DE102020132398A1

DE102020132398A1 - Gabelstapler oder flurförderfahrzeug mit einem zusatzakkumulator sowie verfahren zum betreiben eines solchen

Info

Publication number: DE102020132398A1
Application number: DE102020132398.0A
Authority: DE
Inventors: Helmut Roppelt
Original assignee: HPF GmbH
Current assignee: HPF GmbH
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-09
Also published as: WO2022122302A1

Abstract

Ein Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (2) und einem wiederaufladbaren Bleiakkumulator (4), aus welchem der elektrische Antriebsmotor (2) über eine elektronische Steuerungseinrichtung (6) mit elektrischer Energie versorgbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass dieser/dieses eine mechanische Haltevorrichtung (10) mit einem ersten und zweiten, mit den Polen (4.1, 4.2) des wiederaufladbaren Bleiakkumulators (4) elektrisch verbundenen fahrzeugseitigen Anschlusskontakt (12.1, 12.2) sowie einen in die Haltevorrichtung einsetzbaren Zusatzakkumulator (20) umfasst, dass der Zusatzakkumulator (20) ein Gehäuse (20a) mit einem ersten und zweiten außenliegenden, zum ersten und zweiten fahrzeugseitigen Anschlusskontakt (12.1, 12.2) komplementären gehäuseseitigen Anschlusskontakt (24.1 24.2) besitzt, die mit dem jeweiligen Plus- und Minuspol (20.1, 20.2) des Zusatzakkumulators (20) elektrisch verbunden sind, derart, dass die komplementären gehäuseseitigen Anschlusskontakte (24.1, 24.2) die fahrzeugseitigen Anschlusskontakte (12.1, 12.2) kontaktieren und eine elektrische Leitungsverbindung zwischen den Polen (4.1) und (4.2) des Bleiakkumulators 4 und den Polen (20.1, 20.2) des Zusatzakkumulators (20) hergestellt wird, wenn der Zusatzakkumulator (20) in die Haltevorrichtung eingesetzt ist, und dass eine elektrische Potential-Anpassungsschaltung (30) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, den Stromfluss zwischen den Polen (20.1, 20.2) des Zusatzakkumulators (20) und den Polen (4.1, 4.2) des Bleiakkumulators (4) nach dem Einsetzen des Zusatzakkumulators (20) in die mechanische Haltevorrichtung (10) für eine vorgegebene Zeitdauer zu verringern.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gabelstapler oder ein Flurförderfahrzeug mit einem Zusatzakkumulator sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 11.
Zum Transport und zum Verladen von Waren innerhalb von Gebäuden werden bekanntermaßen Gabelstapler und Flurförderfahrzeug eingesetzt, die einen elektrischen Antriebsmotor besitzen, welcher aus einem wiederaufladbaren Bleiakkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird. Aufgrund des hohen Gewichts der Akkumulatoren, die beispielsweise eine Nennspannung und von 48 V, 80 V oder gar 90 V und Nennkapazitäten von einigen kWh bis zu 90 kWh oder gar mehr besitzen, lässt sich in vorteilhafter Weise der Anteil an Ausgleichsgewichten verringern, die dazu benötigt werden, ein Umstürzen der Fahrzeuge beim Anheben von schweren Lasten zu verhindern. Somit kommt den wiederaufladbaren Bleiakkumulatoren, die in den zuvor genannten Fahrzeugen eingesetzt werden, eine Doppelfunktion als Energiespeicher sowie auch als Ausgleichsgewicht zu, weshalb diese trotz ihrer gegenüber anderen bekannten elektrischen Energiespeichern, wie insbesondere Lithium-Akkumulatoren, deutlich geringeren Energiedichte, in den genannten Fahrzeugen auch heute noch häufig als vergleichsweise kostengünstige Energiespeicher eingesetzt werden.
Eines der Hauptprobleme, die sich beim Einsatz von wiederaufladbaren Bleiakkumulatoren in den genannten Fahrzeugen ergeben, besteht darin, dass die Ladezeiten vergleichsweise lang sind und in der Regel zehn oder mehr Stunden betragen, um diese ohne eine signifikante Beeinträchtigung der Lebensdauer der Akkumulatoren bis zur Nennspannung aufzuladen. Hinzu kommt, dass die Kapazität der in den Flurförderfahrzeugen oder Gabelstaplern verbauten Bleiakkumulatoren bei einer intensiven Nutzung der Fahrzeuge oftmals nicht ausreicht, um die Fahrzeuge über einen vollständigen Arbeitstag hinweg mit elektrischer Energie zu versorgen, sodass diese mitunter bereits schon nach der Hälfte eines Arbeitstages nicht mehr einsatzfähig sind und wieder aufgeladen werden müssen. Dieses Problem wird mit zunehmenden Alter der Akkumulatoren weiter verschärft.
