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Elektrik-Anlage eines batteriegetriebenen Fahrzeugs
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Die Erfindung betrifft eine Elektrik-Anlage eines batteriegetriebenen
Fahrzeugs, mit wenigstens einem Fahrmotor und Antrieben und Verbrauchern geringerer
Leistung und Steuer- und Schalt einrichtungen als sogenannte Nebenverbraucher und
einer für wenigstens den Fahrmotor ausgelegten Batterie aus mehreren Batteriezellen.
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Wenn von wenigstens einem Fahrmotor die Rede ist, werden nicht nur
die Ausstattung eines Fahrzeugs mit mehreren Fahrmotoren, sondern vor allem Flurförderzeuge,
auch mit Hubgerüsten und Hubaggregaten, einbezogen, welche Hubmotoren bei hydraulischem
Betrieb Pumpenmotoren aufweisen. Diese verhältnismäßig große Leistungen verbrauchenden
Antriebe sind in die Auslegung der Batterie einbezogen.
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Wenn weitere Antriebe und Verbraucher geringerer Leistung und Steuer-
und Schalteinrichtungen einbezogen werden,
die insgesamt als Nebenverbraucher
bezeichnet werden, dann handelt es sich dabei um Stellmotore, Magnetventile sowie
elektrische und elektronische Steuerungen, Mikro-Prozessoren, auch Impulssteuerungen,
insbesondere im Zusammenhang mit den Fahr- und Hub antrieben magnetbetätigte Schütze,
Verriegelungsschütze für den Fahrzustand, Pumpenventil-Betätigungsgeräte, ferner
beispielsweise eine Relais-Lenkhilfe, auch weitere Relais-Schaltungen, beispielsweise
für Diagonalfahrt-Abschältung, Fahrtrichtungsschalter, magnetbetätigte Schütze für
eine Schleichgangschaltung, eine Verriegelungsschaltung für Fahren innerhalb und
außerhalb eines Regalganges sowie eine Höhenvorwahlschaltung, ferner auch in Verbindung
mit dem Fahrantrieb um Positionierungsschaltung mit Sensoren und weiterhin um Verbraucher
wie Fahrzeugbeleuchtung, , gegebenenfalls auch Positionslampen, Fahrersitz-Verstellungseinrichtungen,
und zur Sicherheit insgesamt Totmann-Schalter.
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Im Zusammenhang mit Lastträgern, die an sich durch die oben erwähnten
Pumpenantriebe bewegt werden, sind in diesem Zusammenhang Hilfsantriebe als elektrische
Stelleinrichtungen mit Hilfsmotoren sowie Sensoren vorgesehen, die im-Betrieb, insbesondere
im Zusammenhang mit einer Positionierungsschaltung des Lastträgers, eine besondere
Einstellung desselben bewirken.
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Diese Aufzählung ist nicht vollständig. Sie kann für einzelne Fahrzeuge
zu umfassend sein, für andere Fahrzeuge nicht vollständig. Sie stellt beispielsweise
dar, was unter den sogenannten Nebenverbrauchern zu verstehen ist. Hierbei handelt
es sich nicht nur um Steuergeräte
geringerer Leistung in bezug zu
Fahr- oder Pumpenmotoren, sondern auch um Antriebe, die nur kurzzeitig arbeiten.
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An batteriegetriebenen Fahrzeugen ist die Elektrik-Anlage bisher außerordentlich
aufwendig ausgeführt. Beispielsweise kann eine Fahrzeugbatterie auf der Grundlage
von 80 V, aber auch wahlweise in der Größenordnung von 72, 36, 48 oder 24 V für
Fahr- und Pumpenmotore vorgesehen sein. In diesem Zusammenhang ist bekannt, die
Nebenverbraucher für den Anschluß an eine entsprechende Spannungshöhe auszulegen.
Dabei ergibt sich ein erheblicher Aufwand, insbesondere unter dem Gesichtspunkt
einer Einzelfertigung für batteriegetriebene Fahrzeuge mit verschiedenen Leistungen.
