用于牵引电池的适配器框架以及具有牵引电池的地面输送工具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种适配器框架，其用于由至少两个模块电池（17）形成地面输送工具（1）的电牵引电池，其中，所述模块电池（17）能够装入所述适配器框架（16）中并且所述适配器框架（16）能够设置在地面输送工具（1）的电池格（6）中，所述电池格（6）设置在所述地面输送工具（1）的前轴（3）和后轴（4）之间以及被设置用于通过侧面的电池格开口从侧面水平地进行电池更换，并且在所述适配器框架（16）设置在所述电池格（6）中的情况下，全部模块电池（17）能够通过所述电池格开口装入或者取出。
【专利说明】用于牵引电池的适配器框架以及具有牵引电池的地面输送工具【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种适配器框架，所述适配器框架用于由至少两个模块电池形成地面输送工具的电牵引电池，其中，所述模块电池可以装入所述适配器框架中并且所述适配器框架可以设置在地面输送工具的电池格中。另外，本发明涉及一种具有电牵引电池的地面输送工具，所述牵引电池由至少两个模块电池形成，其中，这些模块电池设置在所述地面输送工具的电池格中。
【背景技术】
[0002]在电池驱动的地面输送工具中，主要使用基于铅酸的牵引电池。这种牵引电池通常由方形地成形的、分别具有2V的标称电压的单电池组成，这些单电池汇总在电池槽中并且与电池槽共同装入到地面输送工具的电池格中。在此，串联地连接的单电池的数目确定了整个牵引电池的标称电压。当牵引电池又被充电时，牵引电池根据地面输送工具的使用类型而保持在地面输送工具的电池格中，或者可替代地，当牵引电池没电时，将其更换为已经充满电的牵引电池。在后一种情况中，被排空的牵引电池于是在地面输送工具的外部又被充电，例如在工作地区内部特意为此设置的电池更换站和充电站上。
[0003]这种现有技术具有以下缺点，即，牵引电池的更换与高的花费相关联，因为这些牵引电池非常大且重，因此通常仅可以利用专门的起重工具和装置从电池格取出以及装入地面输送工具的电池格中。
[0004]铅电池只能在某些条件下中间充电并且在其能量密度以及功率密度方面受限。铅电池也不是不需要维修并且具有有限的`仅约1200次全放电周期的使用寿命，所述使用寿命通过经常地中间充电被额外降低。
[0005]因此令人特别感兴趣的是，以其它的化学反应为基础并且在这样的情况下例如是锂电池的替代电池。在现代技术的这些非铅电池中，尤其是锂离子电池令人感兴趣，这些锂离子电池不具有先前提到的缺点。
[0006]从现有技术、例如从EP2039646A1公开了单个电池单元的分布布置，这些电池单元被安装在地面输送工具的存在的空腔中以及不是容易接近的自由空间中，以便充分利用这些位置并且节省电池格的位置需求。然而在此没有设置单个电池单元的更换。在一个实施方式中，这些电池单元可以是锂离子电池单元。
[0007]DE10012162A1和EP2261167A1公开了用于地面输送工具的电池系统，这些电池系统由大量的单电池组成。还公开了这些单电池并联连接和串联连接的布置方案。
[0008]所述现有技术的缺点是，没有提供用于具有侧面的电池更换装置的地面输送工具的解决方案，在所述地面输送工具的情况下，电池格能够通过设置在前轴和后轴之间的开口从侧面接近。所述现有技术也没有公开在这种地面输送工具中改装和事后使用大量单电池的解决方案。
【发明内容】
[0009]本发明的任务在于，提供一种地面输送工具以及一种适配器框架，所述适配器框架用于形成由模块电池组成的牵引电池，所述牵引电池用于具有侧面的、水平的电池更换装置的地面输送工具，所述牵引电池避免了先前所提到的缺点并且允许应用大量的模块电池。
[0010]所述任务通过具有独立权利要求1的特征的、用于形成地面输送工具的电牵引电池的适配器框架以及具有专利权利要求12的特征的地面输送工具解决。本发明有利的改进方案在从属权利要求中给出。