Aus der DE 10 2016 221 829 ist es bekannt, diese Unzulänglichkeit der mit Bleiakkumulatoren betriebenen Flurförderfahrzeuge dadurch zu beseitigen, dass die Antriebsakkumulatoren der Fahrzeugt über ein mit den Flurförderfahrzeugen mitfahrendes Energieversorgungsfahrzeug während des aktiven Einsatzes nachgeladen werden, welches eine eigene Energiequelle trägt. Das Dokument gibt keinen Hinweis darauf, ein Flurförderfahrzeug mit einem weiteren Zusatzakkumulator auszurüsten, welcher in einer mechanischen Haltevorrichtung am Fahrzeug aufgenommen werden kann.
Weiterhin ist aus der EP 2 261 167 A1 ist ein Flurförderfahrzeug bekannt, welches eine Batterieaufnahmeeinrichtung zur separaten Aufnahme von zwei einzelnen Batterieelementen aufweist, die als Lithium-Akkumulatoren ausgeführt sind. Das Dokument gibt keinen Hinweis darauf, zwei unterschiedliche Batterietypen in die Batterieaufnahmeeinrichtung einzusetzen und diese elektrisch zusammen zuschalten und gemeinsam als Stromquelle zum Antrieb des Fahrzeugs zu betreiben. Ein ähnliches Flurförderfahrzeug mit übereinander angeordneten Batterieaufnahmefächern zur Aufnahme von bis zu vier Lithium-Akkumulatoren ist aus der EP 2 650 251 B1 bekannt. Auch dieses Dokument gibt keinen Hinweis darauf, unterschiedlichen Akkumulator Typen in die Aufnahmefächer einzusetzen und diese elektrisch zu einem Energiespeicher zusammen zu schalten.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flurförderfahrzeug oder einen Gabelstapler mit einem Bleiakkumulator als Energiequell zu schaffen, der ohne einen Wechsel des Bleiakkumulators fortlaufend mit insbesondere regenerativ erzeugter elektrischer Energie betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gabelstapler oder ein Flurförderfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem ein solcher Gabelstapler oder ein solches Flurförderfahrzeug mit regenerativ in einer Photovoltaik-Anlage erzeugter elektrischer Energie ohne den Einsatz eines elektrischen Pufferspeichers betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst.
Gemäß der Erfindung besitzt ein Gabelstapler oder ein Flurförderfahrzeug einen elektrischen Antriebsmotor, der durch einen Bleiakkumulator in bekannter Weise über eine elektronische Steuerungseinrichtung mit elektrischer Energie gespeist wird, um das Fahrzeug anzutreiben und die Hubeinrichtung derselben zum Heben und Senken von Lasten auf- und ab zu bewegen. Der Bleiakkumulator, der z.B. eine bei derartigen Fahrzeugen übliche Nennspannung von 48V, 80V oder auch 96 V besitzt, ist bevorzugt fest im Fahrzeug verbaut; kann jedoch auch ein bei derartigen Fahrzeugen ebenfalls häufig eingesetzter Blei-Wechselakkumulator sein, z.B. ein Blei-Gel Akkumulator.
Um die Reichweite, bzw. Einsatzdauer des Gabelstaplers oder Flurförderfahrzeugs zu vergrößern, was insbesondere bei älteren Bleiakkumulatoren einen durchgängigen Betrieb des Fahrzeugs während der üblichen Arbeitszeiten ermöglicht, besitzt das Fahrzeug eine mechanische Haltevorrichtung mit einem ersten und zweiten fahrzeugseitigen Anschlusskontakt, der jeweils über eine entsprechende elektrische Leitung mit den Polen des wiederaufladbaren Bleiakkumulators elektrisch verbundenen ist. Der Gabelstapler, bzw. das Flurförderfahrzeug umfasst weiterhin einen in die Haltevorrichtung einsetzbaren Zusatzakkumulator, der ein Gehäuse mit einem ersten und zweiten außenliegenden, zum ersten und zweiten fahrzeugseitigen Anschlusskontakt komplementären gehäuseseitigen Anschlusskontakt aufweist. Die ersten und zweiten gehäuseseitigen komplementären Anschlusskontakte sind mit dem jeweiligen Plus- und Minuspol des Zusatzakkumulators elektrisch verbunden, derart, dass die komplementären gehäuseseitigen Anschlusskontakte die fahrzeugseitigen Anschlusskontakte kontaktieren und eine direkte elektrische Leitungsverbindung zwischen den Polen des Bleiakkumulators und den Polen des Zusatzakkumulators hergestellt wird, wenn der Zusatzakkumulator in die Haltevorrichtung eingesetzt ist. Hierdurch wird ein Stromfluss vom Zusatzakkumulator, der eine höherer Nennspannung aufweist als der Bleiakkumulator, zum Bleiakkumulator bewirkt, so dass dieser durch den Zusatzakkumulator nach dem Einsetzen in die mechanische Haltevorrichtung fortlaufend geladen wird, und der Zusatzakkumulator gleichzeitig als Energiequelle dient, aus der der elektrische Antriebsmotor beim Einsatz des Fahrzeugs Energie bezieht. Wie die Anmelderin in Versuchen ermitteln konnte, teilt sich bei der Verwendung eines Lithium-Eisenphosphat-Akkumulators mit einer Nennspannung von 51,2 V als Zusatzakkumulator die aus einem Bleiakkumulator mit einer Nennspannung von 48 V entnommene Leistung im Verhältnis 80% zu 20% auf die beiden Akkumulatoren auf, was bedeutet, dass der Zusatzakkumulator den Hauptanteil der abgenommenen elektrischen Leistung liefert. Die Nennkapazität des Zusatzakkumulators kann z.B. 20 bis 50 % oder auch mehr der Nennkapazität des Bleiakkumulators betragen.