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Zu berücksichtigen ist dabei, daß solche Fahrzeuge je nach Größe oder
Einsatz mit verschiedenen Batteriegrößen ausgestattet werden. Wenn so verschiedene
Fahrzeuge mit einer Elektrik-Anlage herkömmlicher Art ausgestattet werden, müssen
die Nebenverbraucher immer für eine solche Spannungsbasis ausgelegt sein. Abgesehen
von dem Aufwand der verschiedenen zum Einsatz kommenden Geräte, ergeben sich dabei
auch Verl-uste, weil eine Anpassung eines Nebenverbrauchers, dessen optimale Spannungsbasis
auf einem anderen Wert als dem der Batterie liegt, erforderlich ist.
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Es ist denkbar, einen Leistungswandler zwischen der Batterie und einzelnen
Nebenverbrauchern anzuordnen. Hierdurch ergibt sich ein enormer Kostenaufwand. Wenn
beispielsweise die Fahrzeugbeleuchtung betrieben wird, hat diese nur kurzzeitig
in der Gesamtbetriebszeit einen hohen Verbrauch. Der direkte Anschluß über einen
Leistungswandler
an die Batterie erfordert einen nur schlecht ausgenutzten
Leistungswandler erheblicher Größe. Dies gilt auch für andere Nebenverbraucher.
Eine solche Lösung ist daher nachteilig, auch wenn sie möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrik-Anlage der
eingangs angegebenen Art so auszuführen, daß für die sogenannten Nebenverbraucher
eine gleichbleibende Spannungsbasis in wirtschaftlicher Weise gewährleistet wird,
wobei auch einbezogen werden soll, daß Nebenverbraucher für Fahrzeuge mit verschiedenen
Batteriespannungen in gleicher Weise bezüglich der Nebenverbraucher ausgeführt werden
können. Dabei soll zugleich auch eine Batterie-Abgriffsbrücke geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Nebenverbraucher
eine eigene Spannungsebene geringerer Höhe als die Batteriespannung an einem Verteilernetz
der Nebenverbraucher vorgesehen ist, und daß' das Verteilernetz an eine Spannung
entsprechend der Sollspannungsebene des Verteilernetzes bildende Anzahl von Batteriezellen
der Batterie angeschlossen ist. Dadurch können alle angeschlossenen Nebenverbraucher
für einen Spannungsbereich ausgelegt werden. Einbezogen wird dabei, daß sich die
Spannung der Batterie und damit auch die Spannung des Angriffs an einigen Batteriezellen
in Abhängigkeit vom Entladezustand ändern kann. Unter diesem Gesichtspunkt wird
einbezogen, daß insbesondere für Sicherheitsschaltungen ein gewisser Ansprechbereich
für die Betriebsspannung einbezogen wird, um in wirtschaftlicher Weise die Funktion
auch bei Entladung der Batterie in vorgegebenen Grenzen sicherzustellen.
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Durch die Erfindung wird mit einfachen Mitteln unter Vermeidung des
bisher getriebenen Aufwandes einer Vielzahl von unterschiedlich angepaßten Einheiten
und unter Vermeidung besonderer Spannungswandler eine Basis für den Anschluß von
Nebenverbrauchern geschaffen, die in Abhängigkeit von der Funktionsfähgkeit des
Fahrzeuges mit der Anlage immer aufrechterhalten bleibt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist an einer Anzahl
von Batteriezellen eine mit Schaltern versehene Abgriffsbrücke angeordnet, welche,
ausgehend von einem Endanschluß an einer Batteriezelle, einen ersten schaltbaren
Anschluß an einer der benachbarten Batteriezellen aufweist, durch die in vollgeladenem
Zustand der Batterie die vorgesehene Spannung des Verteilernetzes abgreifbar ist,
wobei an weiteren im Sinne einer Spannungs erhöhung benachbarten Batterie zellen
weitere schaltbare Anschlüsse vorgesehen sind und ferner ein Spannungsüberwachungsgerät
am Verteilernetz angeordnet ist, das in Abhängigkeit von dem Spannungszustand des
Verteilernetzes einzelne Schalter an den verschiedenen weiteren schaltbaren Anschlüssen
zur Schaltung auswählt.
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Auf der Grundlage der gegenüber bekannten Ausführungen vereinfachten
Herstellung einer Spannungsebene für das Verteilernetz der Nebenverbraucher wird
dadurch eine weitere Vereinfachung erzeugt, indem diese Spannungsebene trotz Anschlusses
an die Batterie weitgehend vom Entladezustand dieser Batterie unabhängig gemacht
wird.