[0011]所述任务通过适配器框架解决，所述适配器框架用于由至少两个模块电池形成地面输送工具的电牵引电池，其中，这些模块电池可以装入适配器框架中，所述适配器框架可以设置在地面输送工具的电池格中，并且其中，所述电池格设置在地面输送工具的前轴与后轴之间以及被设置用于通过侧面的电池格开口从侧面水平地进行电池更换，并且其中，在适配器框架设置在电池格中的情况下，全部的模块电池可以通过电池格开口装入或者取出。
[0012]由此有利地可以在更换已放电的牵引电池时更换单个的模块电池。因为这些模块电池明显比传统的牵引电池轻并且在尺寸方面更小，因此对于更换不需要任何装置或仅需要轻型的起重设备，这些起重设备重量轻并且成本低廉。通过本发明可能的是，在具有侧面的电池更换装置的地面输送工具、尤其是叉式装卸车中通过侧面的电池格开口来更换模块电池。在此，通过这种方式可以将所有模块电池取出以及替换，其中，必要时遵循一种顺序，如果一个模块电池在取出另外一个之后才能够被接近的话。然而，具有侧面的电池更换装置的地面输送工具中特别是这样一种地面输送工具，其具有非常大的牵引电池并且在这些地面输送工具的情况下通常需要第二地面输送工具、例如叉式起重车或者叉式装卸车，以便能够将牵引电池提升并且将牵引电池从电池格取出。在此，通过本发明的适配器框架可以在现有的地面输送工具中进行改装。由此可能的是，如果在具有侧面的电池更换这种的传统叉式装卸车或地面输送工具中使用显著更轻的新型电池、例如锂离子电池，则避免了这种附加的地面输送工具的仅仅为了更换电池的目的而导致的耗费。同时可以使用具有如更高的功率密度以及电荷密度等优点的新型电池。
[0013]这些模块电池可以分别单个地直接更换。
[0014]因此有利的是，可以单个地取出每个模块电池，而不需要必须例如首先取出另外的模块电池以产生用于取出第一模块电池的空间。在这里，所有模块电池被如此设置，使得这些模块电池可以直接取出以及更换。
[0015]在本发明的改进方案中，这些模块电池分别从电池格开口在电池格的全深度上延伸并且可以被单个地从适配器框架拉出。
[0016]在此，这些模块电池可以实施为竖直地并排布置的元件。这些元件可以分别被单个地从电池格或适配器框架拉出。
[0017]有利的是，可对于每个模块电池设置一个闭锁装置。
[0018]由此，大量的单个的模块电池分别被固定。在此，所述闭锁装置可以被如此实施，使得在模块电池完全插入时闭锁装置自动地闭锁。
[0019]适配器框架可以对于每个模块电池具有一个固定的连接插头。[0020]利用这种集成在适配器框架中的、用于各个模块电池(这些模块电池在模块电池正确插入的情况下自动与配对件接触)的连接插头，在大量模块电池的情况下有利地避免了，必须分别将插接连接装置与电缆连接。这节省了时间并且更容易地操作。在此，所述连接插头可以不仅包括用于模块电池的电极接口的接口(功率通过这些接口被输出)，而且包括控制接口、例如来自或者通往单个模块电池的电池管理装置的引线。
[0021 ] 一部分或全部模块电池可以被电串联连接。
[0022]这对应于技术上最简单的变型方案，例如通过以下方式实现，即每个模块电池具有所必需的容量，然而仅具有低的电压。例如，一个48V、625Ah的电池通过四个12V (可替代地也可以通过八个6V)分别为625Ah的模块电池组装。有利的是，在电串联连接的情况下可以使用充电程度不同的模块电池，因为这些模块电池不会相互干扰或者影响。
[0023]一部分或全部模块电池可以被电并联连接。
[0024]通过模块电池的并联连接得到一系列优点。因此可以使用具有确定的电压和容量的模块电池，并且对于不同地面输送工具的适配可以仅通过这些模块电池的数量来实现。这允许以下情况，即以有限数量的模块电池类型来工作。例如，上述的48V、625Ah的模块电池可以通过五个48V、125Ah的模块电池组装。然而，利用这些模块电池可以在同一个地面输送工具中组装一个500Ah的电池或者在另一个地面输送工具中组装一个750Ah的电池。这允许针对顾客需求提高灵活性以及大大降低投资成本，如果在具有仅很少以及很短的使用时间的地面输送工具的情况中通过降低模块电池的数量来调整以及更加成本低廉地配置牵引电池的容量的话。
[0025]在优选的改进方案中，适配器框架对于所有模块电池和/或模块电池的所有电池管理装置具有一个共同的电池控制装置。