Das Fahrzeug, bzw. der Zusatzakkumulator umfasst weiterhin eine elektrische Potential-Anpassungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, den Stromfluss zwischen den Polen des Zusatzakkumulators und den Polen des Bleiakkumulators nach dem Einsetzen des Zusatzakkumulators in die mechanische Haltevorrichtung für eine vorgegebene Zeitdauer herab zu setzen. Das Herabsetzen des Stromflusses, welches z.B. für einige Sekunden bis zu mehreren Minuten durchgeführt werden kann, dient dazu, dass das elektrische Potential des Bleiakkumulators angehoben wird und sich an die Spannung des Zusatzakkumulators angleichen kann, so dass es nach dem Einsetzen des Zusatzakkumulators in die mechanische Haltevorrichtung insbesondere bei einem entladenen Bleiakkumulator nicht zu einem zu hohen Stromfluss kommt, der die Zellen des Bleiakkumulators schädigt und dadurch dessen Lebensdauer verringert.
Obgleich der Zusatzakkumulator auch ein Nickel-Metallhydrid-Zusatzakkumulator sein kann, ist dieser bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Lithium-Zusatzakkumulator, insbesondere ein Lithium-Eisenphosphat-Zusatzakkumulator oder auch ein Lithium-Polymer-Zusatzakkumulator, dessen Zellenzahl so gewählt ist, dass die Nennspannung des Zusatzakkumulators über der Nennspannung und unterhalb der Ladeschlussspannung des Bleiakkumulators liegt. Besonders bevorzugt ist die Zellenzahl des Zusatzakkumulators so gewählt, dass dieser eine Nennspannung besitzt, die unterhalb der Spannung liegt, welche nach dem vollständigen Laden des Bleiakkumulators zur Erhaltung der Ladung an diesen angelegt wird. Der Einsatz eines Lithium-Zusatzakkumulators hat in Verbindung mit der Potential-Anpassungsschaltung den Vorteil, dass mit Ausnahme der mechanischen Haltevorrichtung und der elektrischen Stromzuleitungen zu den fahrzeugseitigen Anschlusskontakten keine zusätzliche Ladeelektronik, insbesondere kein Laderegler, im Fahrzeug verbaut werden muss, sondern der Nachladevorgang direkt zwischen den Akkumulatoren erfolgt, ohne dass es bei der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Auswahl der Nennspannung des Zusatzakkumulators in Abhängigkeit von der Nennspannung und Ladeschlussspannung des Bleiakkumulators zu einem unzulässig hohen Ladestrom oder gar zu einem Überladen desselben kommt.
Durch die Erfindung ergibt sich der weitere Vorteil, dass gebrauchte ältere Bleiakkumulatoren, deren Kapazität im Laufe der Zeit - wie bei Bleiakkumulatoren üblich - stark abgefallen ist, in umweltfreundlicher Weise weiter in den Fahrzeugten genutzt werden können und nicht ausgetauscht und entsorgt werden müssen. Wie die Anmelderin in diesem Zusammenhang erkannt hat, lässt sich durch den Einsatz eines Zusatzakkumulators zudem die wenn auch verringerte Restlebensdauer der gebrauchten Bleiakkumulatoren in den Zweiwegefahrzeugen oder Gabelstaplern in vorteilhafter Weise verlängern, da diese durch den Zusatzakkumulator beim Betrieb des Fahrzeugs nicht nur entlastet, sondern zusätzlich auch ständig nachgeladen werden, wenn zum Betrieb des Fahrzeugs eine gewisse Menge an elektrischer Energie entnommen wurde.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen am Beispiel eines erfindungsgemäßen Gabelstaplers beschrieben, der mit einem Lithium-Eisenphosphat-Zusatzakkumulator betrieben wird, welcher nach der Entnahme aus dem Fahrzeug über eine Photovoltaikanlage geladen wird.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gabelstaplers mit eingesetztem Lithium-Zusatzakkumulator,
2 den Gabelstapler von 1 mit entnommenem Lithium-Zusatzakkumulator, welcher in eine Ladestation eingesetzt wird, die von einer Solaranlage gespeist wird, und
3 einen elektrischen Schaltplan zur Verdeutlichung der elektrischen Verbindung zwischen den wesentlichen Komponenten des Gabelstaplers von 1 und dem Lithium-Zusatzakkumulator.

