DE102017128590A1 - Verfahren sowie System zur Koordinierung von Ladevorgängen von Batterien für Flurförderzeuge - Google Patents

Verfahren sowie System zur Koordinierung von Ladevorgängen von Batterien für Flurförderzeuge Download PDF

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Abstract

Verfahren sowie System zur Koordinierung der Ladevorgänge der Batterien mehrerer Flurförderzeuge, wobei eine zentrale Steuereinheit Betriebsdaten der Batterien kabellos empfängt und Belegungszustände mehrerer Ladegeräte überwacht, wobei die zentrale Steuereinheit abhängig von den Betriebsdaten der Batterien und der Belegung der Ladegeräte eine Ladeerlaubnis kabellos an nicht mit den Ladegeräten verbundene Flurförderzeuge sendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Koordinierung von Ladevorgängen von Batterien für ein oder mehrere Flurförderzeuge.
  • Batteriegetriebene Flurförderzeuge, beispielsweise Gabelstapler, werden unter anderem in Lagern und Produktionshallen zum Transport von Lasten eingesetzt. Das Aufladen der Batterien der Flurförderzeuge erfolgt heutzutage meist unkoordiniert, beispielsweise innerhalb der Pausenzeiten. So werden die Flurförderzeuge meist zu Beginn einer Pause mit einem stationären Ladegerät verbunden und zum Ende der Pause wieder von diesem getrennt. Insbesondere bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien sind derartige, energiereiche Zwischenladungen innerhalb der Pausen möglich und erübrigen somit einen Batteriewechsel. Der Nachteil hierbei ist jedoch, dass eine Vielzahl von Ladegeräten benötigt wird, um in der Pause möglichst alle im Einsatz befindlichen Flurförderzeuge zu laden. Hohe Infrastrukturkosten sind die Folge. Zudem erzeugt das parallele, energiereiche Laden mehrerer Flurförderzeuge eine hohe Netzbelastung und somit hohe Betriebskosten.
  • Aus DE 103 12 591 B4 ist ein Ladeverfahren bekannt, bei dem ein nächster Nutzungszeitpunkt vorgegeben ist, der den Ladevorgang steuert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes und kostengünstiges Verfahren sowie System zur Koordinierung der Ladevorgänge der Batterien mehrerer Flurförderzeuge zur Verfügung zu stellen.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein System gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren empfängt eine zentrale Steuereinheit kabellos Betriebsdaten der Batterien der Flurförderzeuge und überwacht Belegungszustände mehrerer Ladegeräte, wobei die zentrale Steuereinheit abhängig von den Betriebsdaten der Batterien und der Belegung der Ladegeräte eine Ladeerlaubnis kabellos an nicht mit den Ladegeräten verbundene Flurförderzeuge sendet.
  • Das erfindungsgemäße System umfasst eine zentrale Steuereinheit, mehrere Ladegeräte und mehrere Flurförderzeuge, wobei die zentrale Steuereinheit dazu ausgebildet ist, Betriebsdaten der Batterien der Flurförderzeuge kabellos zu empfangen und Belegungszustände der Ladegeräte zu überwachen sowie eine Ladeerlaubnis kabellos an die Flurförderzeuge zu versenden, wobei die zentrale Steuereinheit abhängig von den Betriebsdaten der Batterien und der Belegung der Ladegeräte eine Ladeerlaubnis an nicht mit den Ladegeräten verbundene Flurförderzeuge sendet.
