DE102021102632A1

DE102021102632A1 - Flurförderzeug mit einem Ladesystem für einen batteriebetriebenen Antrieb

Info

Publication number: DE102021102632A1
Application number: DE102021102632.6A
Authority: DE
Inventors: Marinus Petersen; Hannes Bistry; Ralf Wetegrove
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-08-04

Abstract

Flurförderzeug mit einem Ladesystem für ein batteriebetriebenen Antrieb, das mit einer ersten Ladeeinheit ausgestattet ist, die mit einer zweiten Ladeeinheit induktiv zusammenwirkt, um eine in dem Flurförderzeug vorgesehene Batterie zu laden, wobei ein Kopplungsfaktor für die erste Ladeeinheit und die zweite Ladeeinheit ermittelt wird und der Kopplungsfaktor im Hinblick auf Reifenverschleiß ausgewertet wird, wobei wenn der Reifenverschleiß einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet ein Verschleißsignal an eine Fahrzeugsteuerung absetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flurförderzeug mit einem Ladesystem für einen batteriebetriebenen Antrieb. Das Ladesystem ist mit einer ersten fahrzeugfesten Ladeeinheit ausgestattet, die mit einer zweiten raumfesten Ladeeinheit induktiv zusammenwirkt, um eine in dem Flurförderzeug vorgesehene Batterie zu laden.
Aus EP 3 421 288 A1 ist ein Ladesystem für ein batteriebetriebenes Flurförderzeug bekannt geworden, das mit einer ersten Ladeeinheit ausgestattet ist, die mit einer zweiten Ladeeinheit induktiv zusammenwirkt, um eine in dem Flurförderzeug vorgesehene Batterie zu laden. Die zweite Ladeeinheit weist eine Ladespulensteuereinheit und mindestens zwei Spulen auf, die unabhängig voneinander zur induktiven Übertragung von Leistung an die erste Ladeeinheit ansteuerbar sind. Die Ladespulensteuereinheit überprüft vor einem Leistungsübertrag, welche der mindestens zwei Spulen einen besten Überlapp mit der ersten Ladeeinheit aufweist. Die Leistungsübertragung erfolgt dann über die Spule mit dem besten Überlapp.
Aus DE 10 2015 004 701 A1 ist ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem elektrochemischen Akkumulator bekannt geworden, wobei der Akkumulator beim Aufladen nur eine Ladeleistung kleiner als einen vorbestimmten Höchstleistungswert aufnehmen kann. Das Fahrzeug weist auch einen Zusatzspeicher auf, der beim Aufladen eine Ladeleistung größer als der Höchstleistungswert aufnehmen kann. Eine Ladeeinrichtung ist zum Empfang von Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation ausgelegt. Die Übertragung der Energie soll in kurzer Zeit im Betrieb des Fahrzeugs erfolgen, wobei die Ladeeinrichtung einen Leistungspuls an das Fahrzeug überträgt.
Aus WO 2018/082867 A1 ist ein Verfahren zum Laden eines Kraftfahrzeuges in einer Ladeposition an einer induktiven Ladestation bekannt geworden. Hierzu werden zwei Ortungseinrichtungen eingesetzt, von denen eine erste bis zu einem vorgegebenen Abstand von der induktiven Ladeposition die Position des Fahrzeugs erfasst und die zweite Ortungseinrichtung ab einem zweiten Abstand die relative Lage des Fahrzeugs zu der Ladeposition abschätzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit eines Flurförderzeugs, das mittels einer induktiven Ladestation geladen werden kann, zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Flurförderzeug mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Flurförderzeug ist mit einem Ladesystem für einen batteriebetriebenen Antrieb ausgestattet. Das Ladesystem weist zwei Ladeeinheiten auf, die induktiv zusammenwirken, wobei zwischen den Ladeeinheiten induktiv elektrische Leistung übertragen wird. Mit Hilfe der induktiven Übertragung wird eine in dem Flurförderzeug vorgesehene Batterie aufgeladen, wobei der Begriff „Batterie“ als ein generischer Oberbegriff zu wieder aufladbaren elektrochemischen Akkumulatoren verstanden wird. Bei dem induktiven Zusammenwirken der ersten und der zweiten Ladeeinheit besteht ein Kopplungsfaktor zwischen den beiden Ladeeinheiten, wobei die beiden Ladeeinheiten als Gesamtsystem einen Kopplungsfaktor besitzen. Der Kopplungsfaktor ist ein Maß für die induktive Kopplung zwischen den beiden Ladeeinheiten für eine Leistungsübertragung. Der Kopplungsfaktor kann auch aus den System- und Betriebsparametern (Induktivitäts- und Stromwerte) des induktiven Ladesystems bestimmt werden. Erfindungsgemäß wird der Kopplungsfaktur im Hinblick auf einen Reifenverschleiß an dem Flurförderzeug ausgewertet. Wenn der Reifenverschleiß einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird an eine Fahrzeugsteuerung ein Verschleißsignal abgesetzt. Die Fahrzeugsteuerung kann dann entsprechend auf das Verschleißsignal reagieren. Das Erkennen von Reifenverschleiß ist wichtig für einen rechtzeitigen Austausch verschlissener Reifen und Rollen an dem Flurförderzeug. Zu stark abgefahrene Reifen und Rollen bilden ein Sicherheitsrisiko. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, für die induktive Leistungsübertragung einen Kopplungsfaktor zu bestimmen und diesen im Hinblick auf den Reifenverschleiß auszuwerten.
Bevorzugt wird der Kopplungsfaktor bestimmt, während elektrische Leistung induktiv zwischen der ersten und der zweiten Ladeeinheit übertragen wird. Der Kopplungsfaktor wird während eines Leistungsflusses bestimmt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, einen Feldstärkesensor an dem Flurförderzeug vorzusehen, der eine Feldstärke der zweiten Ladeeinheit misst, wobei die gemessene Feldstärke indikativ für den Kopplungsfaktor im Hinblick auf den Reifenverschleiß ausgewertet wird. Der Feldstärkesensor misst vom Fahrzeug aus die Feldstärke der zweiten (ortsfesten) Ladeeinheit. Diese Feldstärke ist ein Maß dafür, wie stark der Reifenverschleiß ist. Der Feldstärkesensor kann bevorzugt auf der Unterseite des Fahrzeugs vorgesehen sein, so dass sich sein Abstand zum Untergrund und zur zweiten Ladeeinheit mit dem Reifenverschleiß ändert.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine der beiden Ladeeinheiten ein Testsignal erzeugt, das der anderen Ladeeinheit induktiv übertragen und von dieser ausgewertet wird. Aus der Stärke des empfangenen Testsignals kann ebenfalls auf den Kopplungsfaktor zurückgeschlossen werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von Kopplungsfaktoren bestimmt wird. Diese können beispielsweise im Laufe der Zeit oder auch räumlich verteilt bestimmt werden. Die Auswertung dieser Vielzahl an Kopplungsfaktoren erfolgt dann statistisch, beispielsweise über Mittelwerte, Schwankungswerte und weitere statistische Kenngrößen. In einer bevorzugten Weiterbildung kann auch eine zeitliche Änderung des Kopplungsfaktors während eines Ladevorgangs erfasst werden. So kann beispielsweise einer Positionierung des Flurförderzeugs relativ zur zweiten Ladeeinheit Rechnung getragen werden. Für die zeitliche Auswertung können Mittel- und/oder Maximalwerte des Kopplungsfaktors ausgewertet werden, um so Rückschlüsse auf den Wert des Kopplungsfaktors zu ziehen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben:

