DE3832840A1 - Transportsystem mit batteriebetriebenen fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Transportsystem nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Insbesondere zum innerbetrieblichen Transport im Fertigungs- und Lagerbereich von Betrieben sind Systeme bekannt, bei denen vorzugsweise automatisch gesteuerte batteriebetriebene Fahrzeuge benutzt wer­ den. Zum möglichst optimalen Einsatz dieser Fahr­ zeuge werden Rechner eingesetzt, welche unter ande­ rem auch die Überwachung der Batterieladung durch­ führen.

Bei derartigen Systemen ist man bestrebt, das Eigen­ gewicht sowie das Volumen der Fahrzeuge möglichst gering zu halten. Ferner sind die Anforderungen der­ artiger Systeme an die Betriebssicherheit sehr hoch, so daß eine zu große Konzentration von Steuer- und Regelfunktionen an einer Stelle sich nachteilig auf den wirtschaftlichen Einsatz derartiger Systeme aus­ wirken kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Transportsystem mit batteriebetriebenen Fahrzeugen anzugeben, bei welchem eine hohe Einsatzbereitschaft der Fahrzeuge sichergestellt ist und trotzdem die Fahrzeuge selbst möglichst klein und leicht sein können.

Das erfindungsgemäße Transportsystem mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß bei Ausfall eines übergeordneten Rech­ ners in den einzelnen Fahrzeugen eine Kontrolle über den Zustand der Batterie beibehalten bleibt und auch eine gesteuerte Ladung der Batterie unverändert fort­ geführt wird, sofern das betreffende Fahrzeug mit einer Ladestelle verbunden ist.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß Daten über den Ladezustand der Batterie, welche für das Gesamt­ system von Bedeutung sind, an einen oder mehrere übergeordnete Rechner gegeben werden können. Außer­ dem ist sichergestellt, daß ein Fahrzeug vor einer drohenden Tiefentladung rechtzeitig eine Ladestelle anfährt.

Bei dem erfindungsgemäßen Transportsystem können fer­ ner die einzelnen Fahrzeuge derart eingesetzt wer­ den, daß sie möglichst untereinander gleich belastet werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen des im Hauptanspruch angegebenen Transport­ systems möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Transportsystems und

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines im erfindungsgemäßen System enthaltenen Batterie-Überwachungs- und Ladesystems.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Blockdiagramm gemäß Fig. 1 zeigt die für die Steuerung wichtigen Komponenten sowie ihre Verbindun­ gen untereinander. Eine Batterie 1 ist innerhalb eines Fahrzeugs 2 angeordnet. Sie dient als Energie­ quelle für den Antrieb und die Lenkung des Fahrzeugs sowie für die im Fahrzeug befindlichen Schaltungen und Steuerungssysteme. Eine Vielzahl derartiger Fahr­ zeuge wird dazu verwendet, innerhalb des Fertigungs­ bereichs eines Betriebes Material zu transportieren. Dabei kann es sich um Rohstoffe, Halbfertigerzeug­ nisse oder Fertigerzeugnisse handeln, welche von einem Lager zu Arbeitsplätzen, von einem Arbeits­ platz zu einem anderen oder von einem Arbeitsplatz zu einem Lager transportiert werden. Üblicherweise werden für diese Aufgaben durch Induktionsschleifen gesteuerte Flur-Fahrzeuge verwendet.

Da das beschriebene Transportsystem Teil der Ferti­ gung bzw. Produktion ist, werden ihm Aufgaben von einem übergeordneten Produktionsrechner 3 zugewie­ sen. So wird beispielsweise vom Produktionsrechner 3 bestimmt, welche Arbeitsgänge an welchen Arbeitsplät­ zen durchgeführt werden und wo dementsprechend welche Materialien benötigt werden. Das Fertigungs- Transportsystem (FTS) verfügt über einen eigenen Rechner 4 (im folgenden FTS-Rechner genannt) mit dessen Hilfe der Einsatz der Transportfahrzeuge nach den Vorgaben des Produktionsrechners 3 gesteuert wird. Der FTS-Rechner 4 erhält jedoch nicht nur Da­ ten vom Produktionsrechner 3, sondern kann an diesen auch Daten weiterleiten, wie beispielsweise Vollzugs­ meldungen und Statusmeldungen des Fertigungs-Trans­ portsystems.