  • Das Verfahren und das System können beispielsweise in einer Lager- oder Produktionshalle zum Einsatz kommen. Die zentrale Steuereinheit kann hierbei grundsätzlich an einem beliebigen Ort befindlich sein, beispielsweise innerhalb der Lager oder Produktionshalle, solange gewährleistet ist, dass die zentrale Steuereinheit mit den Flurförderzeugen in Kontakt steht. Insbesondere kann die zentrale Steuereinheit in einem der Ladegeräte untergebracht oder Teil einer gemeinsamen Ladegeräte-Steuerung sein. Die Flurförderzeuge bzw. die Batterien der Flurförderzeuge senden Betriebsdaten der Batterien an die zentrale Steuereinheit, welche diese Betriebsdaten empfängt. Die zentrale Steuereinheit kann die Betriebsdaten aktiv abfragen. Auch können die Betriebsdaten in regelmäßigen zeitlichen Abständen oder bei Erreichen bestimmter Betriebsparameter, beispielsweise bei Erreichen eines bestimmten Ladezustands, von den Flurförderzeugen automatisch an die zentrale Steuereinheit übersandt werden. Zum Übertragen der Betriebsdaten an die zentrale Steuereinheit können die Flurförderzeuge bzw. deren Batterien jeweils über eine Sende- und Empfangseinheit verfügen. Auch die zentrale Steuereinheit kann über eine Sende- und Empfangseinheit verfügen zum Empfangen der Betriebsdaten der Batterien sowie zum Senden der Ladeerlaubnis. Bei den Sende- und Empfangseinheiten kann es sich insbesondere um Funkeinheiten handeln, so dass eine Kommunikation im Radiofrequenzbereich erfolgt. Grundsätzlich können die Sende- und Empfangseinheiten jedoch auch in anderen Frequenzbereichen kommunizieren. Die Sende- und Empfangseinheiten können ein eigenes Netzwerk bilden oder Teil eines größeren Netzwerks sein, insbesondere eines bereits in der Lager- oder Produktionshalle vorhandenen, kabellosen Netzwerks. Es erfolgt somit ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen den Flurförderzeugen und der zentralen Steuereinheit. Die Sende- und Empfangseinheiten der Flurförderzeuge können hierbei in oder an dem jeweiligen Flurförderzeug angeordnet sein. Eine Verbindung mit der jeweiligen Batterie kann hierbei über ein Bussystem des Flurförderzeugs erfolgen. Auch kann die jeweilige Sende- und Empfangseinheit direkt mit der Batterie verbunden sein. Die Batterien können insbesondere Lithium-Ionen-Batterien sein.
  • Weiterhin werden Belegungszustände mehrerer Ladegeräte, kabellos oder kabelgebunden, an die zentrale Steuereinheit übermittelt. Die Ladegeräte können grundsätzlich an einem beliebigen Ort innerhalb der Lager oder Produktionshalle angeordnet sein, solange die Ladegeräte durch die Flurförderzeuge erreichbar sind und mit der zentralen Steuereinheit in Kontakt stehen können. Die Ladegeräte können dazu ausgebildet sein, weitere Informationen an die Steuereinheit zu übermitteln, beispielsweise über die Ladezustände, Ladeströme oder Restladezeiten der mit dem jeweiligen Ladegerät verbundenen Batterien.
  • Die zentrale Steuereinheit verfügt über die Betriebsparameter der in dem System befindlichen Flurförderzeuge sowie über die Belegungszustände der im System vorhandenen Ladegeräte. Die zentrale Steuereinheit wertet diese Daten aus. Hierfür kann beispielsweise eine Auswertevorschrift in der zentralen Steuereinheit hinterlegt sein. Anhand dieser Informationen kann die zentrale Steuereinheit entscheiden, welches Flurförderzeug als nächstes geladen werden muss und an welchem Ladegerät dies erfolgen kann oder soll. Auf Grundlage der Auswertung sendet die zentrale Steuereinheit eine oder mehrere Ladeerlaubnisse an ein oder mehrere Flurförderzeuge bzw. an deren Batterien. Eine Ladeerlaubnis bezeichnet hierbei die Freigabe eines Ladegeräts für ein bestimmtes Flurförderzeug. Dies kann einem Bediener des entsprechenden Flurförderzeugs beispielsweise auf einem Display angezeigt werden. Auch kann die Freigabe ein Ladebefehl für ein fahrerloses Transportfahrzeug darstellen, welches auf Grundlager der Ladeerlaubnis zu einem zugewiesenen Ladegerät fährt. Somit kann die zentrale Steuereinheit zum einen dafür sorgen, dass ein Flurförderzeug, welches besonders dringend geladen werden muss - beispielsweise weil dessen Ladezustand relativ gering ist - priorisiert einem freien Ladegerät zugewiesen wird. Ein Flurförderzeug, welches weniger dringend geladen werden muss - beispielsweise weil dessen Ladezustand ausreichend hoch ist - wird dann erst im Anschluss geladen, beispielsweise innerhalb der nächsten Pause. Somit wird die zeitliche Abfolge der Ladevorgänge der in dem System befindlichen Flurförderzeuge optimiert. Aufgrund dieser bedarfsgerechten Koordination der Ladevorgänge kann die Anzahl an vorzuhaltenden Ladegeräten reduziert werden. Das System benötigt also bei gleicher Anzahl an Flurförderzeugen weniger Ladegeräte als im Stand der Technik. Hierdurch werden Kosten reduziert. Zudem werden weniger Flurförderzeuge gleichzeitig geladen, was zu einer geringeren Netzbelastung und somit zu geringeren Betriebskosten führt.
