DE60204327T2 - Anschlu element für ein elektrisches fahrzeug - Google Patents
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Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsvorrichtung für ein Elektroarbeitsfahrzeug.
- STAND DER TECHNIK
- Wie bekannt ist, werden zahlreiche mechanische Vorrichtungen wie etwa Hubstapler oder Fördersysteme durch Elektromotoren angetrieben, die hohe Leistungspegel liefern müssen, z. B. im Bereich von einigen zehn Kilowatt. Derartige Vorrichtungen müssen offensichtlich mit einer Batterie (Antriebsbatterie) ausgerüstet sein, die wahlweise während des normalen Betriebs mit dem Elektromotor und irgendwelchen anderen Anwendervorrichtungen und zum planmäßigen Aufladen mit einem Batterieladegerät verbunden werden kann; wobei die Verbindung unter Verwendung spezieller Verbinder hergestellt wird, die sehr hohe Ströme (von über 300 A) aushalten können.
- Der Betrieb und insbesondere das Laden der Batterie werden von elektronischen Steuerschaltungen überwacht, die normalerweise in dem Batterieladegerät enthalten sind und insbesondere die Batteriespannung und verschiedene andere Betriebsparameter wie etwa die Temperatur messen und das Laden unterbrechen, wenn die Batteriespannung einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht.
- Da die Batteriespannung allerdings auch durch äußere Umweltfaktoren und durch die Alterung der Batteriekomponenten beeinflusst wird, gewährleistet ein solches Verfahren keine genaue Kontrolle der tatsächlichen Ladung der Batterie oder Überwachung der Entladung der Batterie während des normalen Betriebs, d. h., wenn die Batterie im Gegensatz zu dem Ladegerät mit den Anwendervorrichtungen verbunden ist.
- In beiden Fällen kann die tatsächliche Ladung viel niedriger sein als auf der Grundlage der Batteriespannung geschätzt wird.
- Dies bildet offensichtlich einen erheblichen Nachteil beim Autonomiebereich einer von einer unzureichend geladenen Batterie betriebenen Anwendervorrichtung, der kleiner als vorhergesagt ist.
-
DE 195 35 294 A (WENZL) offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines batteriebetriebenen Fahrzeugs und seiner Batterie. In einer Ausführungsform umfasst eine Verbindungsvorrichtung wenigstens zwei Versorgungskabel, die an den ersten Enden mit der Batterie und an den zweiten Enden mit einem Verbinder zur wahlweisen Verbindung mit einem Batterieladegerät oder einer ersten und einer zweiten Anwendervorrichtung verbunden werden. Die Anordnung umfasst ferner sowohl eine elektronische Steuerschaltung, die mit den Versorgungskabeln verbunden und an der Batterie befestigt ist, als auch einen Strommesswandler in der Form eines Messwiderstands zum Erfassen eines in den Versorgungskabeln fließenden Stroms und eine Spannungserfassungsschaltung zum Erfassen einer Spannung zwischen den Versorgungskabeln, wobei beide in die Struktur der Batterie integriert sind. -
DE 32 18 148 A (DETA-AKKUMULATORENWERK GmbH) offenbart ein Verfahren und ein System zur Steuerung der Leistungsversorgung für ein Elektroarbeitsfahrzeug wie etwa ein Hubstapler, wobei das System eine Batterie, ein Batterieladegerät und eine Mess- und Steuervorrichtung, die wie jene aus DE '294 mit der Batterie integriert ist, umfasst. -
US 6 057 688 A (KAWAI u. a.) betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Systems für die Versorgung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, das eine Last, eine Batterie und ein Batterieladegerät aufweist. Es ist eine schematische Verbindungsschaltung offenbart, die ein erstes und ein zweites Versorgungskabel umfasst, die mit einer Batterie verbunden werden können, wobei sie außerdem wahlweise mit einem Batterieladegerät und einer Anwendervorrichtung verbunden werden können. Die Schaltung aus US '688 umfasst weiterhin eine elektronische Steuerschaltung, die mit dem ersten und dem zweiten Versorgungskabel verbunden ist, und Strommesswandlermittel zum Erfassen eines in den Versorgungskabeln fließenden Stroms. Allerdings gibt es keine Angabe darüber, wie die Schaltung physikalisch zu realisieren ist. - OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsvorrichtung zu schaffen, die so konstruiert ist, dass die zuvor erwähnten Nachteile beseitigt sind.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindungsvorrichtung geschaffen, wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist.