Wie in 1 gezeigt ist, besitzt ein Gabelstapler 1 einen elektrischen Antriebsmotor 2, der durch einen Bleiakkumulator 4 in bekannter Weise über eine Steuerungseinrichtung 6 mit elektrischer Energie versorgt wird, um das Fahrzeug 1 anzutreiben und dessen Hubeinrichtung zum Heben und Senken von Lasten auf- und ab zu bewegen. Der Bleiakkumulator 4 besitzt bei der dargestellten Ausführungsform z.B. eine Nennkapazität von 200 Ah und eine Nennspannung von 48V und stellt eine Ausgleichsmasse bereit, welche den Stapler beim Anheben von schweren Lasten stabilisiert und vor einem Umstürzen schützt. Um die Einsatzdauer des Gabelstaplers oder Flurförderfahrzeugs 1 bei Bedarf zu verlängern, so dass dieser während eines gesamten Arbeitstages von früh morgens bis in den Abend hinein intensiv genutzt werden kann, ist am Fahrgestell 8 des Fahrzeugs 1 eine mechanische Haltevorrichtung 10 angeordnet, welche z.B. auf der Oberseite des rückwärtigen Teils montiert sein kann. Wie der Darstellung der 1 hierbei im Detail entnommen werden kann, besitzt die Haltevorrichtung 10 einen ersten und zweiten fahrzeugseitigen Anschlusskontakt 12.1, 12.2, der jeweils über eine entsprechende, nicht näher bezeichnete elektrische Leitung direkt bzw. über eine Sicherung mit dem zugehörigen Pluspol 4.1 und Minuspol 4.2 des Bleiakkumulators 4 elektrisch verbunden ist.
Der Gabelstapler 1, bzw. das Flurförderfahrzeug umfasst weiterhin einen Zusatzakkumulator 20, der mit Hilfe eines Krans oder eines in 2 angedeuteten Roboters 60 in die mechanische Haltevorrichtung 10 eingesetzt werden kann, nachdem dieser in einer Ladeeinrichtung 40 elektrisch aufgeladen wurde.
Der Zusatzakkumulator 20 besitzt ein Gehäuse 20a mit einem ersten und zweiten außenliegenden, zum ersten und zweiten fahrzeugseitigen Anschlusskontakt 12.1, 12.2 komplementären gehäuseseitigen Anschlusskontakt 24.1 24.2, der bevorzugt gegen eine Berührung von außen durch ein menschliches Körperteil geschützt am Gehäuse 20a befestigt ist. Die ersten und zweiten gehäuseseitigen komplementären Anschlusskontakte 24.1 und 24.2 sind mit dem jeweiligen Plus- und Minuspol 20.1, 20.2 des Zusatzakkumulators 20 elektrisch verbunden und kontaktieren die fahrzeugseitigen Anschlusskontakte 12.1, 12.2, wenn der Zusatzakkumulator 20 in die Haltevorrichtung 10 eingesetzt ist.
Das Fahrzeug 1, bzw. der Zusatzakkumulator 20 umfasst weiterhin eine elektrische Potential-Anpassungsschaltung 30, die bevorzugt im Gehäuse 20a des Zusatzakkumulators 20 angeordnet ist. Diese ist dazu eingerichtet, den Stromfluss zwischen den Polen 20.1, 20.2 des Zusatzakkumulators 20 und den Polen 4.1, 4.2 des Bleiakkumulators 4 nach dem Einsetzen des Zusatzakkumulators 20 in die mechanische Haltevorrichtung 10 für eine vorgegebene Zeitdauer, z.B. für einige Sekunden bis zu wenigen Minuten zu verringern, z.B. auf 1/10 des anfänglich durch die Nennspannungen und die Innenwiderstände der Akkumulatoren bedingten Stromflusses, um die elektrischen Spannungen des Bleiakkumulators 4 und des Zusatzakkumulators 20 aneinander anzugleichen.
Die Potential-Anpassungsschaltung 30 besitzt hierzu einen ersten höherohmigen Leitungspfad 32 und einen elektrisch parallel zu diesem geschalteten zweiten niederohmigen Leitungspfad 34 sowie einen elektrischen Umschalter 36, mittels welchem ein Pol 20.1, 20.2 des Zusatzakkumulators 20 wahlweise über den ersten höherohmigen Leitungspfad 32 oder den zweiten niederohmigen Leitungspfad 34 mit einem zugehörigen Pol 4.1, 4.2 des Bleiakkumulators 4 elektrisch verbunden werden kann. Der erste höherohmige Leitungspfad 32 enthält bevorzugt einen ohmschen Vorlastwiderstand 32R, über welchen der elektrische Strom für die vorgegebene Zeitdauer von einem Pol 20.1, 20.2 des Zusatzakkumulators 20 zum zugehörigen Pol 4.1, 4.2 des Bleiakkumulators 4 geleitet wird, nachdem der Zusatzakkumulator 20 in die mechanische Haltevorrichtung 10 eingesetzt wurde.
