DE102014106538A1 - Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeuges mit mindestens einer Batterie sowie eine solche - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeuges mit mindestens einer Batterie sowie eine solche Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs mit mindestens einem batteriegespeisten Antrieb und mindestens einer Batterie zur Versorgung des mindestens einen Antriebs, wobei eine Messeinrichtung für eine Batteriespannung vorgesehen ist, gekennzeichnet durch – Bereitstellen eines Schwellwerts für eine Notbetriebsspannung (U0%), – Messen einer Batteriespannung (Ucell) und Vergleichen der gemessenen Batteriespannung mit der Notbetriebsspannung (U0%), – wobei für den Fall, dass die gemessene Batteriespannung kleiner als die Notbetriebsspannung ist, ein Betrieb des Fahrzeugs für eine vorbestimme Mindestnotbetriebszeit zugelassen wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs mit mindestens einem batteriegespeisten Antrieb und mindestens einer Batterie zur Versorgung des mindestens einen Antriebs. Ebenso betrifft die Erfindung eine Batterie für ein solches Fahrzeug.
  • Bei batteriegetriebenen Flurförderzeugen, insbesondere bei Flurförderzeugen mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ist während des Betriebs eine fortlaufende Überwachung der Batterie, beispielsweise durch ein Batteriemanagementsystem, vorgesehen. Diese Überwachung stellt sicher, dass die Batterie nur innerhalb von vorgesehenen Batteriezuständen betrieben wird und ungünstige Ladungs- oder Ladezustände für die Batterie vermieden werden. Insbesondere wird für die Batterien sowohl eine Überladung als auch eine Tiefentladung der Batterie durch die Überwachung verhindert. Hierzu wird in der Regel der aktuelle Ladezustand der Batterie (SOC) überwacht und ein drohender kritischer Batteriezustand rechtzeitig angezeigt.
  • Bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren in Flurförderzeugen wird bei entladener oder weitgehend entladener Batterie die Stromversorgung zu dem Fahrzeug getrennt, um eine schädliche Tiefentladung der Batterie zu vermeiden. Jeder darüber hinausgehend fortgesetzte Betrieb wäre schädlich für die Batterie.
  • Nachteilig an diesem zwangsweisen Abschalten des Flurförderzeugs ist, dass dieses nicht mehr aus eigener Kraft bewegt werden kann, um beispielsweise eine Ladestation anzufahren. Hierdurch entsteht ein hoher Aufwand für die personellen und materiellen Vorkehrungen, um ein liegengebliebenes Flurförderzeug zu einer Ladestation zu transportieren oder das Flurförderzeug derart zu betreiben, dass eine zwangsweise Abschaltung nicht mehr auftritt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs sowie eine Batterie für ein Flurförderzeug bereitzustellen, die die Nachteile der zwangsweisen Stilllegung von Flurförderzeugen vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren und ein Flurförderzeug der Ansprüche 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft den Betrieb eines Flurförderzeugs mit mindestens einem batteriegetriebenen Antrieb. Das Fahrzeug besitzt mindestens eine Batterie zur Versorgung des mindestens einen Antriebs. Ferner ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die geeignet und bestimmt ist, eine Batteriespannung zu messen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, einen Schwellwert für eine Notbetriebsspannung bereitzustellen. Ferner wird eine Batteriespannung gemessen und die gemessene Batteriespannung mit der Notbetriebsspannung verglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass wenn die gemessene Batteriespannung kleiner als die Notbetriebsspannung ist, ein Betrieb des Fahrzeugs für eine vorbestimmte Mindestnotbetriebszeit zugelassen wird. Anders als bei einem herkömmlichen Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs ist eine Notbetriebsspannung vorgesehen, bei deren Unterschreiten ein zeitlich begrenzter Notbetrieb für das Fahrzeug zugelassen wird. Der zeitlich begrenzte Notbetrieb erlaubt es, das Fahrzeug innerhalb gewisser Grenzen zu bewegen und zu betätigen, um so die notwendigen Vorkehrungen für ein Wiederaufladen der Batterie zu schaffen. Anders als beim Stand der Technik ist es nicht länger notwendig, bereits den Einsatz des Fahrzeugs zu beschränken, um für einen kritischen Zustand der Batterie eine Reserve vorzuhalten.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Minimalspannung für die Batterie vorgesehen, deren Wert so gewählt ist, dass unterhalb der Minimalspannung eine Tiefentladung auftreten kann, wobei der Wert der Notbetriebsspannung größer als der Wert der Minimalspannung ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Wert der Spannung für das Einleiten des Notbetriebes größer als die Minimalspannung, die zum Schutz der Batterie nicht unterschritten werden darf. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass trotz des Weiterbetriebes des Flurförderzeugs im Notbetrieb nicht die Gefahr einer schädlichen Tiefentladung besteht.
