DE102014104491A1

DE102014104491A1 - Flurförderzeug mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE102014104491A1
Application number: DE102014104491.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Maasland
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Flurförderzeug mit einem elektrischen Antrieb und mit mindestens einer wiederaufladbaren Batterie, wobei im Betrieb die mindestens eine Batterie über eine Motorsteuerung den elektrischen Antrieb speist, wobei – die Batterie einen Hoch-Tiefsetzsteller aufweist und – ein Leistungskondensator parallel zu einem Ausgang des Hoch-Tiefsetzstellers geschaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flurförderzeug mit einem elektrischen Antrieb und mit mindestens einer wiederaufladbaren Batterie.
Wiederaufladbare Batterien stellen die elektrische Spannungs- und Leistungsversorgung für den elektrischen Antrieb des Flurförderzeugs dar. Hierbei kann zwischen einem Betrieb und einer Ladephase für die Batterie unterschieden werden. Während des Betriebs wird der Batterie Leistung entnommen, um den elektrischen Antrieb zu versorgen. In einer Ladephase wird die Batterie entweder aus dem generatorischen Betrieb des Motors oder durch ein Ladegerät aufgeladen. Hierbei können fahrzeugfeste oder externe Ladegeräte eingesetzt werden. Sowohl beim Betrieb des elektrischen Antriebs als auch möglicherweise während des Ladebetriebs erfolgt über eine mit Leistungshalbleitern ausgestattete Motorsteuerung ein Umwandeln der elektrischen Leistung.
Aus DE 10 2009 052 680 A1 ist eine DC-Hochleistungsladung für unterschiedliche Hochvoltbatterien bekannt. Hierbei wird eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und einem Antriebsumrichter, der im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie für die elektrische Maschine umwandelt, vorgeschlagen. Die elektrische Maschine wird zusammen mit dem Antriebsumrichter für einen Ladebetrieb der Batterie als Hochsetzsteller verwendet. Dem Hochsetzsteller ist ein Tiefsetzsteller vorgeschaltet, um eine Eingangsgleichspannung soweit herabzusetzen, dass sie nach dem Hochsetzen durch den Hochsetzsteller eine geeignete Ladespannung für die Batterie darstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein batteriebetriebenes Flurförderzeug eine verbesserte Spannungsversorgung mit einfachen Mitteln bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Flurförderzeug mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Flurförderzeug weist einen elektrischen Antrieb und mindestens eine wiederaufladbare Batterie auf. Im Betrieb des Fahrzeugs speist die mindestens eine Batterie den elektrischen Antrieb über eine Motorsteuerung. Das erfindungsgemäße Flurförderzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie einen Hoch-Tiefsetzsteller aufweist und ein Leistungskondensator parallel zu einem Ausgang des Hoch-Tiefsetzstellers geschaltet ist. Der Leistungskondensator besitzt eine Kapazität, die ausreicht, um dynamische Strombelastungen an der Batterie auszugleichen. Erfindungsgemäß weist jede Batterie einen Hoch-Tiefsetzsteller auf, der es erlaubt, jede Batterie, entsprechend ihrem Ladezustand, an der Belastung des Fahrzeugs teilnehmen zu lassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die mindestens eine Batterie als eine Wechselbatterie mit einem Gehäuse ausgebildet, in dem der Hoch-Tiefsetzsteller angeordnet ist. Der in das Gehäuse der Batterie integrierte Hoch-Tiefsetzsteller erlaubt es, wie bei einem Einbauladegerät, jede Batterie direkt und unabhängig von anderen Batterien zu laden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Leistungskondensator ebenfalls in dem Gehäuse der Wechselbatterie angeordnet. Alternativ kann der Leistungskondensator auch fahrzeugseitig, beispielsweise in der Motorsteuerung, vorgesehen sein. Für die Funktion des Leistungskondensators ist es wichtig, dass dieser parallel zu den Ausgängen des Hoch-Tiefsetzstellers geschaltet ist, um als Puffer bei variierender Strombelastung zu dienen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Steuerung für den Hoch-Tiefsetzsteller vorgesehen, die zwischen einem Betrieb zur Leistungsentnahme und einem Betrieb zum Laden umschaltet. Durch die Steuerung für den Hoch-Tiefsetzsteller können die Stromventile je nach Betriebsart angesteuert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Spannung an dem Leistungskondensator gemessen und der Hoch-Tiefsetzsteller entsprechend angesteuert, um eine konstante Spannung am Leistungskondensator vorliegen zu haben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt der Hoch-Tiefsetzsteller vier oder mehr Halbleiterschaltelemente, über die aus der Batterie entnommene Spannung hochgesetzt und eine an der Batterie anliegende Ladespannung heruntergesetzt wird. Die Steuerung des Hoch-Tiefsetzstellers kann beispielsweise in das Batteriemanagementsystem der Batterie integriert werden.