Der elektrische Schalter 36 kann beispielsweise ein Relais oder auch ein elektronisches Halbleiterbauteil, z.B. ein Transistor sein, welches/r durch eine elektronische Spannungs-Überwachungsschaltung 38 geschaltet wird, wenn der Zusatzakkumulator 20 in die Haltevorrichtung 10 eingesetzt wird. Der ohmsche Widerstand 32R ist hierbei bevorzugt ein fester ohmscher Widerstand, kann jedoch auch variabel sein. In diesem Falle wird die Größe des Widerstandes von der elektronischen Spannungsüberwachungsschaltung 38 bevorzugt in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen den Polen 4.1 und 4.2 des Bleiakkumulators 4 sowie den Polen 20.1 sowie 20.2 des Zusatzakkumulators 20 verändert, die durch die Spannungsüberwachungsschaltung 38 bevorzugt vor der Herstellung der elektrischen Leitungsverbindung zwischen den Polen des Bleiakkumulators 4 und Zusatzakkumulators 20 bestimmt wird.
Um den Zusatzakkumulator 20 als eine möglichst kompakte und autark nutzbare Einheit auszugestalten, befinden sich die Potential-Anpassungsschaltung 30 einschließlich dem Vorlastwiderstand 32R und dem Schalter 36 sowie der elektronischen Spannungsüberwachungsschaltung 38 bevorzugt im Gehäuse 20a des Zusatzakkumulators 20. Hierdurch ergibt sich der weitere Vorteil, dass am Fahrzeug 1 nur geringfügige Modifikationen vorgenommen werden müssen, die in erster Linie darin bestehen, die mechanische Haltevorrichtung 10 z.B. an der Rückseite des Fahrzeugs 1 zu montieren, und deren fahrzeugseitige Anschlusskontakte 12.1, 12.2 mit den jeweiligen Polen 4.1, 4.2 des Bleiakkumulators 4 zu verbinden. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass der erste und zweite fahrzeugseitige Anschlusskontakt 12.1, 12.2 jeweils über einen elektrischen Abzweig, insbesondere ein T-förmiges Kontaktelement, 14.1, 14.2, unmittelbar mit dem zugehörigen Pol 4.1, 4.2 des Bleiakkumulators 4 verbunden werden, wie dies in der Darstellung der 1 und 2 angedeutet ist.
Um beim Betrieb des Fahrzeugs 1 mit Bleiakkumulator 4 und Zusatzakkumulator 20 sicher zu stellen, dass der Bleiakkumulator 4 nach einem längeren Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 oder dem intensiven Heben von Lasten sofort wieder durch den Zusatzakkumulator 20 nachgeladen wird, ist die Zahl der Zellen, die im Zusatzakkumulator 20 verbaut werden in Abhängigkeit von der Zellenzahl des Bleiakkumulators 4 in der Weise gewählt, dass die Nennspannung des Zusatzakkumulators 20 höher ist als die Nennspannung des Bleiakkumulators 4, bevorzugt 5 - 7 % höher als die Nennspannung des Bleiakkumulators 4.
Obgleich der Ladestrom, mit welchem der Bleiakkumulator 4 während des Fahr- und Hebebetriebs des Fahrzeugs 1 durch den Zusatzakkumulator 20 nachgeladen wird, über einen elektronischen Laderegler in Abhängigkeit von der aktuellen Spannung des Bleiakkumulators 4 geregelt werden kann, z.B. über einen von PKWs her bekannten Laderegler, sind die Zellenzahl und die Nennspannung des Zusatzakkumulators 20 durch die Parallel- und Reihenschaltung einer entsprechenden Anzahl von Akkumulatorzellen bevorzugt so gewählt, dass die Nennspannung des Zusatzakkumulators 20 niedriger ist, als die Ladeschlussspannung des Bleiakkumulators 4. Wie die Anmelderin in diesem Zusammenhang in überraschender Weise gefunden hat, kann bei einer solchen Wahl der Nennspannungen von Bleiakkumulator 4 und Zusatzakkumulator 20 bei der Ausführung des Zusatzakkumulators 20 als Lithium-Zusatzakkumulator, insbesondere als Lithium-Eisenphosphat-Zusatzakkumulator, auf die Zwischenschaltung eines elektrischen oder elektronischen Ladereglers vollständig verzichtet werden kann.
Wie von der Anmelderin weiter gefunden wurde, lässt sich die optimale Zellenzahl des Zusatzakkumulators bei einer vorgegebenen Zellenzahl des Bleiakkumulators nach folgender Relation bestimmen: $N_{Zusatz} \geq N_{PB} \times U_{EndPb} {/U}_{EndZusatz},$
worin

NPb: die Zahl der Zellen des Bleiakkumulators,
UEndPb: die Ladeschlussspannung/Zelle des Bleiakkumulators,
NZusatz: die Zahl der Zellen des Zusatzakkumulators und
UEndPb: die Ladeschlussspannung/Zelle des Zusatzakkumulators bedeutet.

Sofern im Rahmen dieser Anmeldung von Zellen des Bleiakkumulators, bzw. Zusatzakkumulators gesprochen wird, soll dies in entsprechender Weise die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellgruppen von elektrisch parallel geschalteten Einzelzellen mit einschließen. Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur noch von Zellen gesprochen, die sowohl die Einzelzellen als auch die Zellgruppen aus parallel geschalteten Einzelzellen eines Akkumulators bezeichnen.