  • Bevorzugt ist der Wert für die Notbetriebsspannung mindestens um einen Differenzspannungswert größer als die Minimalspannung, der einen Betrieb des Flurförderzeugs für eine Mindestnotbetriebszeit erlaubt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass während der Mindestnotbetriebszeit je nach Anforderung durch das Flurförderzeug eine unterschiedliche Ladungsentnahme aus der Batterie erfolgen kann. Die gewählte Spannungsdifferenz ist ausgelegt, um für eine mittlere Belastung des Flurförderzeugs deren Betrieb für die Dauer der Mindestnotbetriebszeit sichergestellt ist.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Mindestnotbetriebszeit die gemessene Batteriespannung mit der Minimalspannung verglichen und bei Unterschreiten der Minimalspannung die Batterie von der Stromversorgung getrennt. Die Trennung der Batterie von der Stromversorgung kann beispielsweise über ein Schütz erfolgen. Es ist aber auch denkbar, über andere Schalter und Einrichtungen die Batterie von der Stromversorgung des Fahrzeugs zu trennen. Bei diesen bevorzugten Verfahrensausgestaltungen hat das Unterschreiten der Minimalspannung der Batterie Vorrang gegenüber einer etwaig noch nicht abgelaufenen Mindestnotbetriebszeit. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass, falls unter Umständen während des Notbetriebs eine Ladungsentnahme aus der Batterie erfolgt, die zu einem Unterschreiten der Minimalspannung führt, eine Schädigung der Batterie gleichwohl vermieden wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Verfahrensausgestaltung erfolgt nach Überschreiten der Mindestnotbetriebszeit der Betrieb der Batterie bis zu einer maximalen Notbetriebszeit. Der Betrieb wird hierbei fortgesetzt, wenn die gemessene Batteriespannung weiterhin größer als die Minimalspannung ist. Mit Ablauf der Mindestnotbetriebszeit unterbleibt eine automatische Trennung oder Abschaltung der Batterie und der Notbetrieb kann weiter fortgesetzt werden. Die Fortsetzung des Notbetriebs erfolgt höchstens bis zu einer maximalen Notbetriebszeit.
  • In einer bevorzugten Weiterführung kann spätestens nach Überschreiten der Mindestnotbetriebszeit der aus der Batterie entnommene Strom gemessen werden. In der Regel wird auch zuvor während des regulären Betriebs bereits der entnommene Strom zur Überwachung der Fahrzeugfunktion gemessen.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist ein minimaler Entladestrom vorgesehen, der bevorzugt einem Leerlaufstrom entspricht. Der gemessene Wert für den aus der Batterie entnommenen Strom wird mit dem minimalen Entladestrom verglichen. In dem Fall, dass der gemessene, aus der Batterie entnommene Strom den minimalen Entladestrom unterschreitet, wird die Batterie von der Stromversorgung getrennt. Hierdurch wird ein Schalten bei zu großen Strömen nach Möglichkeit verhindert.