- Die elektronische Steuerschaltung ist in einem Sitz an dem Haltekörper untergebracht.
- Die so ausgebildete Verbindungsvorrichtung ermöglicht vorteilhaft die Messung des Stromflusses in den Versorgungskabeln sowohl beim Laden als auch während des normalen Betriebs (Entladung) der Batterie, so dass kontinuierlich die Gesamtladung der Batterie genau bestimmt werden kann. Für diesen Zweck wird insbesondere die elektronische Steuerschaltung verwendet.
- Zudem ist die Verbindungsvorrichtung billig und leicht herzustellen, wobei sie kompakt ist und äußerst einfach installiert werden kann.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
- Eine nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der:
-
1 eine vereinfachte Ansicht eines von einem Elektromotor angetriebenen Hubstaplers perspektivisch zeigt; -
2 einen vereinfachten Blockschaltplan eines Systems zur Versorgung und Wiederaufladung des Hubstaplers von1 zeigt; -
3 einen Querschnitt einer Verbindungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt; -
4 eine Draufsicht der Verbindungsvorrichtung von3 mit zur Klarheit entfernten Teilen zeigt; -
5 einen Blockschaltplan eines Teils der Verbindungsvorrichtung von3 zeigt; -
6 und7 Ablaufpläne von Prozeduren zeigen, die durch die Verbindungsvorrichtung von3 implementiert sind. - BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft z. B. auf einen durch einen Elektromotor angetriebenen Hubstapler angewendet werden, auf den in der folgenden Beschreibung rein beispielhaft Bezug genommen wird.
-
1 zeigt einen Hubstapler1 mit beweglichen Armen (Gabeln)2 zum Heben und Transportieren von Lasten, der durch einen von einer Batterie5 versorgten Elektromotor3 angetrieben wird. - Wie in
2 schematisch gezeigt ist, kann die Batterie5 durch eine Verbindungsvorrichtung6 wahlweise mit dem Elektromotor3 bzw. einem Batterieladegerät7 verbunden werden. Genauer (3 und4 ) umfasst die Verbindungsvorrichtung6 einen Haltekörper8 , der aus einem isolierenden Werkstoff hergestellt ist und ein erstes und ein zweites Versorgungskabel10 ,11 , die mit einer Batterie5 verbunden sind, aufnimmt; eine elektronische Steuerschaltung12 , die wenigstens teilweise in einem Sitz15 an dem Haltekörper8 untergebracht ist; und einen Strommesswandler13 , um einen in den Versorgungskabeln10 ,11 fließenden Strom I zu erfassen. Die Verbindungsvorrichtung6 umfasst ferner ein erstes, ein zweites und ein drittes Steuerkabel14a ,14b ,14c , die ebenso im Haltekörper8 untergebracht und mit der elektronischen Steuerschaltung verbunden sind. Genauer können das erste und das zweite Steuerkabel14a ,14b mit dem Batterieladegerät7 verbunden werden, während das dritte Steuerkabel14c mit dem Elektromotor3 verbunden werden kann. Die3 und4 zeigen ferner durch gestrichelte Linien ein erstes und ein zweites Verbindungselement17a ,17b , die einen Teil eines bekannten (nicht ausführlich gezeigten) Verbinders bilden, der mit der Verbindungsvorrichtung6 verbunden werden kann (und von dem Verbindungskabel50 ,51 zur Verbindung des Elektromotors3 und des Batterieladegeräts7 mit der Batterie5 bereitgestellt werden –2 ). - Der Strommesswandler