Die Ladeschlussspannung des Bleiakkumulators beträgt hierbei in etwa 2,4V pro Zelle, und die Ladeschlussspannung des Zusatzakkumulators liegt im Falle eines bevorzugt eingesetzten LIFePO4 - Akkumulators bei 3,5 V pro Zelle.
Mit den zuvor genannten Ladeschlussspannungen ergibt sich für einen Bleiakkumulator mit 24 Zellen für einen LIFePO4 - Zusatzakkumulator eine Zellenzahl von: N_Zusatz ≥ 24 Zellen x 2,4V/3,5V = 16,85 Zellen, bzw. Zellgruppen.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung und Leistungsklasse des Staplers oder Flurförderfahrzeugs wird die ermittelte Zellenzahl dann auf die nächst höhere Zellenzahl, im vorliegenden Falle 17 Zellen aufgerundet, wobei bei Anwendungen einer besonders hohen Leistungsklasse dieser Wert auch um eine oder auch zwei zusätzliche Zellen, bzw. Gruppen von parallel geschalteten Zellen, d.h. im vorliegenden Falle auf 18 Zellen oder gar 19, aufgerundet werden kann.
Sofern die Nachkommastelle kleiner als 0,5 Zellen ist, kann die rechnerische ermittelte Zellenzahl insbesondere bei Anwendungen einer niedrigen Leistungsklasse auch auf den vollen ganzzahligen Wert abgerundet werden, d.h. im vorliegenden Falle auf 16 Zellen.
Die Anwendung hängt dabei von der jeweiligen Betriebsart und auch Zellenkapazität (Zellengröße) ab und wird bevorzugt testweise ermittelt.
Im Falle eines Bleiakkumulators mit 40 Zellen mit einer Ladeschlussspannung von 2,4V pro Zelle, d.h. einer Spannung von 96 V ergibt sich die Zellenzahl zu 96V/ 3,5 V = 27,42 Zellen; also 28 LifePO₄ Zellen +/-eine oder + zwei Zellen.
Im Falle eines Bleiakkumulators mit 24 Zellen wird bei niedrigen Leistungsanforderungen an den Bleiakkumulator bevorzugt ein Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator mit lediglich 16 Zellen und einer Nennspannung im Bereich von ca. 51,2 V eingesetzt, der in diesem Falle eine Nennspannung von ca. 48V besitzt.
Bei Flurförderfahrzeugen oder Gabelstaplern 1 mit Blei-Fahrbatterien, die 48 Akkumulatorzellen und eine Nennspannung von 96 V besitzen, wird bevorzugt ein Lithium-Eisenphosphat Akkumulator eingesetzt, der bevorzugt 32 in Reihe geschaltete Zellen oder Gruppen von jeweils zwei oder mehr parallel geschalteten Zellen aufweist, die eine Nennspannung von ca. 102,4 V bereit stellen. Bei hohen Leistungsanforderungen an die elektrischen Antriebe der Fahrzeuge kann die Zellenzahl auch auf 33 oder gar 34 Zellen erhöht werden.
Hierbei ist es von besonderem Vorteil, dass die Blei- und Lithium-Zusatzakkumulatoren bei den zuvor beschriebenen Zellenzahlen nach dem Einsetzen des jeweiligen Zusatzakkumulators 20 in die Halterung 10 und Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer für den Spannungsausgleich während des gesamten Fahr- und Hebebetriebs des Fahrzeugs 1 direkt mit dem Bleiakkumulator 4 elektrisch verbunden bleiben können ist, ohne dass ein zusätzlicher Laderegler oder gar ein deutlich größer dimensionierter Regler zur Regelung der beim Fahr- oder Hebebetrieb des Fahrzeugs 1 benötigten elektrischen Antriebsleistung zum Einsatz gelangen muss.
Wie die Anmelderin in diesem Zusammenhang weiter erkannt hat, werden je nach Typ, Alter und aktuellem Belastungs- und Ladezustand des Bleiakkumulators 4 sowie der Kapazität und dem Innenwiderstand des Zusatzakkumulators 20 durchschnittlich ca. 20 % der Antriebsleistung für den Fahr- und Hebebetrieb aus dem Bleiakkumulator 4 und ca. 80 % aus dem Zusatzakkumulator 20 entnommen, wodurch der Bleiakkumulator leistungsmäßig entlastet und dessen Restlebensdauer verlängert wird.
Da die Klemmspannung des Zusatzakkumulators 20 im Falle eines Lithium-Zusatzakkumulators, insbesondere eines Lithium-Eisenphosphat Akkumulators 20 während der gesamten Entladungsphase gegenüber dem Bleiakkumulator 4 sehr flach verläuft und dadurch die Nennspannung des Bleiakkumulators 4 nicht unterschreitet und dessen Ladeschlussspannung nicht überschreitet, wird der Bleiakkumulator 4 durch die direkte elektrische Kopplung bei einem minimalen elektrischen Leitungswiderstand und dementsprechender ohmscher Verlustleistung stets im vollständig geladenen Zustand gehalten, ohne dass die Gefahr einer Überladung besteht.