Bevorzugt ist ein weiteres Schaltelement vorgesehen, mit dem die Batterie von dem Stromkreis getrennt werden kann. Das weitere Schaltelement wird betätigt, beispielsweise, weil ein Defekt in der Batterie vorliegt.
Als Leistungskondensator wird bevorzugt ein Superkondensator oder ein Doppelschichtkondensator eingesetzt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1 den Schaltplan von zwei Batterien mit Hoch-Tiefsetzsteller und parallel geschaltetem Leistungskondensator an einer Motorsteuerung,
2 die beiden Batterien aus 1 mit deren Schaltplan während eines Ladevorgangs,
3 eine zweite Ausführungsform, bei der der Leistungskondensator für zwei Batterien parallel zur Motorsteuerung geschaltet ist und
4 eine dritte Ausgestaltung, bei der der Leistungskondensator Bestandteil der Motorsteuerung ist.
1 zeigt zwei Batterien 10, 12, die jeweils ein Batterieelement V1 und V2 besitzen. Bei den Batterieelementen V1 und V2 kann es sich beispielsweise um eine Lithium-Ionen-Batterie handeln.
Die beiden Batterien 10, 12 speisen über eine schematisch dargestellte Motorsteuerung 14 den elektrischen Antrieb 16.
Die Batterien 10, 12 sind elektrisch gleich aufgebaut und verschaltet, so dass bei der nachfolgenden Erläuterung auf die Batterie 10 abgestellt wird. Das Batterieelement V1 lädt durch Leitendschalten der Schaltelemente M2 und M4 die Spule L1. In der Spule L1 baut sich ein Magnetfeld auf, die Spule wird somit geladen. Durch nachfolgendes Leitendschalten des Schaltelements M1 und M3 ist die Spule L1 mit dem Kondensator C1 verbunden und lädt diesen auf. Bei leitendgeschaltetem Schaltelement M5 liegt die Spannung des Kondensators C1 an der Motorsteuerung 14 an. Der Kondensator C1 ist bevorzugt ein Leistungskondensator, beispielsweise in Form eines Ultra-Cap-Kondensators. Die Spannung des Batterieelements V1 kann durch den Hochsetzsteller an die erforderliche Spannung für die Motorsteuerung 14 bzw. an die Versorgungsspannung des Leistungskondensators C1 angepasst werden. Die in dem Schaltplan dargestellten Schaltelemente M1 bis M10 sind beispielhaft als MOSFET-Diode dargestellt. Es können auch andere Schaltelemente verwendet werden. Das Schaltelement M5 ist bei regulärem Betrieb auf leitend geschaltet. Lediglich, wenn beispielsweise in Form eines Spannungsabfalls oder in sonstiger Form ein Fehler in der Batterie erkannt wird, erfolgt ein Trennen des Schaltelements M5, um das Batterieelement V1 zu schützen.