  • Entspricht der minimale Entladestrom dem Leerlaufstrom, so dient die Überprüfung dazu, einen Fehler in der Batterie zu erkennen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Batterie ein Ionen-Akkumulator, insbesondere bevorzugt ein Lithium-Ionen-Akkumulator, eingesetzt.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Flurförderzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 10 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Flurförderzeug besitzt mindestens einen batteriegespeisten Antrieb und mindestens eine Batterie zur Versorgung des oder der Antriebe. Ferner ist eine Messeinrichtung für eine Batteriespannung und eine Steuerung für die mindestens eine Batterie vorgesehen. Erfindungsgemäß weist die Steuerung einen Schwellwert für eine Notbetriebsspannung auf. Die Messeinrichtung legt einen gemessenen Spannungswert der Batterie an die Steuerung an, die den anliegenden Spannungswert mit der Notbetriebsspannung vergleicht. Bei einem Unterschreiten der Notbetriebsspannung durch den anliegenden Spannungswert lässt die Steuerung einen Betrieb des Fahrzeugs für eine vorbestimmte Mindestnotbetriebszeit zu. Das Zulassen eines Notbetriebes des Fahrzeugs bedeutet hierbei, dass eine Trennung der Batterie vor Erreichen der Mindestnotbetriebszeit nur durch eine gesonderte Bedingung erfolgen kann, ebenso wie ein Fortsetzen des Notbetriebs über die Mindestnotbetriebszeit hinaus nur unter besonderen Bedingungen möglich ist.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung des Flurförderzeugs ist die Steuerung als ein Batteriemanagementsystem für die Batterie ausgebildet. Ebenso bevorzugt ist die Batterie als ein Ionen-Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgebildet.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 den Ablauf beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs und
  • 2 den Ablauf beim Betrieb eines Fahrzeugs nach dem Stand der Technik.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs ist als Flussdiagramm in 1 dargestellt. Mit dem Verfahrensschritt 10 wird durch das Betätigen des Fahrzeugschlüssels das Verfahren gestartet. In Verfahrensschritt 12 wird ein Zeitzähler auf null gesetzt. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird abgefragt, ob die gemessene Batteriespannung Ucell größer als eine Notbetriebsspannung U0% ist. Im Ergebnis wird hierdurch abgefragt, ob der Ladezustand der Batterie (SOC) > 0 ist. Zu beachten hierbei ist allerdings, dass die Notbetriebsspannung U0% nicht einer vollständigen Entladung der Batterie entspricht, sondern einen Wert besitzt, der mindestens für eine vorgesehene Mindestnotbetriebszeit einen Weiterbetrieb des Fahrzeugs zulässt. Entsprechend ist für den Fall, dass die Batteriespannung die Notbetriebsspannung übersteigt, ein regulärer Fahrzeugbetrieb, wie in Schritt 18 angedeutet, vorgesehen. Für den Fall, dass die gemessene Spannung Ucell kleiner gleich der Notbetriebsspannung U0% ist, wird in einem einsetzenden Notbetrieb das Flurförderzeug zunächst mit Leistung aus der Batterie versorgt. Dies ist in Schritt 16 von 1 schematisch dargestellt.
  • Nachfolgend zu Schritt 16, der den Eintritt in den Notbetrieb des Fahrzeugs kennzeichnet, wird in Schritt 20 überprüft, ob die Zeitspanne von 5 Sekunden bereits überschritten ist. Die Zeitangabe von 5 Sekunden steht in dem Ausführungsbeispiel nur beispielhaft für eine mögliche Mindestnotbetriebszeit. Je nach Größe und üblichem Einsatz des Fahrzeugs und Kapazität der verwendeten Batterie können als Mindestnotbetriebszeit auch kleinere Zeitspannen, beispielsweise mit zwei Sekunden vorgesehen sein. Bei kleinen Fahrzeugen mit relativ dazu großen Batterien können aber auch deutlich längere Mindestnotbetriebszeiten als 5 Sekunden vorgesehen sein, beispielsweise mit 10 Sekunden oder sogar 15 Sekunden.