13 umfasst ein ohmsches Element16 ("Messwiderstand"), das vorzugsweise aus Manganin hergestellt und mit dem ersten oder dem zweiten Versorgungskabel10 ,11 , z. B. dem ersten Versorgungskabel10 , in Reihe geschaltet ist. Das ohmsche Element16 besitzt an gegenüberliegenden Enden einen ersten bzw. einen zweiten Erfassungskontakt18 ,19 , die mit der elektronischen Steuerschaltung12 verbunden sind, wie später ausführlich erläutert ist; wobei am zweiten Versorgungskabel11 ein dritter Erfassungskontakt20 vorgesehen ist, der ebenso mit der elektronischen Steuerschaltung12 verbunden ist; wobei der Strommesswandler13 und die Erfassungskontakte18 –20 alle im Sitz15 untergebracht sind. - Wie in
5 gezeigt ist, umfasst die elektronische Steuerschaltung12 eine Versorgungsschaltung22 ; eine Logikverarbeitungseinheit23 ; eine Sensoranordnung24 ; einen Speicher25 ; eine serielle Schnittstelle26 und eine Anzeigevorrichtung27 . Die Sensoranordnung24 umfasst genauer:
eine Stromerfassungsschaltung28 , die zwei Eingänge, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Erfassungskontakt18 ,19 verbunden sind, sowie einen Ausgang, der mit der Logikverarbeitungseinheit23 verbunden ist und ein erstes Steuersignal SI liefert, das einen in den Versorgungskabeln10 ,11 fließenden Strom I anzeigt, besitzt;
eine Spannungserfassungsschaltung29 , die zwei Eingänge, die mit dem ersten bzw. dem dritten Erfassungskontakt18 ,20 verbunden sind, sowie einen Ausgang, der mit der Logikverarbeitungseinheit23 verbunden ist und ein zweites Steuersignal SV liefert, das die Spannung VB zwischen den Versorgungskabeln10 ,11 angibt, besitzt;
einen Temperatursensor30 , der einen Ausgang, der mit der Logikverarbeitungseinheit23 verbunden ist und ein drittes Steuersignal ST liefert, besitzt; und
einen Netzdetektor31 , der einen Eingang, der über das erste Steuerkabel14a mit dem Batterieladegerät verbunden werden kann, sowie einen Ausgang, der mit der Logikverarbeitungseinheit23 verbunden ist und ein viertes Steuersignal SR liefert, das einen ersten Wert aufweist, wenn die Batterie5 mit dem Batterieladegerät7 verbunden ist, und einen zweiten Wert, wenn sie es nicht ist, besitzt. - Die Logikverarbeitungseinheit
23 ist ferner mit dem Speicher25 , der seriellen Schnittstelle26 und der Anzeigevorrichtung27 verbunden und besitzt einen ersten Ausgang25a , der über das zweite Steuerkabel14b mit einem Freigabeeingang des Batterieladegeräts7 verbunden werden kann und ein erstes Freigabesignal EN1 liefert, sowie einen zweiten Ausgang25b , der über das dritte Steuerkabel14c mit einem Anwenderfreigabeeingang des Fahrzeugs1 verbunden werden kann und ein zweites Freigabesignal EN2 liefert. - Die serielle Schnittstelle
26 , die an sich bekannt ist, ermöglicht eine Verbindung mit einem externen Computer (z. B. einem Palmtop-Computer) für einen Zugriff auf den Speicher25 , um sowohl seinen Inhalt (Nutzungsverlauf und Ladevorgänge) zu lesen als auch eine Anzahl von Betriebsparametern (Schwellenwerte, maximale Ladezeiten), die später ausführlich erläutert sind, zu programmieren. - Die Anzeigevorrichtung