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Dieses ist für Sicherheitsschaltungen, die in die Nebenverbraucher
einbezogen sind, vorteilhaft, zumal in diesem Zusammenhang auch die Anpassung der
Nebenverbraucher an einen Spannungsbereich zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit
eingeschränkt wird.
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Es können dabei auch an Fahrzeugen verschiedener Größenordnungen,
d.h. verschiedener Spannungen der Batterie, für Fahr- und/oder Hubmotoren jeweils
Nebenverbraucher mit gleicher Spannungsbasis eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert,
die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen schematischen
Stromlaufplan zur Erläuterung der Erfindung; Fig. 2 eine entsprechende Darstellung
mit weiteren Ausgestaltungen; Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines batteriegetriebenen
Fahrzeugs mit den Hauptantrieben; Fig. 4 eine Einzeldarstellung in Seitenansicht
und im Schnitt einer SpannungsabgriffsbrUcke.
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Fig. 3 zeigt schematisch ein elektrisch betriebenes Hubfahrzeug ohne
Nebenantrieb, nur mit einem Fahrmotor 1, einem Pumpenantriebsmotor 2 mit einer Pumpe
3, die mit einem hydraulischen Kreis in Verbindung steht, und ein Hubaggregat 4
für einen Lastträger 5.
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Sowohl der Pumpenantriebsmotor 2 als auch der Fahrmotor 1 sind aus
einer Batterie 6 im Fahrzeug gespeist. Diese ist für beträchtliche Leistung ausgelegt,
beispielsweise eine 80 V Batterie.
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Es versteht sich, daß im Fahrzeug noch sogenannte Nebenverbraucher
gemäß obigen Darlegungen angeordnet sind.
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Dabei handelt es sich um unten anhand der Fig. 3 noch beschriebene
beispielsweise Anordnungen, auch im Bereich des Lastträgers 5 mit Sensoren, Gabel-verschiebung
und -ausrichtung, Stellmotoren und dergl. sowie um Lenkantriebe mit Lenkhilfsmotor
und dergl., was alles unter obige Aufzählung fällt.
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In Fig. 1 sind die Batterie 6 und die beiden Motoren, Fahrmotor 1
und Pumpenmotor 2, erkennbar, die unmittelbar an die Batterie 6, beispielsweise
für 80 V über eine Leitung 7 angeschlossen sind.
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Es versteht sich, daß in dieser symbolisch gezeigten Leitung 7 Schalter
und andere Steuermittel untergebracht sind. Dazu ist das Funktionsfeld 8 eingezeichnet.
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Sowohl Schaltgeräte für Schalter in diesem Funktionsfeld als auch
andere Nebenverbraucher gemäß obiger Darlegung sind in einem Verteilernetz 9 angeordnet.
Dieses Verteilernetz ist im Beispiel auf einer niedrigeren Spannung als der der
Batterie 6, beispielsweise auf einer Spannung von 12 V gehalten. In dem Verteilernetz
sind zahlreiche Nebenverbraucher 10 - 15 unmittelbar parallel zueinander oder in
Reihe angeschlossen. Die Felder sind in Fig. 1 nur symbolisch eingezeichnet. Sie
umfassen praktisch, d.h. auch nur beispielsweise, die oben zu den Nebenverbrauchern
geschilderten Funktionsträger einschl. Magnetventi-le, Impulssteuerung, Beleuchtung,
Fahrersichtverstellung oder dergleichen.
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Bei einer Spannungsdifferenz von 80 V zu 12 V im Beispiel kann das
Verteilernetz 9 in einem Zweig auch noch eine geringfügigere Spannungsmodifikation
in Form eines
Ohm'schen Netzwerkes 16 aufweisen, d.h. praktisch
eine mittels eines Widerstandes und zusätzlicher Schaltelemente herabgesetzte und
stabilisierte Spannung für besonders geringe Spannung erfordernde Nebenverbraucher,
wie beispielsweise einen Mikro-Computer 17.
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Die Nebenverbraucher sind insbesonders unter der Einbeziehung von
Sicherheitsschaltungen von entscheidender Bedeutung hinsichtlich ihrer Funktion
für das Fahrzeug.