Der FTS-Rechner 4 tauscht nun wiederum mit den ein­ zelnen Fahrzeugen Daten aus, wozu sowohl der FTS-Rechner 4 als auch jedes der Fahrzeuge mit einem Datenübertragungs-Sender/Empfänger 5, 6 ausgerüstet sind. Die Übertragung der Daten kann mit an sich bekannten Verfahren und Anordnungen erfolgen, bei­ spielsweise durch im Boden verlegte Induktionsschlei­ fen, die gleichzeitig auch zur Lenkung der Fahrzeuge dienen.

Die Daten, welche der FTS-Rechner 4 an jedes ein­ zelne Fahrzeug gibt, betreffen in erster Linie die Steuerung des Fahrzeugs, also den Fahrweg und das Anhalten bzw. Fortsetzen der Fahrt. Diese Informa­ tionen werden von dem Datenübertragungs-Empfänger/ Sender 6 an die Fahrsteuerung 7 gegeben. Die Fahr­ steuerung 7 steuert den Antrieb, die Lenkung und ggf. andere Einrichtungen des Fahrzeugs 2, die in Fig. 1 schematisch als Motor 16 dargestellt sind. Vom Fahrzeug zum FTS-Rechner 4 werden, neben Daten über den Ladezustand der Batterie 1, was noch genau­ er beschrieben wird, Daten über den Standort des Fahrzeugs sowie dessen Beladung gegeben.

Die Zeiten, an denen das Fahrzeug an einem Arbeits- oder Lagerplatz hält, werden zur Ladung der Batterie 1 benutzt. Dazu befinden sich an den Arbeits- und Lagerplätzen Einrichtungen, mit deren Hilfe ein Spei­ segerät 8 über Kontakte 9 mit dem Fahrzeug verbunden werden kann. Von den Kontakten 9 wird die Gleich- oder Wechselspannung des Speisegerätes 8 über einen Ladesteller 10 der Batterie 1 zugeführt. Dem Lade­ steller können Soll-Werte für die Ladespannung U _L und den Ladestrom I _L zugeführt werden. Diese werden in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ladezustand der Batterie in einem Steuergerät 11 ermittelt. Das Steuergerät 11 enthält eine Stromversorgungseinrich­ tung 12, einen Prozessor 13, einen nichtflüchtigen Speicher 30 sowie einen Zeitgeber 15.

Dem Prozessor 13 werden die Batteriespannung und der Batteriestrom als Eingangsgrößen zugeführt. Außer der Steuerung des Ladestellers 10 übernimmt der Pro­ zessor die Weitergabe von Daten an das FTS-System, so daß beispielsweise der Energievorrat jedes der Fahrzeuge dem FTS-Rechner bekannt ist. Auch Fehler­ meldungen können somit an den FTS-Rechner 4 gegeben werden.

Die Stromversorgungseinrichtung 12 erzeugt aus der Batteriespannung zum Betrieb der anderen Teile des Steuergeräts 11 geeignete Spannungen. Ferner ist die Stromversorgungseinrichtung 12 mit einer Puffer­ batterie ausgerüstet, so daß das Steuergerät 11 und ggf. der Telemetrie-Empfänger/Sender 6, auch im Falle einer Tiefentladung oder eines Ausfalls der Batterie 1, arbeiten kann, um beispielsweise die Tiefentladung bzw. den Ausfall der Batterie an den FTS-Rechner 4 oder den Produktionsrechner 3 zu mel­ den.

Der nichtflüchtige Speicher 14 dient dazu, Daten über längere Zeit unabhängig davon zu speichern, ob das gesamte System in Betrieb ist. Diese Daten die­ nen in erster Linie zur statistischen Erfassung und werden von Zeit zu Zeit dem Produktionsrechner 3 zugeleitet. Sie umfassen unter anderem den gesamten Amperestunden- und Kilowattstundenumsatz einer Bat­ terie, die Zahl der Zyklen und ggf. der Tiefentla­ dungen.

Der Zeitgeber 15 wird im Steuergerät 11 benötigt, um beispielsweise aus Messungen des Stroms (A) auf Strommengen (Ah) durch Integration zu schließen und ggf. die Änderungsgeschwindigkeit von Daten, wie beispielsweise der Ladespannung, zu ermitteln. Schließlich wird ein Zeitmaßstab auch dafür benö­ tigt, in den nichtflüchtigen Speicher 14 Daten mit zugehörigen Zeitinformationen einzuschreiben.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Blockschaltbild des Steuergeräts 11 ist in Reihe mit der Batterie 1 ein Strommeßwiderstand 26 geschaltet. Die Ladung der Batterie 1 erfolgt über das in Fig. 1 dargestellte Speisegerät 8, die Kontakte 9 und den Ladesteller 10. Dieser Ladesteller wird bei Gleichstromspeisung zweckmäßigerweise als sogenannter Schaltregler ausge­ führt, bei Wechselstromspeisung als gesteuerter Gleichrichter oder ungesteuerter Gleichrichter mit nachgeschaltetem Schaltregler.