[0026]原则上可能的是，在现代的电池类型(例如锂离子电池)中所必需的控制单元对于所有模块电池中央地汇总在电池控制装置中。可替代的是，这些功能的仅一部分也可以中央地汇总在电池控制装置中，并且这些模块电池可以分别具有电池管理装置。例如也可能的是，仅仅检测确定的运行数据、例如充电状态(S0C)、温度、电流以及电压并且将所述运行数据通过集成在适配器框架中的电池控制装置进一步引导至一个地面输送工具。特别有意义的是，电池控制装置将所有模块电池的连接导线和数据汇总并且据此确定或者计算出一个用于牵引电池的统一值。这例如可以是由模块电池构成的整个牵引电池的充电状态(SOC)0还可以求得或收集模块电池的其它运行数据，例如单个模块电池的电流、电压、温度以及运行历史的数据。
[0027]在本发明的一个构型方案中，所述共同的电池控制装置可以根据模块电池之间电压差将单个模块电池接通或者断开。
[0028]在单个模块电池的充电状态不同的情况下存在不同的电压。如果这些模块电池在没有其它措施的情况下被并联连接，则可以导致高的补偿电流。如果在电压差过高的情况下接上或者断开单个的模块电池，则可以避免这一点。在此，模块电池可以被如此长时间地断开，例如留下的或者也有可能唯一留下的模块电池具有对于地面输送工具的运行来说足够的容量那样。
[0029]有利的是，模块电池可以具有电池管理装置，所述电池管理装置在模块电池之间出现电压差时适配各模块电池的电压。[0030]这些电池管理装置可以包括成本低廉地根据现有技术可用的电压转换器并且通过相应的调整允许具有低的充电状态的模块电池仍然可以保持运行。
[0031 ] 这些模块电池可以是锂离子蓄电池或者锂聚合物蓄电池或者钛酸锂蓄电池或者磷酸铁锂蓄电池或者锂空气蓄电池。
[0032]所述任务也通过一种具有电牵引电池的地面输送工具解决，所述牵引电池由至少两个模块电池构成，其中，这些模块电池设置在地面输送工具的电池格中，所述电池格设置在地面输送工具的前轴与后轴之间并且被设置用于通过侧面的电池格开口从侧面水平地进行电池更换，其中，全部模块电池可以通过电池格开口装入或者取出。
[0033]由此有利地可以在更换已放电的牵引电池时更换单个的模块电池。因为这些模块电池明显比传统的牵引电池轻并且在尺寸方面更小，因此对于更换不需要任何装置或仅需要轻型的起重设备，这些起重设备重量轻并且成本低廉。通过本发明可能的是，在具有侧面的电池更换装置的地面输送工具、尤其是叉式装卸车的情况下通过侧面的电池格开口来更换模块电池。在此，通过这种方式，所有模块电池可以被取出以及替换，其中，必要时遵循一种顺序，如果一个模块电池在取出另外一个之后才能够被接近的话。然而，具有侧面的电池更换装置的地面输送工具特别是这样的地面输送机械，这些地面输送工具具有非常大的牵引电池并且在这些地面输送工具中通常需要第二地面输送工具、例如叉式起重车或者叉式装卸车来提升牵引电池并且将牵引电池从电池格取出。由此，如果在具有侧面的电池更换装置的传统叉式装卸车或地面输送工具中使用显著更轻的新型电池、例如锂离子电池，则可以避免这种附加的地面输送工具的仅仅为了更换电池而导致的耗费。同时可以使用这些具有如更高的功率密度以及电荷密度等优点的新的电池类型。
[0034]有利的是，这些模块电池可以分别单个地直接更换。
[0035]因此有利的是，可以将每个模块电池单个地取出，而不需要必须例如首先取出另外的模块电池来产生用于取出第一模块电池的空间。在这里，所有模块电池被如此设置，使得这些模块电池可以直接取出以及更换。
[0036]在本发明的有利的配置方案中，这些模块电池分别从电池格开口在电池格的全深度上延伸并且可以单个地从适配器框架拉出。
[0037]在此，这些模块电池可以实施为竖直地相互并排的元件。这些元件可以分别被单个地从电池格或适配器框架拉出。
[0038]有利的是，对于每个模块电池设置一个闭锁装置。
[0039]由此，大量单个的模块电池分别被固定。在此，所述闭锁装置可以被如此实施，使得在模块电池完全插入时闭锁装置自动地闭锁。
[0040]在一个构型方案中，对于每个模块电池设置一个固定的连接插头。