  • Nach einer Ausgestaltung umfassen die Betriebsdaten die aktuellen Ladezustände der Batterien der Flurförderzeuge. Die zentrale Steuereinheit empfängt folglich, beispielsweise auf Anfrage oder in regelmäßigen Abständen, die Ladezustände der Batterien der an dem System beteiligten Flurförderzeuge. Anhand der jeweiligen Restladung der Batterien kann die zentrale Steuereinheit entscheiden, welches Flurförderzeug am dringendsten geladen werden muss und kann diesem, sofern ein Ladegerät frei ist, eine Ladeerlaubnis zusenden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung versendet die zentrale Steuereinheit die Ladeerlaubnis abhängig von einer maximalen Netzbelastung. Die zentrale Steuereinheit kann folglich - neben den Betriebsdaten der Batterien der Flurförderzeuge sowie den Belegungszuständen der Ladegeräte - als weiteren Parameter auch die aktuelle Netzbelastung überwachen. Die aktuelle Netzbelastung ergibt sich dabei durch die momentan durch die Ladegeräte geladenen Batterien. Es kann dann vorgesehen sein, dass die zentrale Steuereinheit die Ladeerlaubnis nur dann versendet, wenn die aktuelle Netzbelastung unterhalb der maximalen Netzbelastung liegt. Hiermit wird sichergestellt, dass das Stromnetz keine zu hohe Belastung erfährt und damit keine unnötig hohen Betriebskosten erzeugt werden. Insbesondere kann so auch eine gleichmäßigere Leistungsentnahme aus dem Stromnetz erreicht werden. Der Wert der maximalen Netzbelastung kann beispielsweise in der zentralen Steuereinheit hinterlegt sein.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Batterien der Flurförderzeuge nur innerhalb bestimmter Zeitfenster geladen werden. Die Steuereinheit kann folglich dazu ausgebildet sein, ein Laden der Batterien der Flurförderzeuge nur innerhalb bestimmter Zeitfenster zuzulassen. Die aktuelle Uhrzeit kann folglich ein weiterer Parameter sein, aufgrund dessen die zentrale Steuereinrichtung die Ladevorgänge koordiniert, insbesondere aufgrund dessen die zentrale Steuereinheit eine Ladeerlaubnis versendet. Bei dem Zeitfenster kann es sich beispielsweise um Pausenzeiten der Belegschaft in der Lager- bzw. Produktionshalle handeln. Die zentrale Steuereinheit kann somit dafür sorgen, dass ein Laden der Flurförderzeuge nur innerhalb der Pausen stattfindet. Aufgrund der Berücksichtigung der Betriebsdaten der Batterien sowie der Belegungszustände der Ladegeräte kann die zentrale Steuereinheit jedoch weiterhin dafür sorgen, dass die Flurförderzeuge je nach Bedarf geladen werden. Sollte die Steuereinheit auch die Netzbelastung überwachen, so kann auch bei gemeinsamen Ladevorgängen innerhalb dieser Zeitfenster sichergestellt werden, dass das Netz nicht zu stark belastet wird.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung wird ein Ladestrom zum Laden der Batterien in Abhängigkeit von dem Zeitfenster für den Ladevorgang eingestellt. Entsprechend ist die zentrale Steuereinheit dazu ausgebildet, die Ladegeräte derart anzusteuern, dass ein Ladestrom zum Laden der Batterien in Abhängigkeit von dem Zeitfenster für den Ladevorgang eingestellt wird. Gemäß dieser Ausgestaltung können die Ladegeräte über die zentrale Steuereinheit beispielsweise einen hohen Ladestrom zur Verfügung stellen, wenn das Zeitfenster relativ klein ist, und einen geringen Ladestrom zur Verfügung stellen, wenn das Zeitfenster relativ groß ist. So kann beispielsweise in kurzen Pausen eine energiereiche Schnellladung über einen kurzen Zeitraum mit einem relativ hohen Ladestrom erfolgen, während innerhalb längerer Pausen ein langsameres Laden mit einem niedrigeren Ladestrom erfolgen kann. Unter Ausnutzung der jeweiligen Zeitfenster kann somit insbesondere ein möglichst geringer Ladestrom eingestellt und damit eine möglichst geringe Netzbelastung erreicht werden. Weiterhin wird durch Einstellen eines möglichst geringen Ladestroms die Lebenszeit der Batterie erhöht.