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Die Batterie 6 besteht nach Fig. 1 aus mehreren Zellen 18 - 23. Die
Leitung 7 ist erkennbar an die Gesamtkapazität der Batterie durch die Anschlußstellen
24, 25 angeschlossen. Das Verteilernetz 9 ist durch eine Leitung 26 mittels einer
Abgriffsbrücke 27 an eine Anzahl von Batteriezellen 18 - 20 angeschlossen, die die
gewählte Spannung für das Verteilernetz 9 liefern.
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In dieser Weise ist es möglich, das Verteilernetz 9 auf einer an sich
gleichbleibenden Spannungs ebene zu halten, wobei bei verschiedenen Fahrzeugen mit
verschiedenen Spannungen der Batterie 6 die Abgriffsbrücke 27 jeweils an eine entsprechende
Anzahl von Batterie zellen angeschlossen wird, um die für das Verteilsrnetz 9 vorgesehene
Spannung zu wählen.
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Mit einer solchen Abgriffsbrücke ändert sich die Spannung im Verteilernetz
9 entsprechend dem Lade- oder Entladezustand der Batterie 6. Dieses kann vielfach
aufgenommen werden, weil die Batterie im 12oder 24-Stunden-Rhythmus aufgeladen wird.
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Unter Berücksichtigung des Umstandes, daß insbesondere im Zusammenhang
mit einem Stapelfahrzeug in Abhängigkeit von Lastbetätigungen der Entladezustand
unvorhersehbar und erheblich geändert werden kann, besteht in einer vorteilhaften
Ausführungsform nach Fig. 2 die Möglichkeit, die Abgriffsbrücke 27 mit mehreren
schaltbaren Anschlüssen 28 - 30 auszuführen. In diesen schaltbaren Anschlüssen sind
Schalter 31 - 33 angeordnet, durch welche eine Verbindung mit der Leitung 26 wahlweise
in der Abgriffsbrücke 27 herstellbar ist. Dabei sind diese schaltbaren Anschlüsse
jeweils um einige Batteriezellen 34, 35 bzw. 36, 37 oder 38, 39 zueinander versetzt.
Je nach dem Entladezustand der Batterie 6 kann dabei ein schaltbarer Anschluß 28
- 30 eingeschaltet werden, um in bezug zu dem Endanschluß 40 eine zunehmende Anzahl
von Batteriezellen in die Abgriffsbrücke einzubeziehen. Die Schalter 31 - 33 und
ihre zugeordneten Teile sind symbolisch dargestellt zur funktionellen Erläuterung.
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Zum Zwecke einer solchen Schaltung ist am Verteilernetz 9, insbesondere
der Leitung 26, ein Spannungsüberwachungsgerät 41 angeordnet, das entsprechend den
Schaltern 31 - 33 Schaltgeräte 42 - 44, beispielsweise magnetbetätigte Schaltgeräte,
wahlweise einsetzt, um einen der Schalter 31 - 33 einzuschalten. Das Spannungsüberwachungsgerät
41 arbeitet elektronisch. In dem Spannungsüberwachungsgerät ist ein Schalterbetätigungsglied
45, zur funktionellen Erläuterung, angeordnet, dessen Betätigungselement 46 in Richtung
der Pfeile 47, 48 einstellbar ist, um jeweils einen Schaltanschluß 49 - 51 für ein
Schaltgerät 42 - 44 einzusetzen. Es handelt sich
um eine Vergleichsschaltung
mit einem Spannungs-Soll-und Istwert-Vergleich, wozu in dem Spannungsüberwachungsgerät
auch eine Sollspannungsquelle vorgesehen ist.
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Dabei ist auch davon auszugehen, daß die Erfüllung der Funktion insbesondere
dann von erheblicher Bedeutung ist, wenn die Differenz der Spannungen, d.h. der
Batterie 6 einerseits und der Spannung der Sollspannungsebene des Verteilernetzes
9 andererseits verhältnismäßig gering ist.
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Für die Schaltungsanordnung in Verbindung mit der Abgriffsbrücke können
Verzögerungsschaltungen vorgesehen sein, um eine Speisungsunterbrechung zu vermeiden.
In diesem
Sinne sind in den Anschlüssen 28, 29 der Abgriffsbrücke
27 hinter den Schaltern in bezug zur Batterie 6 Sperrdioden 52, 53 vorgesehen, die
bei kurzzeitiger Überlappung des Schließens zweier Schalter einen Stromrückfluß
verhindern.