Ausgangsklemmen des Ladestellers 10 sind mit der Reihenschaltung aus Batterie 1 und Strommeßwider­ stand 26 verbunden, außerdem werden dem Ladesteller 10 die Soll-Werte des Ladestroms und der Ladespan­ nung zugeführt. An die Reihenschaltung aus Batterie 1 und Strommeßwiderstand 26 sind ferner über eine in Fig. 2 nicht dargestellte Fahrsteuerung der Antriebs­ motor 16 und andere Verbraucher angeschlossen. Zur Steuerung des Ladevorgangs werden über die Schal­ tungspunkte 27, 28 und 29 die jeweilige Spannung der Batterie 1 und eine dem Endlade- bzw. Ladestrom pro­ portionale Spannung abgegriffen.

Außerdem werden aus der Batteriespannung Versorgungs­ spannungen für das Steuergerät 11 sowie eine Refe­ renzspannung mit Hilfe der Stromversorgungseinrich­ tung 12 erzeugt. Geeignete Schaltungen zur Erzeugung einer konstanten Referenzspannung sowie zur Gleich­ spannungswandlung sind an sich bekannt und brauchen im Rahmen dieser Erfindung nicht näher erläutert zu werden.

Die am Schaltungspunkt 27 anliegende Batteriespan­ nung wird über einen Spannungsteiler 31 dem nichtin­ vertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 32 zugeführt. Dabei können verschiedene Anschlüsse des Spannungsteilers 31 mit Hilfe eines sogenannten Ran­ giersteckers oder einer Lötbrücke mit dem Schaltungs­ punkt 27 verbunden sein, womit eine Anpassung des Steuergerätes 11 an Batterien verschiedener Zellen­ zahl möglich ist. Dabei kann der Spannungsteiler so ausgelegt sein, daß an seinem Ausgang eine auf eine Zelle normierte Spannung ansteht.

Dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 32 wird über einen Widerstand 33 die Referenzspan­ nung zugeführt. Außerdem ist zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Differenzverstär­ kers 32 ein Gegenkopplungswiderstand 34 vorgesehen. Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände wird die Verstärkung und der Arbeitspunkt des Differenz­ verstärkers 32 derart festgelegt, daß an seinem Aus­ gang eine Spannung ansteht, welche analog zur Diffe­ renz zwischen der Batteriespannung und der Referenz­ spannung ist, wobei der Aussteuerbereich mindestens die Höhe des anwendungsüblichen Spannungshubes der Batterie umfaßt.

Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 32 und die Referenzspannung werden einem Mikrocomputer 13 zugeführt, welcher unter anderem einen Analog/Digi­ tal-Wandler umfaßt, dem die analogen Größen über einen Multiplexer zugeführt werden. Derartige Mikro­ computer sind als Bausteine im Handel erhältlich. Für den Batterieprozessor ist beispielsweise der Typ 68705 R3 geeignet.

Die an den Anschlüssen 28 und 29 des Strommeßwider­ standes 26 anstehenden Spannungen wird über je einen Widerstand 36, 37, 38, 39 den Eingängen der Diffe­ renzverstärker 38 und 43 zugeführt, deren nichtinver­ tierende Eingänge über je einen Widerstand 41, 42 mit Masse verbunden sind. Der invertierende Eingang ist jeweils über einen Gegenkopplungswiderstand 44, 45 mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 38, 43 verbunden. Die Ausgangsspannungen der Differenzver­ stärker 38, 43 verhalten sich gegenläufig.

Da der Analog/Digital-Wandler des Mikrocomputers 13 nur für Spannungen einer vorgegebenen Polarität ge­ eignet ist, wird von den Ausgangsspannungen der Differenzverstärker 38, 43 nur der dieser Polarität entsprechende Teil des Aussteuerbereiches ausgewer­ tet, und zwar bei Entladung die Ausgangsspannung des einen und bei Ladung die Ausgangsspannung des ande­ ren Differenzverstärkers.