  • Nach einer Ausgestaltung übermitteln die Ladegeräte ihre aktuellen Belegungszustände kabellos an die zentrale Steuereinheit. Die Ladegeräte können hierfür jeweils über eine Sende- und Empfangseinheit verfügen. Bei der Sende- und Empfangseinheit kann sich insbesondere um eine Funkeinheit handeln. Bezüglich der Sende- und Empfangseinheit bzw. der Funkeinheit wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Gemäß dieser Ausgestaltung können folglich auch die Ladegeräte kabellos mit der zentralen Steuereinheit in Kontakt stehen.
  • Das erfindungsgemäße System ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren erläutert. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems, sowie
    • 2 das System aus 1 in einem zweiten Zustand.
  • Sofern nichts anderes angegeben ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände.
  • Die Figuren zeigen schematisch eine zentrale Steuereinheit 10 mit einer Sende- und Empfangseinheit 11, drei Flurförderzeuge 12, 12', 12" mit jeweils einer Batterie 14, 14', 14" und jeweils einer Sende- und Empfangseinheit 13, 13', 13", sowie zwei Ladegeräte 16, 16' mit jeweils einem Ladeanschluss 18, 18' und jeweils einer Sende- und Empfangseinheit 17, 17'. Die Batterie 14 weist einen Ladezustand von 60%, die Batterie 14' einen Ladezustand von 10% und die Batterie 14" einen Ladezustand von 80% auf.
  • In 1 befinden sich alle Flurförderzeuge 12, 12', 12" im Einsatz, beispielsweise innerhalb einer Lager- oder Produktionshalle. An den Ladegeräten 16, 16' befindet ist kein Flurförderzeug angeschlossen. Die Flurförderzeuge 12, 12', 12" übermitteln hierbei in regelmäßigen Abständen die Ladezustände ihrer Batterien 14, 14', 14" mittels ihrer Sende- und Empfangseinheiten 13, 13', 13" an die zentrale Steuereinheit 10, welche diese Betriebsdaten über ihre Sende- und Empfangseinheit 11 empfängt. Zudem übermitteln die Ladegeräte 16, 16' über ihre Sende- und Empfangseinheiten 17, 17' ihren aktuellen Belegungszustand an die zentrale Steuereinheit 10.
  • In 2 ist eine mögliche Systemsituation innerhalb einer Pausenzeit dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, dass das Flurförderzeug 12 mit dem Ladegerät 16 und das Flurförderzeug 12' mit dem Ladegerät 16' verbunden ist. Hierbei steht der Ladeanschluss 18 mit der Batterie 14 und der Ladeanschluss 18' mit der Batterie 14' in Kontakt, um die jeweilige Batterie 14, 14' zu laden. Die zentrale Steuereinheit 10 hat aufgrund der Auswertung der Ladezustände der Batterien aller Flurförderzeuge ermittelt, dass die Ladezustände der Batterien 14, 14' niedriger sind als der Ladezustand der Batterie 14". Die zentrale Steuereinheit 10 hat daher den Flurförderzeugen 12, 12' eine Ladeerlaubnis übermittelt, dem Flurförderzeug 12" jedoch nicht. Hierbei hat die zentrale Steuereinheit 10 außerdem berücksichtigt, dass beide der vorhandenen Ladegeräte 16, 16' frei sind. In der in 2 dargestellten Pausensituation werden folglich die Flurförderzeuge geladen, deren Batterien einem Ladevorgang besonders dringend bedürfen. Dem Flurförderzeug 12" wird die zentrale Steuereinheit 10 erst in der nächsten Pause eine Ladeerlaubnis zusenden, sofern der Ladezustand der Batterie 14" dann nicht immer noch höher ist als der der Batterien 14, 14'.