27 , die ebenso von einer bekannten Art ist, ermöglicht das Anzeigen von Informationen in Bezug auf den Zustand der Batterie5 , z. B. des Ladungspegels oder irgendwelcher Alarme. - Beim tatsächlichen Gebrauch empfängt die Logikverarbeitungseinheit
23 die Steuersignale SI, SV, ST, SR, tastet sie auf bekannte Weise ab und verwendet sie, um eine der Steuerprozeduren auszuführen, die später ausführlich beschrieben sind. Auf der Grundlage des Werts des ersten Steuersignals SI, das kontinuierlich den in den Versorgungskabeln10 ,11 fließenden Strom I anzeigt, bestimmt die Logikverarbeitungseinheit den Wert der verfügbaren Ladung QB der Batterie5 und zeichnet ihn im Speicher25 (normalerweise in Amperestunden, Ah) auf. - Im Folgenden ist anhand
6 eine Entladesteuerprozedur beschrieben, die von der Logikverarbeitungseinheit23 ausgeführt wird, wenn die Batterie5 mit dem Elektromotor3 verbunden ist (bei dem gezeigten Beispiel, wenn der Hubstapler in Betrieb ist). In diesem Fall ist der zweite Ausgang25b der Logikverarbeitungseinheit über das dritte Steuerkabel14c mit dem Freigabeeingang des Elektromotors3 verbunden. - Zu Beginn (Block
100 ) wird der Wert der verfügbaren Ladung QB der Batterie5 gleich dem im Speicher25 aufgezeichneten Wert der Anfangsladung QI gesetzt, wobei dieser der Ladungswert ist, der bestimmt und gespeichert wurde, nachdem die Batterie das letzte Mal geladen oder verwendet wurde. Daraufhin wird der Wert des Stroms I durch die Stromerfassungsschaltung28 gemessen (Block110 ), wobei der Wert der verfügbaren Ladung QB verringert und im Speicher25 aufgezeichnet wird (Block120 ). Genauer wird der Wert der verfügbaren Ladung QB durch Zeitintegration des Stroms I berechnet. - Der Wert der verfügbaren Ladung QB wird hierauf mit einem Wert einer Schwellenwertladung QMIN verglichen (Block
130 ). Falls die verfügbare Ladung QB größer als die Schwellenwertladung ist (JA-Ausgang von Block130 ), wird das zweite Steuersignal EN2 auf einen ersten beispielsweise hohen logischen Wert gesetzt, um den normalen Betrieb des Hubstaplers1 freizugeben (Block140 ); wobei umgekehrt (NEIN-Ausgang von Block130 ) das zweite Steuersignal EN2 auf einen zweiten (tiefen) logischen Wert gesetzt wird (Block150 ), um den Betrieb der Gabeln2 des Fahrzeugs1 zu sperren (z. B. um die Magnetventile zu sperren, die den Hydraulikkreis (nicht gezeigt) steuern, der die Gabeln2 antreibt). - Mit anderen Worten, um zu verhindern, dass die Batterie
5 vollständig entladen wird, bevor sie geladen werden kann, werden wenigstens einige der Anwendervorrichtungen des Fahrzeugs1 gesperrt, wobei die Schwellenwertladung QMIN als Reserve verwendet wird, um das Fahrzeug 1 zum Batterieladegerät7 zu bringen. - Der Zyklus der Messung des Stroms I (Block
110 ), der Schätzung der verfügbaren Ladung QB (Block120 ) und der Überwachung der Restladung (Block130 ) wird ununterbrochen ausgeführt, bis die Batterie 5 vom Elektromotor3 getrennt wird oder bis die Schwellenwertladung QMIN erreicht ist. - Im Folgenden ist anhand