  • Während der Mindestnotbetriebszeit prüft das Verfahren in Schritt 22, ob die gemessene Batteriespannung Ucell größer als eine vorgegebene Minimalspannung Umin ist. Hierbei ist zu beachten, dass die Minimalspannung Umin kleiner als die vorgegebene Notbetriebsspannung U0% ist. Die Minimalspannung ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass bei ihrem Unterschreiten die Gefahr einer Tiefentladung für den Akkumulator besteht. Die Notbetriebsspannung der Batterie ist dagegen so gewählt, dass bei einer regulären Nutzung des Flurförderzeugs zu erwarten ist, dass ein Notbetrieb mindestens für die Mindestnotbetriebszeit möglich ist.
  • Ist in dem Abfrageschritt 22 die gemessene Batteriespannung größer als die Minimalspannung, so kehrt das Verfahren zu Verfahrensschritt 14 zurück und verbleibt somit weiterhin in einem Notbetrieb. Aus diesem Ast des Verfahrensablaufs wird deutlich, dass auch während der Mindestnotbetriebszeit der Notbetrieb abgebrochen werden kann, falls die Batteriespannung Ucell die vorgegebene Minimalspannung Umin unterschreitet.
  • Ansonsten bleibt während der Mindestnotbetriebszeit das Flurförderzeug in seinem eingeschalteten Status, wie durch Verfahrensschritt 16 angedeutet.
  • Während des Notbetriebs nach der Mindestnotbetriebszeit können eine Anzahl von weiteren Bedingungen des Flurförderzeugs abgefragt werden, um eine übermäßige Beanspruchung oder eine Tiefentladung der Batterie zu verhindern. In 1 sind beispielhaft drei Abfragen 26, 28 und 30 dargestellt. In der ersten Abfrage 26 wird der aus der Batterie genommene Strom (current) gemessen und mit einem vorbestimmten Stromwert, beispielsweise dem Leerlaufstrom (Iidle), verglichen. Ist der gemessene Strom kleiner als der Leerlaufstrom, so führt dies zur sofortigen Abschaltung in Schritt 32. In einem weiteren Überwachungsschritt 28 wird überprüft, ob eine maximale Notbetriebsdauer überschritten wurde. In dem dargestellten Beispiel sind für die maximale Notbetriebsdauer 30 Sekunden vorgegeben, so dass das Flurförderzeug unabhängig von seiner Batteriespannung oder dem entnommenen Strom nach 30 Sekunden den Notbetrieb zum Schutz des Fahrzeugs und seiner Batterie abschaltet. Je nach Ausgestaltung des Fahrzeugs und seiner Batterie können auch andere maximale Notbetriebsdauern von 10 Sekunden oder von deutlich mehr als 30 Sekunden, beispielsweise 50 Sekunden oder 1 Minute vorgesehen sein. Wichtig ist, dass die Batterie eine ausreichende Kapazität besitzt, um während dieser langen Notbetriebsdauer bei regulärer Nutzung des Fahrzeugs nicht geschädigt zu werden.
  • Als weitere Sicherheitsabfrage in 1 ist wieder ein Vergleich der Batteriespannung Ucell mit der Mindestspannung vorgesehen. Auch während der Mindestnotbetriebsdauer, die in Abfrage 20 überprüft wird, stellt die Abfrage 22 sicher, dass, wenn die gemessene Batteriespannung Ucell den vorgeschriebenen Minimalwert Umin unterschreitet, es direkt zu einer Abschaltung 32 kommt.