  • Aufgrund dieser von Betriebsparametern der Batterien abhängigen Koordinierung der Ladevorgänge der an dem System beteiligten Flurförderzeuge kann eine optimierte Ladereihenfolge erreicht und somit die Anzahl der benötigten Ladegeräte verringert werden. Zudem wird die Netzbelastung verringert, da weniger Flurförderzeuge gleichzeitig geladen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    zentrale Steuereinheit
    11
    Sende- und Empfangseinheit der zentralen Steuereinheit
    12, 12', 12''
    Flurförderzeuge
    13, 13', 13''
    Sende- und Empfangseinheiten der Flurförderzeuge
    14, 14', 14''
    Batterien
    16, 16'
    Ladegeräte
    17, 17'
    Sende- und Empfangseinheiten der Ladegeräte
    18, 18'
    Ladeanschlüsse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10312591 B4 [0003]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Koordinierung der Ladevorgänge der Batterien (14, 14', 14'') mehrerer Flurförderzeuge (12, 12', 12''), wobei eine zentrale Steuereinheit (10) Betriebsdaten der Batterien (14, 14', 14'') kabellos empfängt und Belegungszustände mehrerer Ladegeräte (16, 16') überwacht, wobei die zentrale Steuereinheit (10) abhängig von den Betriebsdaten der Batterien (14, 14', 14'') und der Belegung der Ladegeräte (16, 16') eine Ladeerlaubnis kabellos an nicht mit den Ladegeräten (16, 16') verbundene Flurförderzeuge (12, 12', 12'') sendet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten die aktuellen Ladezustände der Batterien (14, 14', 14'') der Flurförderzeuge (12, 12', 12'') umfassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (10) die Ladeerlaubnis abhängig von einer maximalen Netzbelastung versendet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien (14, 14', 14'') der Flurförderzeuge (12, 12', 12'') nur innerhalb bestimmter Zeitfenster geladen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladestrom zum Laden der Batterien (14, 14', 14'') in Abhängigkeit von dem Zeitfenster für den Ladevorgang eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladegeräte (16, 16') ihre aktuellen Belegungszustände kabellos an die zentrale Steuereinheit (10) übermitteln.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladegeräte (16, 16') jeweils mittels einer Sende- und Empfangseinheit (17, 17'), insbesondere mittels einer Funkeinheit, ihre aktuellen Belegungszustände kabellos an die zentrale Steuereinheit (10) übermitteln.
  8. System zur Koordinierung der Ladevorgänge der Batterien (14, 14', 14'') mehrerer Flurförderzeuge (12, 12', 12'') umfassend eine zentrale Steuereinheit (10), mehrere Ladegeräte (16, 16') und mehrere Flurförderzeuge (12, 12', 12''), wobei die zentrale Steuereinheit (10) dazu ausgebildet ist, Betriebsdaten der Batterien (14, 14', 14'') der Flurförderzeuge (12, 12', 12'') kabellos zu empfangen und Belegungszustände der Ladegeräte (16, 16') zu überwachen sowie eine Ladeerlaubnis kabellos an die Flurförderzeuge (12, 12', 12'') zu versenden, wobei die zentrale Steuereinheit (10) abhängig von den Betriebsdaten der Batterien (14, 14', 14'') und der Belegung der Ladegeräte (16, 16') eine Ladeerlaubnis an nicht mit den Ladegeräten (16, 16') verbundene Flurförderzeuge (12, 12', 12'') sendet.
  9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten die aktuellen Ladezustände der Batterien (14, 14', 14'') der Flurförderzeuge (12, 12', 12'') umfassen.
  10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (10) dazu ausgebildet ist, die Ladeerlaubnis abhängig von einer maximalen Netzbelastung zu versenden.
  11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (10) dazu ausgebildet ist, ein Laden der Batterien (14, 14', 14'') der Flurförderzeuge (12, 12', 12'') nur innerhalb bestimmter Zeitfenster zu veranlassen.
  12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (10) dazu ausgebildet ist, die Ladegeräte (16, 16') derart anzusteuern, dass ein Ladestrom zum Laden der Batterien (14, 14', 14") in Abhängigkeit von dem Zeitfenster für den Ladevorgang eingestellt wird.
  13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladegeräte (16, 16') dazu ausgebildet sind, ihre aktuellen Belegungszustände kabellos an die zentrale Steuereinheit (10) zu übermitteln.
  14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladegeräte (16, 16') jeweils eine Sende- und Empfangseinheit (17, 17'), insbesondere eine Funkeinheit aufweisen, die dazu ausgebildet ist die aktuellen Belegungszustände der Ladegeräte (16, 16') kabellos an die zentrale Steuereinheit (10) zu übermitteln.
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