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Damit wird zugleich eine von der Verteilernetzspannung abhängig schaltbare
Abgriffsbrücke geschaffen, die den Spannungsabgriff an der Batterie 6 in Abhängigkeit
von der im Verteilernetz 9 herrschenden Spannung durch Umschaltung ändert.
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In dem Hub fahrzeug nach Fig. 3 sind schematisch die Nebenverbraucher
eingezeichnet. Beispielsweise handelt es sich zum Lastträger 5 um Sensoren 54, um
Stellmotoren 55 zum Querantrieb des eigentlichen Last trägers und um weitere Hilfsantriebe
56,mit denen beispielsweise Gabelarme 57 gespreizt werden können.
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Im Fahrzeug selbst ist eine Baugruppe 58 vorgesehen, die magnetbetätigte
Schütze für den Fahrmotor 1 und den Pumpenmotor 2 aufweist, ferner die zum Fahrantrieb
gehörenden Relaisschaltungen für Diagonalfahrt-Abschaltung, Fahrtrichtungsschalter,
Schleichgangschaltung und eine Verriegelungsschaltung für Fahren innerhalb und außerhalb
eines Regalganges.
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In einer weiteren Baugruppe 59 sind beispilsweise eine Höhenvorwahlschaltung,
Schaltelemente für den Fahrantrieb für eine Positionierungsschaltung in Verbindung
mit Sensoren 60 sowie die Anschlüsse für Fahrzeugbeleuchtung, Positionslampen und
Totmanns-Schaltung angeordnet. Dabei ist eine Verbindung zum Fahrersitz vorhanden.
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Die Baugruppen können auch Bewegungsschalter für den Fahrersitz und
dergleichen enthalten.
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Prinzipiell ist eine Baugruppe 61 enthalten, die zusätzlich alle Teile,
wie auch Impulssteuerungen und Mikro-Prozessoren aufnimmt, die im Zusammenhang mit
den Nebenverbrauchern oben erwähnt sind und die in der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen
Weise, wie auch die anderen Baugruppen, in dem Verteilernetz 9 zusammengefaßt sind.
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Die Abgriffsbrücke 27 hat gemäß Fig. 4 ein Abdeckgehäuse 62, das auch
gestellartig ausgeführt sein kann und einen Träger für Anschlußstücke 63 - 66 zur
Befestigung an Batteriekontakten besitzt. Dabei sind zwei Anschlußstücke so vorgesehen,
daß die Gesamtspannung einer Batterie abgegriffen wird, während zusätzliche Anschlußstücke
64, 65, die insbesondere in der Nähe eines Endanschlußstückes 66 angeordnet sind,
zum Ab griff von Zellen der Batterie vorgesehen sind. In dem Gehäuse oder Träger
62 sind im übrigen die in Fig. 2 mit 31 - 33 bezeichneten Schalter und vorzugsweise
auch die Schaltgeräte 42 - 44 in einem Gehäuse 67 untergebracht. Aus diesem erstrecken
sich die Verbindungen zum Spannungsüberwachungsgerät 41. Diese Verbindungen bestehen
in der gezeigten Ausführungsform, in welcher auch der Hauptabgriff für den Fahrmotor
1 und den Pumpenmotor 3 abgenommen wird, aus wenigstens drei Ausgangsleitungen,
wenn im Gehäuse 67 auch eine Umschaltvorrichtung für nur eine Ausgangsleitung zur
Spannungsüberwachungseinrichtung 41 vorgesehen ist. Im übrigen sind in einer anderen
Ausführungsform soviel Ausgangsleitungen wie Anschlußstücke 63 - 66.
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Im Hinblick auf Fig. 2 wird einbezogen, daß die Abgriffsbrücke 27
nur den Zellenanschluß aufweist, der für die
Spannung des Verteilernetzes
9 vorgesehen ist. Dabei sind dann die Anschlußstücke jeweils im Abstand eines Zellenabgriffs
von der Batterie zusammengefaßt.
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Eine solche Abgriffsbrücke 27 erleichtert den vorgesehenen Anschluß.
Es bleibt vorbehalten, auch das Spannungsüberwachungsgerät 41 in das Abdeckgehäuse
62 einzubeziehen.
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Der Ausdruck Abdeckgehäuse bezieht ein, daß ein Schutz der Anschlüsse
vorliegt. Das Abdeckgehäuse ist aber auch der Träger für die fest an ihm angeordneten
genannten Funktionsteile.