[0041]利用这种集成在适配器框架中的、用于各个模块电池(这些模块电池在模块电池正确插入的情况下自动与配对件接触)的连接插头，在大量模块电池的情况下有利地避免了必须相应地将插接连接装置与电缆连接。这节省了时间并且更容易地操作。在此，所述连接插头可以不仅包括用于模块电池的电极连接的接口(功率通过这些接口被输出)，而且包括控制接口、例如来自或者通往单个模块电池的电池管理装置的引线。
[0042]一部分或全部模块电池可以被电串联连接。
[0043]这对应于技术上最简单的变型方案，例如通过以下方式实现，即每个模块电池具有所必需的容量，然而仅具有低的电压。例如，一个48V、625Ah的电池通过四个12V (可替代地也可以通过八个6V)分别为625Ah的模块电池组装。有利的是，在电串联连接的情况下可以使用充电程度不同的模块电池，因为这些模块电池不会相互干扰或者影响。
[0044]一部分或全部模块电池可以被电并联连接。
[0045]通过模块电池的并联连接得到一系列优点。因此可以使用具有确定的电压和容量的模块电池，并且对于不同地面输送工具的适配可以仅通过这些模块电池的数量来实现。这允许以下情况，即以有限数量的模块电池类型来工作。例如，上述的48V、625Ah的模块电池可以通过五个48V、125Ah的模块电池组装。然而，利用这些模块电池可以在同一个地面输送工具中组装一个500Ah的电池或者也可以在另外的地面输送工具中组装一个750Ah的电池。这允许关于顾客需求的较大的灵活性以及大大降低投资成本，如果在具有仅很少以及很短的使用时间的地面输送工具的情况中通过降低模块电池的数量来调整以及更加成本低廉地配置牵引电池的容量的话。
[0046]在优选的改进方案中，对于所有模块电池和/或模块电池的所有电池管理装置设置一个共同的电池控制装置。
[0047]原则上可能的是，将在现代的电池类型(例如锂离子电池)中所必需的控制单元对于所有模块电池中央地汇总在电池控制装置中。可替代的是，这些功能的仅一部分也可以中央地汇总在电池控制装置中，并且这些模块电池可以分别具有电池管理装置。例如也可能的是，仅仅检测确定的运行数据、例如充电状态(S0C)、温度、电流以及电压并且在一个集成在所述地面输送工具中的电池控制装置中处理所述运行数据。还可以求得和收集模块电池的其它运行数据，例如单个模块电池的电流、电压、温度以及运行历史的数据。
[0048]所述共同的电池控制装置可以根据模块电池之间电压差将单个模块电池接通或者断开。
[0049]在单个模块电池的充电状态不同时存在不同的电压。如果这些所述模块电池在没有其它措施的情况下被并联连接，则可以形成高的补偿电流。如果在电压差过高的情况下接上或者断开单个的模块电池，则可以避免这一点。在此，模块电池可以被如此长时间地断开，如果留下的或者也有可能唯一留下的模块电池具有对于地面输送工具的运行来说足够的容量的话。
[0050]在本发明的进一步方案中，模块电池具有电池管理装置，所述电池管理装置在模块电池之间出现电压差时适配各个模块电池的电压。
[0051]这些电池管理装置可以包括成本低廉地根据现有技术可用的电压转换器并且通过相应的调整允许具有低的充电状态的模块电池仍可以保持运行。
[0052]这些模块电池可以是锂离子蓄电池或者锂聚合物蓄电池或者钛酸锂蓄电池或者磷酸铁锂蓄电池或者锂空气蓄电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]本发明的其它优点和个别细节依据在示意性的附图中所示出的实施例进一步说明。其中:
[0054]图1示出了电驱动的叉式装卸车作为具有电池格的地面输送工具的例子；
[0055]图2示意性地示出了根据本发明的、具有电池格中的模块电池的适配器框架；[0056]图3示意性地示出了根据本发明的、具有模块电池的地面输送工具的电池格。【具体实施方式】
[0057]图1示意性地示出了作为具有电池格的地面输送工具2的例子的电池电驱动的叉式装卸车I。前轴3与后轴4通过框架5连接，所述后轴在本发明的三轮装卸车的例子中仅由单轮组成。电池格6位于前轴3与后轴4之间，在所述电池格中可以装入电驱动的叉式装卸车I的、这里未示出的牵引电池并且可以从所述电池格通过地面输送工具2侧面的电池格开口从侧面沿水平方向上取出和更换牵引电池。在后轴4上方设有配重7。起升支架8位于前轴3上，载货叉10作为载货接收装置9可上下移动地在所述起升支架上被导向。具有驾驶员座位13的驾驶员工作位置12设置在驾驶员保护棚11下方，从那里可以通过操作元件14、例如方向盘15控制所述叉式装卸车I。
