paßworts am Anzeigemodul; (c) Auswerten und Prüfen der Information im Identifikationsmodul und Vorbereiten der Daten zum Batterieaustausch; (d) Nach Überprüfung der Daten kann der Verbraucher den Batterietausch einleiten und entsprechend den Instruktionen auf dem Bildschirm oder der Sprachausgabe die alte Batterie zum Übergabepunkt bringen; (e) Die Identifikationsdaten und Parameter im RFID-Transponder der alten Batterie werden mittels eines RFID-Lesegeräts gelesen und ihr Ladezustand wird über den Spannungssensor durch das Steuermodul ermittelt; (f) Nach Auswertung der Parameter wird die Batterie im Behältnis durch die Transfereinrichtung zu einer Warteposition, zur Aufladestation oder zum Verwurf transportiert; (g) Während des Aufladen der zurückgenommenen Batterie werden die relevanten Parameter an das Steuermodul übertragen; (h) Nach Beenden des Ladevorgangs wird die geladene Batterie durch die Transfereinheit in das Behältnis verbracht und die entsprechenden Parameter werden an das Steuermodul übertragen; (i) Wenn die Batterie zum Übergabepunkt gebracht wird, wird gleichzeitig mittels eines Spannungssensors ihre tatsächliche Spannung ermittelt und zusammen mit den übrigen Parametern an das Steuermodul übermittelt, um nach Ausgabe der Batterie an die Identifikationskarte des Fahrzeugs übertragen zu werden, wonach sich eine Schleuße am Übergabepunkt öffnet, wo der Verbraucher die Batterie entnehmen kann.
Ein Steuerungssystem für eine Batteriewechselstation und ihre Nebenfunktionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienung durch den Verwalter die folgenden Schritte umfaßt: (a) Der Verwalter loggt sich über ein Netzwerk in der Batteriewechselstation ein; (b) Der Verwalter identifiziert sich über sein Paßwort; (c) Wiederholung von (b), falls erfolglos, andernfalls (d); (d) Verwalter hat Zugriff auf das System.