Um bei einer nahezu vollständigen Entladung des Zusatzakkumulators 20 eine Schädigung von dessen Zellen zu verhindern, ist dieser in vorteilhafter Weise mit einer bekannten Unterspannungsabschalteinrichtung 28 versehen, welche bevorzugt ebenfalls mit im Gehäuse 20a desselben aufgenommen ist. Die Unterspannungsabschaltreinrichtung 28 unterbricht beispielsweise über den Schalter 26, der hierfür eine nicht dargestellte dritte offene Schalterstellung besitzen kann, oder einen weiteren nicht dargestellten Schalter, den Stromfluss zu wenigstens einem der gehäuseseitigen Anschlusskontakte 24.1, 24.2, wenn die Spannung des in die mechanische Haltevorrichtung 10 eingesetzten Zusatzakkumulators 20 unter die Nennspannung des Bleiakkumulators 4 abfällt.
Wie von der Anmelderin weiter erkannt wurde, bietet die Verwendung eines zuvor beschriebenen Zusatzakkumulators 20 in einem Flurförderfahrzeug oder Gabelstapler 1 mit einem Bleiakkumulator 4 als Hauptenergiequelle die Möglichkeit, diesen ohne einen zusätzlichen Pufferspeicher für elektrische Energie mit Elektrizität zu betreiben, die tagsüber durch eine bekannte Photovoltaikanlage 50 während der üblichen Betriebszeiten des Fahrzeugs 1 erzeugt wird.
Hierzu sind wenigstens ein erster und ein zweiter in die mechanische Haltevorrichtung 10 einsetzbarer Zusatzakkumulator 20 vorgesehen, von denen der erste Zusatzakkumulator 20 in die Haltevorrichtung 10 eingesetzt ist, während der zweite Zusatzakkumulator 20 tagsüber bei Sonneneinstrahlung in einer Ladeeinrichtung 40 geladen wird, welche, wie in 2 gezeigt, durch ein Photovoltaikanlage 50 mit elektrischer Energie versorgt wird.
Bezugszeichenliste

1: erfindungsgemäßer Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug
2: elektrischer Antriebsmotor
4: Bleiakkumulator
4.1: erster Pol des Bleiakkumulators
4.2: zweiter Pol des Bleiakkumulators
6: elektronische Steuerungseinrichtung für Antriebsmotor
8: Fahrgestell
10: mechanische Haltevorrichtung für Lithium-Zusatzakkumulator
12.1: erster fahrzeugseitiger Anschlusskontakt
12.2: zweiter fahrzeugseitiger Anschlusskontakt
14.1: T-förmiges Kontaktelement an Pluspol des Bleiakkumulators
14.2: T-förmiges Kontaktelement an Minuspol des Bleiakkumulators
20: Lithium-Zusatzakkumulator
20.1: Pluspol des Lithium- Zusatzakkumulators
20.2: Minuspol des Lithium-Zusatzakkumulators
20a: Gehäuse des Lithium-Zusatzakkumulators
24.1: erster komplementärer gehäuseseitiger Anschlusskontakt
24.2: zweiter komplementärer gehäuseseitiger Anschlusskontakt
28: Unterspannungsabschalteinrichtung des Lithium-Zusatzakkumulators
30: elektrische Potenzial-Anpassungsschaltung
32: erster höherohmiger Leitungspfad
32 R: ohmscher Vorlastwiderstand
34: zweiter niederohmiger Leitungspfad
36: Schalter/Relais
38: elektronische Spannungs-Überwachungsschaltung
40: Ladeeinrichtung
50: Fotovoltaikanlage
60: Roboter
NPb: die Zahl der Zellen des Bleiakkumulators,
UEndPb: Ladeschlussspannung/Zelle des Bleiakkumulators,
NZusatz: Zahl der Zellen des Zusatzakkumulators und
UZusatz: Ladeschlussspannung/Zelle des Zusatzakkumulators bedeutet.