[0058]图2示意性地示出了本发明的适配器框架16，其具有处于图1的电池格6中的模块电池17。每个模块电池17具有电池管理装置18，所述电池管理装置通过信号线路19与适配器框架16的电池控制装置20连接。适配器框架16的电池控制装置20由电池管理装置18的各个数据总体上对于一个牵引电池产生相应的值并且将这些值通过信号线路21进一步引导至作为地面输送工具I的电子装置23的一部分的电池控制装置22上。除此之外，还象征地示出了具有充电插头25的充电线24，在所述模块电池位于适配器框架16以及地面输送工具I中期间，利用所述充电线可以给模块电池17充电。在此，适配器框架16的电池控制装置20可以通过充电线24使模块电池17全部在被装入的状态中充电。
[0059]模块电池17位于适配器框架16的插入部中，这些插入部具有未示出的集成的连接插头和闭锁装置。只要模块电池17插入到适配器框架16的插入部中，连接插头就自动地连接并且闭锁装置就闭锁。由此，在更换模块电池17时快速和容易的操作是可能的。根据本发明的适配器框架16允许在具有侧面的电池更换装置的地面输送工具I中事后使用模块式构造的、具有模块电池17的牵引电池形式的现代类型的电池。
[0060]图3示意性地示出了根据本发明具有模块电池17的地面输送工具I的电池格6。每个模块电池17具有电池管理装置18，所述电池管理装置通过信号线路19与地面输送工具I的车辆电子设备23中的电池控制装置26连接。车辆电子设备23的电池控制装置26处理电池管理装置18的各个数据。除此之外，还象征性地示出了具有充电插头28的充电缆线27，在所述模块电池17处于地面输送工具I的电池格6中期间，利用所述充电缆线可以给模块电池17充电。
[0061]模块电池17位于电池格6未不出的插入部中，这些插入部具有未不出的、集成的连接插头和闭锁装置。只要模块电池17被插入到电池格6的插入部中，连接插头就自动地连接并且闭锁装置就闭锁。由此，在更换模块电池17时快速和容易的操作是可能的。
[0062]根据本发明的地面输送工具I允许具有模块电池17的、以模块式构造的牵引电池形式的现代类型的电池结合侧面的电池更换装置使用。
【权利要求】
1.一种适配器框架，用于由至少两个模块电池(17 )形成地面输送工具(I)的电牵引电池，其中，所述模块电池(17 )能够装入所述适配器框架(16 )中并且所述适配器框架(16 )能够设置在地面输送工具(I)的电池格(6 )中，其特征在于，所述电池格(6 )设置在所述地面输送工具(I)的前轴(3)和后轴(4)之间以及被设置用于通过侧面的电池格开口从侧面水平地进行电池更换，并且在所述适配器框架(16)设置在所述电池格(6)中的情况下，全部模块电池(17 )能够通过所述电池格开口装入或者取出。
2.根据权利要求1所述的适配器框架，其特征在于，所述模块电池(17)能够分别单个地直接更换。
3.根据权利要求1或2所述的适配器框架，其特征在于，所述模块电池(17)分别从所述电池格开口在所述电池格(6)的全深度上延伸并且能够单个地从所述适配器框架(16)拉出。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的适配器框架，其特征在于，所述适配器框架(16)对于每个模块电池(17)具有一个闭锁装置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的适配器框架，其特征在于，所述适配器框架(16)对于每个模块电池(17)具有一个固定的连接插头。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的适配器框架，其特征在于，所述模块电池(17)的一部分或者全部电串联地连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的适配器框架，其特征在于，所述模块电池(17)的一部分或者全部电并联地连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的适配器框架，其特征在于，所述适配器框架`(16)对于全部模块电池(17)和/或所述模块电池(17)的全部电池管理装置(18)具有一个共同的电池控制装置(20 )。