7 eine Ladesteuerprozedur beschrieben, die von der Logikverarbeitungseinheit23 ausgeführt wird, wenn die Batterie5 mit dem Batterieladegerät7 verbunden ist. In diesem Fall sind der Eingang des Netzdetektors31 und der erste Ausgang25a der Logikverarbeitungseinheit über das erste bzw. das zweite Steuerkabel14a ,14b mit dem Batterieladegerät7 verbunden. Genauer ist in diesem Schritt der Netzdetektor31 aktiviert uns setzt das vierte Steuersignal SR auf den ersten Wert, so dass die Logikverarbeitungseinheit23 so gesteuert wird, dass sie die Ladesteuerprozedur ausführt. - Zu Beginn wird der Wert der verfügbaren Ladung QB gleich dem im Speicher
25 aufgezeichneten Wert der Anfangsladung QI gesetzt (Block200 ); woraufhin die Werte des Stroms I und der Batteriespannung VB mittels der Stromerfassungsschaltung28 bzw. der Spannungserfassungsschaltung29 gemessen werden (Block210 ); wobei der Wert der verfügbaren Ladung QB hierauf vergrößert und im Speicher25 aufgezeichnet wird (Block220 ). Auch in diesem Fall wird die verfügbare Ladung QB durch Zeitintegration des Stroms I geschätzt. - Daraufhin wird ein erster Test ausgeführt (Block
230 ), bei dem die Batteriespannung VB mit einem Wert einer Nennspannung (VMAX) von beispielsweise 2,4·NV verglichen wird, wobei N die Anzahl der Teilelemente der Batterie5 ist. Falls die Batteriespannung VB kleiner als die Nennspannung VMAX ist (NEIN-Ausgang von Block230 ), wird ein zweiter Test ausgeführt (Block240 ), um zu bestimmen, ob die Ladedauer TC seit dem Start des Ladevorgangs größer als eine Grenzdauer TLIM ist. Falls sie es ist (JA-Ausgang von Block240 ), wird ein Alarm erzeugt und von der Anzeigevorrichtung27 angezeigt (Block250 ), die Ladeprozedur wird beendet (Block260 ), das erste Freigabesignal wird auf einen vorgegebenen (z. B. tiefen) logischen Wert gesetzt und das Batterieladegerät7 wird gesperrt. Umgekehrt geht das Laden weiter, wobei der Strom I und die Spannung VB erneut gemessen werden (Block210 ). - Falls dagegen die Batteriespannung VB größer als die Nennspannung VMAX ist (JA-Ausgang von Block
230 ), wird ein dritter Test ausgeführt, um zu bestimmen, ob die verfügbare Ladung QB einen maximalen Wert QMAX erreicht hat, der der Kapazität der Batterie5 entspricht (Block270 ). Falls sie es hat (JA-Ausgang von Block270 ), wird die Ladeprozedur beendet (Block260 ); wobei die Ladeprozedur weitergeht, falls sie es nicht hat (NEIN-Ausgang von Block270 ). Mit anderen Worten, es wird eine Doppelprüfung der Batteriespannung VB und der verfügbaren Ladung QB, vorgenommen, wobei die Ladeprozedur nicht beendet wird, bis die Batterie5 hinreichend geladen worden ist, um den Wert der maximale Ladung QMAX wieder herzustellen. - Weiter Vorteile der Erfindung werden aus der vorhergehenden Beschreibung klar.
- Insbesondere sorgen die Überwachung des Stroms und die Berechnung der Restladung der Batterie für eine Optimierung der Batterieladeprozedur, indem genau die Strommenge eingespeist wird, die erforderlich ist, um die während des Betriebs der Batterie entladene Menge zu ersetzten, wobei folglich die Dauer und die Energie verringert werden, die zum Laden der Batterie erforderlich sind, und wobei ein vorzeitiges Altern der Batterie verhindert wird.