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 102016221829 [0004]
EP 2261167 A1 [0005]
EP 2650251 B1 [0005]

Claims

Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (2) und einem wiederaufladbaren Bleiakkumulator (4), aus welchem der elektrische Antriebsmotor (2) über eine elektronische Steuerungseinrichtung (6) mit elektrischer Energie versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelstapler oder das Flurförderfahrzeug (1) eine mechanische Haltevorrichtung (10) mit einem ersten und zweiten, mit den Polen (4.1, 4.2) des wiederaufladbaren Bleiakkumulators (4) elektrisch verbundenen fahrzeugseitigen Anschlusskontakt (12.1, 12.2) sowie einen in die Haltevorrichtung einsetzbaren Zusatzakkumulator (20), insbesondere einem Lithium-Zusatzakkumulator oder einem Nickel-Metallhydrid-Zusatzakkumulator, umfasst, dass der Zusatzakkumulator (20) ein Gehäuse (20a) mit einem ersten und zweiten außenliegenden, zum ersten und zweiten fahrzeugseitigen Anschlusskontakt (12.1, 12.2) komplementären gehäuseseitigen Anschlusskontakt (24.1 24.2) besitzt, die mit dem jeweiligen Plus- und Minuspol (20.1, 20.2) des Zusatzakkumulators (20) elektrisch verbunden sind, derart, dass die komplementären gehäuseseitigen Anschlusskontakte (24.1, 24.2) die fahrzeugseitigen Anschlusskontakte (12.1, 12.2) kontaktieren und eine elektrische Leitungsverbindung zwischen den Polen (4.1) und (4.2) des Bleiakkumulators 4 und den Polen (20.1, 20.2) des Zusatzakkumulators (20) hergestellt wird, wenn der Zusatzakkumulator (20) in die Haltevorrichtung eingesetzt ist, und dass eine elektrische Potential-Anpassungsschaltung (30) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, den Stromfluss zwischen den Polen (20.1, 20.2) des Zusatzakkumulators (20) und den Polen (4.1, 4.2) des Bleiakkumulators (4) nach dem Einsetzen des Zusatzakkumulators (20) in die mechanische Haltevorrichtung (10) für eine vorgegebene Zeitdauer zu verringern.
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Potential-Anpassungsschaltung (30) einen ersten höherohmigen Leitungspfad (32) und einen parallel zu diesem verlaufenden zweiten niederohmigen Leitungspfad (34) umfasst, und dass ein Schalter (36) vorgesehen ist, mittels welchem ein Pol (20.1, 20.2) des Zusatzakkumulators (20) wahlweise über den ersten höherohmigen Leitungspfad (32) oder den zweiten niederohmigen Leitungspfad (34) mit einem zugehörigen Pol (4.1, 4.2) des Bleiakkumulators (4) elektrisch verbindbar ist.
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste höherohmige Leitungspfad (32) einen ohmschen Vorlastwiderstand (32R) enthält, über welchen der elektrische Strom für die vorgegebene Zeitdauer von einem Pol (20.1, 20.2) des Zusatzakkumulators (20) zum zugehörigen Pol (4.1, 4.2) des Bleiakkumulators (4) geleitet wird, wenn der Zusatzakkumulator (20) in die mechanische Haltevorrichtung (10) eingesetzt wird.
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Potential-Anpassungsschaltung (30) im Gehäuse (20a) des Zusatzakkumulators (20) enthalten ist.
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter ein Relais (36) ist, welches durch eine elektronische Spannungs-Überwachungsschaltung (38) im Gehäuse (20a) des Zusatzakkumulators (20) betätigbar ist.
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite fahrzeugseitige Anschlusskontakt (12.1, 12.2) jeweils über einen elektrischen Abzweig, insbesondere ein T-förmiges Kontaktelement, (14.1, 14.2) unmittelbar mit dem zugehörigen Pol (4.1, 4.2) des Bleiakkumulators (4) verbunden ist.
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennspannung des Zusatzakkumulators (20) höher ist als die Nennspannung des Bleiakkumulators (4), bevorzugt 5 - 7 % höher als die Nennspannung des Bleiakkumulators (4).
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennspannung des Zusatzakkumulators (20) niedriger ist, als die Ladeschlussspannung (U_EndPb) des Bleiakkumulators (4).
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenzahl des Zusatzakkumulators (20) bei einer vorgegebenen Zellenzahl des Bleiakkumulators (4) folgenden Wert besitzt: $N_{Zusatz} \geq N_{PB} \times U_{EndPb} {/U}_{EndZusatz} \pm 1 Zelle oder + 2 Zellen,$
worin N_Pb die Zahl der Zellen des Bleiakkumulators, U_EndPb die Ladeschlussspannung/Zelle des Bleiakkumulators, N_Zusatz die Zahl der Zellen des Zusatzakkumulators und U_Zusatz die Ladeschlussspannung/Zelle des Zusatzakkumulators bedeutet.
Gabelstapler oder Flurförderfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzakkumulator (20) eine Unterspannungsabschalteinrichtung (28) enthält, welche den Stromfluss zu wenigstens einem der gehäuseseitigen Anschlusskontakte (24.1, 24.2) unterbricht, wenn die Spannung des in die mechanische Haltevorrichtung (10) eingesetzten Zusatzakkumulators (20) unter die Nennspannung des Bleiakkumulators (4) abfällt.
Verfahren zum Laden eines Gabelstaplers oder Flurförderfahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster und ein zweiter in die mechanische Haltevorrichtung einsetzbarer Zusatzakkumulator (20) vorgesehen ist, und dass der erste Zusatzakkumulator (20) in die Haltevorrichtung eingesetzt ist, und der zweite Zusatzakkumulator (20) tagsüber bei Sonneneinstrahlung in einer Ladeeinrichtung (40) geladen wird, welche durch ein Photovoltaikanlage (50) mit elektrischer Energie versorgt wird.