9.根据权利要求7和8所述的适配器框架，其特征在于，所述共同的电池控制装置(20 )能够根据所述模块电池(17 )之间的电压差接通或者断开单个模块电池(17 )。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的适配器框架，其特征在于，所述模块电池(17)具有电池管理装置(18)，在所述模块电池(17)之间出现电压差时，所述电池管理装置调整相应的模块电池(17)的电压。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的适配器框架，其特征在于，所述模块电池(17)是锂离子蓄电池或者锂聚合物蓄电池或者钛酸锂电池蓄或者磷酸铁锂蓄电池或者锂空气蓄电池。
12.—种地面输送工具，具有电牵引电池，所述牵引电池由至少两个模块电池(17)形成，其中，所述模块电池(17 )设置在所述地面输送工具(I)的电池格(6 )中，其特征在于，所述电池格设置在所述地面输送工具(I)的前轴(3)和后轴(4)之间以及被设置用于通过侧面的电池格开口从侧面水平地进行电池更换，并且全部模块电池(17 )能够通过所述电池格开口装入或者取出。
13.根据权利要求12所述的地面输送工具，其特征在于，所述模块电池(17)能够分别单个地直接更换。
14.根据权利要求12或13所述的地面输送工具，其特征在于，所述模块电池(17)分别从所述电池格开口在所述电池格(6 )的全深度上延伸并且能够单个地拉出。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的地面输送工具，其特征在于，对于每个模块电池(17)设置一个闭锁装置。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的地面输送工具，其特征在于，对于每个模块电池(17)设置一个固定的连接插头。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的地面输送工具，其特征在于，所述模块电池(17)的一部分或者全部电串联地连接。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的地面输送工具，其特征在于，所述模块电池(17)的一部分或者全部电并联地连接。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的地面输送工具，其特征在于，对于全部模块电池(17 )和/或所述模块电池的全部电池管理装置(18 )设置一个共同的电池控制装置(26)。
20.根据权利要求12和19所述的地面输送工具，其特征在于，所述共同的电池控制装置(26)能够根据所述模块电池(17)之间的电压差接通或者断开单个模块电池(17)。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的地面输送工具，其特征在于，所述模块电池(17)具有电池管理装置(18)，在所述模块电池(17)之间出现电压差时，所述电池管理装置调整相应的模块电池(17)的电压。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的地面输送工具，其特征在于，所述模块电池(17)是锂离子蓄电池或者锂聚`合物蓄电池或者钛酸锂蓄电池或者磷酸铁锂蓄电池或者锂空气蓄电池。
【文档编号】B60L11/18GK103625260SQ201310364241
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2012年8月21日
【发明者】R·居乔, J·托特尔 申请人:施蒂尔有限公司