  • 2 zeigt das herkömmliche Verfahren nach dem Stand der Technik. Hier wird nach einer Betätigung des Zündschlüssels in 34 in Schritt 36 ein Zeitschalter auf null gesetzt. Dieser kann beispielsweise zu statistischen Auswertungen der Fahrzeugbetriebsdauer oder dergleichen dienen. In der nachfolgenden Abfrage 38 wird geprüft, ob die Batteriespannung Ucell den vorgegebenen Mindestwert überschreitet. Wichtig im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Verfahren ist hierbei, dass die Abfrage 38 in 2 den Abfragen 22 oder 30 aus dem erfindungsgemäßen Verfahren entspricht. Es wird jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die für den Benutzer deutliche Anzeige SOC > 0% durch einen Vergleich mit einer Notbetriebsspannung erzielt, während dies im Stand der Technik direkt durch den Vergleich mit der Mindestbatteriespannung erzielt wird. Bei dem Verfahren aus dem Stand der Technik wird, wie auch beim erfindungsgemäßen Verfahren, beim Unterschreiten der Minimalspannung Umin das Fahrzeug abgeschaltet. Andererseits lässt das Verfahren nach dem Stand der Technik bei Überschreiten der Minimalspannung einen regulären Betrieb des Flurförderzeugs mit Schritt 42 zu. Hierin ist ein Unterschied zum erfindungsgemäßen Verfahren zu sehen, bei dem, insbesondere für gemessene Batteriespannung knapp oberhalb der Minimalspannung, mit dem Notbetrieb ein kontrollierter und sicherer Betrieb für das Flurförderzeug geschaffen wird, der nicht zu einem abrupten oder plötzlichen Stillstand des Fahrzeugs führt oder die Batterie schädigen kann.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs mit mindestens einem batteriegespeisten Antrieb und mindestens einer Batterie zur Versorgung des mindestens einen Antriebs, wobei eine Messeinrichtung für eine Batteriespannung vorgesehen ist, gekennzeichnet durch – Bereitstellen eines Schwellwerts für eine Notbetriebsspannung (U0%), – Messen einer Batteriespannung (Ucell) und Vergleichen der gemessenen Batteriespannung mit der Notbetriebsspannung (U0%), – wobei für den Fall, dass die gemessene Batteriespannung kleiner als die Notbetriebsspannung ist, ein Betrieb des Fahrzeugs für eine vorbestimme Mindestnotbetriebszeit zugelassen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Minimalspannung für die Batterie vorgesehen ist, deren Wert so gewählt ist, dass unterhalb der Minimalspannung eine Tiefentladung auftreten kann, wobei der Wert der Notbetriebsspannung (U0%) größer als der Wert der Minimalspannung (Umin) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebsspannung mindestens um einen Spannungswert größer als die Minimalspannung ist, der einen Betrieb des Flurförderzeugs für die Mindestnotbetriebszeit erlaubt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Mindestbetriebszeit die gemessene Batteriespannung mit der Minimalspannung verglichen und bei Unterschreiten der Minimalspannung die Batterie von der Stromversorgung getrennt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Überschreiten der Mindestnotbetriebszeit der Betrieb bis zu einer maximalen Notbetriebszeit fortgesetzt wird, wenn die gemessene Batteriespannung größer als die Minimalspannung ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens nach Überschreiten der Mindestnotbetriebszeit der aus der Batterie entnommene Strom gemessen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Entladestrom vorgesehen ist, wobei der gemessene Wert für den aus der Batterie entnommenen Strom mit dem minimalen Entladestrom verglichen und bei Unterschreiten des minimalen Entladestroms, die Batterie von der Stromversorgung getrennt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Entladestrom dem Wert des Leerlaufstroms entspricht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Batterie ein Ionen-Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, vorgesehen ist.
  10. Flurförderzeug mit mindestens einem batteriegespeisten Antrieb und mindestens einer Batterie zur Versorgung des mindestens einen Antriebs, wobei eine Messeinrichtung für eine Batteriespannung und eine Steuerung für die Batterie vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuerung einen Schwellwert für eine Notbetriebsspannung aufweist, – die Messeinrichtung einen gemessenen Spannungswert der Batterie an die Steuerung anlegt, die den anliegenden Spannungswert mit der Notbetriebsspannung vergleicht, – wobei die Steuerung bei Unterschreiten der Notbetriebsspannung den Betrieb des Fahrzeugs für eine vorbestimmte Mindestnotbetriebszeit zulässt.
  11. Flurförderzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung als ein Batteriemanagementsystem für die Batterie ausgebildet ist.
  12. Batterie nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie als ein Ionen-Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgebildet ist.
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