Bei der Ansteuerung der Schaltelemente M1 bis M4 erfolgt in an sich bekannter Art und Weise eine Pulsweitenmodulation, um die Ausgangsspannung des Batterieelements V1 auf den gewünschten Spannungswert hochzusetzen. Zusätzlich ist vorgesehen, die Spannung an dem Leistungskondensator C1 zu messen und auf einen konstanten Spannungswert zu regeln.
2 zeigt die Batterien 10, 12 aus 1. Ein dreiphasiges Drehstromnetz 18 liegt an der Motorsteuerung 14 an, die den Drehstrom gleichrichtet und in Form einer Gleichspannung an die Batterien 10, 12 anlegt. Über den Hoch-Tiefsetzsteller wird die anliegende Spannung herunter transformiert. Hierzu werden die Schaltelemente M1 und M3 leitend geschaltet, bis die Spule L1 geladen ist und nachfolgend werden die Schaltelemente M2 und M4 leitend geschaltet, so dass die Spule L1 mit dem Batterieelemente V1 verbunden ist. Auf dieses Weise kann die von der Motorsteuerung erzeugte Spannung für das Batterieelement herabgesetzt werden.
3 zeigt eine alternative Ausgestaltung mit zwei Batterien 10‘ und 12‘. Die Batterien 10‘ besitzen eine Hoch-Tiefsetzsteller M1 bis M4 mit einer Spule L1. Ebenso besitzt die Batterie 12‘ einen Hoch-Tiefsetzsteller M6 bis M9 und eine Spule L2. Der Leistungskondensator C1 ist außerhalb der Batterien 10‘ und 12‘ vor die Motorsteuerung 14 geschaltet. Auch bei dieser Ausgestaltung kann die Spannung an dem Leistungskondensator C1 gemessen werden und die Batterien 10‘ und 12‘ entsprechend ansteuern.
4 zeigt eine andere Konfiguration für die Batterien 10‘ und 12‘. Die Batterien 10‘, 12‘ in 4 sind identisch mit den Batterien aus 3. In 4 ist der Leistungskondensator C1 in die Motorsteuerung 14‘ integriert. Über das dreiphasige Drehstromnetz 18 wird die Motorsteuerung 14‘ gespeist und eine entsprechende Gleichspannung an die Batterien 10’ und 12‘ angelegt. Ein besonderer Vorteil an den Batterien 10, 12 sowie 10‘, 12‘ ist, dass der Hoch-Tiefsetzsteller, anders als die Motorsteuerung 14, 14‘, nur für geringe Strombelastung ausgelegt sein muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009052680 A1 [0003]

Claims

Flurförderzeug mit einem elektrischen Antrieb und mit mindestens einer wiederaufladbaren Batterie, wobei im Betrieb die mindestens eine Batterie über eine Motorsteuerung den elektrischen Antrieb speist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Batterie einen Hoch-Tiefsetzsteller aufweist und – ein Leistungskondensator parallel zu einem Ausgang des Hoch-Tiefsetzstellers geschaltet ist.
Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie als Wechselbatterie mit einem Gehäuse ausgebildet ist, in dem der Hoch-Tiefsetzsteller angeordnet ist.
Flurförderzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungskondensator in dem Gehäuse der Wechselbatterie angeordnet ist.
Flurförderzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungskondensator in der Motorsteuerung angeordnet ist.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung für den Hoch-Tiefsetzsteller vorgesehen ist, die zwischen einem Betrieb zur Leistungsentnahme und einem zum Laden der Batterie umschaltet.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Leistungsentnahme die Spannung an dem Leistungskondensator gemessen und der Hoch-Tiefsetzsteller für eine konstante Spannung angesteuert wird.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hoch-Tiefsetzsteller vier oder mehr Halbleiterschaltelemente aufweist, über die aus der Batterie entnommene Spannung hochgesetzt und eine an der Batterie anliegende Spannung heruntergesetzt wird.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Schaltelement vorgesehen ist, mit dem die Batterie von einem Stromkreis getrennt werden kann.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Leistungskondensator ein Superkondensator oder ein Doppelschichtkondensator eingesetzt wird.