- Außerdem kann durch das Versehen der Verbindungsvorrichtung mit einer Steuerschaltung, die eine Logikverarbeitungseinheit und einen Speicher umfasst, die verfügbare Ladung bestimmt und über die Zeit aufgezeichnet werden, wodurch folglich nicht nur eine zuverlässige Angabe des Batterieladungspegels gegeben ist, sondern auch der Energieverbrauch in einem gegebenen Zeitintervall gemessen wird. Dies ist besonders nützlich, insofern Arbeitsfahrzeuge wie etwa Hubstapler häufig gemietet sind und der Verbrauch an elektrischer Energie ein zuverlässiger Parameter ist, über den die Kosten bestimmt werden.
- Offensichtlich können Änderungen an der Verbindungsvorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, vorgenommen werden, ohne jedoch von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Claims (5)
- Verbindungsvorrichtung für ein Elektroarbeitsfahrzeug, mit einem Haltekörper (
8 ), der aus einem isolierenden Werkstoff hergestellt ist und wenigstens ein erstes und ein zweites Versorgungskabel (10 ,11 ), die mit einer Batterie (5 ) verbunden werden können, aufnimmt; wobei das erste und das zweite Versorgungskabel (10 ,11 ) wahlweise auch mit einem Batterieladegerät (7 ) und wenigstens einer Anwendervorrichtung (3 ) verbunden werden können; einer elektronischen Steuerschaltung (12 ), die mit dem ersten und dem zweiten Versorgungskabel (10 ,11 ) verbunden ist; und Strommesswandlermitteln (13 ), um einen in dem ersten und dem zweiten Versorgungskabel (10 ;11 ) fließenden Strom zu erfassen; dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerschaltung (12 ) und die Strommesswandlermittel (13 ) in einem Sitz (15 ) an dem Haltekörper (8 ) untergebracht sind und dass der Haltekörper (8 ) so konfiguriert ist, dass er mit Verbindungselementen (17a ,17b ) eines Verbinders in Eingriff gelangen kann, um das Batterieladegerät (7 ) und die wenigstens eine Anwendervorrichtung (3 ) mit der Batterie (5 ) zu verbinden. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwandlermittel (
13 ) ein ohmsches Element (16 ) umfassen, das mit dem ersten oder dem zweiten Versorgungskabel (10 ,11 ) in Reihe geschaltet ist; wobei das ohmsche Element (16 ) an gegenüberliegenden Enden einen ersten bzw. einen zweiten Erfassungskontakt (18 ,19 ), die mit der elektronischen Steuerschaltung (12 ) verbunden sind, besitzt. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuerschaltung (
12 ) außerdem eine Stromerfassungsschaltung (28 ), die mit dem ersten und dem zweiten Erfassungskontakt (18 ,19 ) der Strommesswandlermittel (13 ) verbunden ist und ein erstes Steuersignal (SI) liefert, eine Spannungserfassungsschaltung (29 ), die ein zweites Steuersignal (SV) liefert, das mit einer Spannung (VB) zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungskabel (10 ,11 ) in Beziehung steht; und Temperaturerfassungsmittel (30 ) umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerschaltung (
12 ) numerische Verarbeitungsmittel (23 ), die mit der Stromerfassungsschaltung (28 ) und mit der Spannungserfassungsschaltung verbunden sind, um das erste und das zweite Steuersignal (SI, SV) zu empfangen und um eine Anzahl von Freigabesignalen (EN1, EN2) zu liefern; Speichermittel (25 ), die mit den numerischen Verarbeitungsmitteln (23 ) verbunden sind; und Mittel (26 ) zum seriellen Datenaustausch umfasst. - System für die Versorgung eines Elektroarbeitsfahrzeugs, mit einem Elektromotor, einer Batterie (
5 ), einem Batterieladegerät (7 ) und einer Verbindungsvorrichtung (6 ) für die Verbindung der Batterie (5 ) alternativ entweder mit der Anwendervorrichtung (3 ) oder mit dem Batterieladegerät (7 ); dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (6 ) eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.
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