Außer der Messung der Batteriespannung und des Bat­ teriestromes kann eine Messung der Batterietempera­ tur erforderlich sein. Es wird deshalb ein von einem geeigneten Sensor 30 abgegebene temperaturabhängige Spannung als vierte Analoggröße dem Mikrocomputer 13 zugeführt.

Zur Stabilisierung der Taktfrequenz des Mikrocompu­ ters 13 ist ein Quarz 51 angeordnet. Außerdem ist mit dem Mikrocomputer 13 eine Schalterreihe 53 ver­ bunden, die zur Einstellung verschiedener Betriebs­ arten des erfindungsgemäßen Systems dient.

Drei Ausgänge des Mikrocomputers sind über je einen Optokoppler 52, 53, 54 mit den Anschlüssen 21, 22, 23 verbunden, welche Sollwerte für die Ladespannung, den Ladestrom und ein Schaltsignal F an den Ladestel­ ler 10 ausgeben. Eine weitere Ausgabeschnittstelle 25 umfaßt drei Anschlüsse 55, 56, 57, welche über jeweils einen Optokoppler 58, 59, 60 an weitere Aus­ gänge des Mikrocomputers angeschlossen sind. Außer dem bereits erwähnten Schaltsignal F kann der Ausga­ beschnittstelle 25 ein weiteres Schaltsignal ELS, welches den Entladeschluß der Batterie kennzeichnet, entnommen werden. Schließlich liegt am Anschluß 56 ein Analogsignal, welches den Wert der entnehmbaren Kapazität wiedergibt, an. Diese Daten können mit Hilfe einer nicht dargestellten Anzeigevorrichtung angezeigt werden.

Über einen weiteren Optokoppler 61 und einen An­ schluß 62 werden laufend verschiedene Daten ausgege­ ben. Diese Daten können über das Datenübertragungs­ system 5, 6 (Fig. 1) dem FTS-Rechner zugeleitet wer­ den.

Dieser kann beispielsweise ein Fahrzeug, dessen Bat­ terie relativ weit entladen ist, länger an den Auf­ ladestellen anhalten oder möglicherweise vorüberge­ hend aus dem Verkehr ziehen. Schließlich ist an den Mikrocomputer 13 noch der nichtflüchtige Speicher 14 angeschlossen, in welchem langfristig Daten gespei­ chert werden, welche für einen wirtschaftlichen Ein­ satz derartiger Transportsysteme benötigt werden, wie beispielsweise die gesamte Betriebszeit einer Batterie, Anzahl der Lade/Entladezyklen oder der ins­ gesamt aufgenommenen bzw. abgegebenen Amperestunden.

Claims (8)

1. Transportsystem mit batteriebetriebenen Fahrzeugen, bei welchem Ladestellen vorgesehen sind, an denen den Batterien der Fahrzeuge über Kontakte Ladestrom zuführbar ist und bei welchem sowohl die Steuerung der Fahrzeugbewegungen als auch die Steue­ rung der Batterieladung mit Hilfe von Rechnern er­ folgt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fahrzeugen (2) jeweils ein Stellglied (10) und ein Mikrocomputer (13) für die Steuerung der Batterieladung angeordnet sind.

2. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Speisegeräte (8) an den Ladestellen vorgesehen sind.

3. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Fahrzeuge (2) ein stationär angeordneter Rechner (4) vorgesehen ist, welcher mit den Fahrzeugen über ein Datenübertragungs-System (5, 6) verbunden ist.

4. Transportsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (13) an den Rechner (4) Infor­ mationen über den Ladezustand der Batterie (1) gibt.

5. Transportsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (4) die vom Mikrocomputer (13) ab­ gegebenen Informationen bei der Festlegung der Be­ triebszeit und der Ladezeit berücksichtigt.

6. Transportsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (13) mit einem nichtflüchtigen Speicher (14) in Verbindung steht, in welchem stati­ stische Daten und/oder Daten über den Erhaltungs­ zustand der Batterie (1) ablegbar sind.

7. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Mikrocomputer (13) ein Programm für die Steuerung der Batterieladung vorgesehen ist, bei welchem ein Wert für den jeweiligen Zustand durch Bilanzieren zwischen der zugeführten und der entnom­ menen Strommenge ermittelt wird.

8. Transportsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte Wert für den Ladezustand an charakteristischen Punkten der Ladekennlinie der Batterie (1) korrigierbar ist.