1a zeigt den Ausschnitt eines Schubmaststaplers 10, der ein Antriebsteil 12 mit Radarmen 14 besitzt. Ein Hubgerüst 16 kann entlang der Radarme 14 in Richtung des Doppelpfeils V vor und zurück geschoben werden. Das Flurförderzeug 10 besitzt ein hinteres Antriebsrad 18 und zwei vordere Lasträder 20, von denen in der Seitenansicht nur eines zu erkennen ist. Das dargestellte Fahrzeug besitzt eine fahrzeugfeste Ladeeinheit 22, die mit einer in den Boden eingelassenen Ladeeinheit 24 zusammenwirkt. Beide Ladeeinheiten bestehen beispielsweise aus Spulen, die induktiv über die Magnetfelder miteinander gekoppelt sind. Aufgrund der induktiven Kopplung kann elektrische Leistung von der ortsfesten Ladeeinheit 24 an die Ladeeinheit 22 des Fahrzeugs übertragen werden. Bevorzugt steht bei der Leistungsübertragung das Fahrzeug und ist für eine möglichst gute Kopplung der Ladeeinheiten 22, 24 relativ zu der ortsfesten Ladeeinheit 24 ausgerichtet. Es ist aber auch möglich, den Kopplungsfaktor bei der induktiven Ladung des Fahrzeuges während der Fahrt zu bestimmen.

Der Kopplungsfaktor kann grundsätzlich zwischen 0 und 1 liegen. Ist er null, besteht keine induktive Kopplung zwischen den Spulen, beispielsweise, wenn das Fahrzeug weit von der Primärspule entfernt ist. Bei konventionellen Transformatoren, bei denen Primär- und Sekundärspule um einen gemeinsamen Eisen- oder Ferritkern gewickelt sind, ist die Kopplung nahe 1. Bei induktiven Ladesystemen liegt der übliche Bereich des Kopplungsfaktors unterhalb von 0,5. Für den Kopplungsfaktor werden grundsätzlich elektrische Größen primär- und sekundärseitig in ein Verhältnis zueinander gesetzt. Bei der induktiven Kopplung der Ladeeinheiten 22 und 24 geht auf jeden Fall der Abstand A zwischen den beiden Ladeeinheiten mit ein. Je größer der Abstand A wird, umso schwächer ist der Kopplungsfaktor zwischen den Ladeeinheiten 22, 24. Ebenso geht ein Versatz zwischen den beiden Spulen umgekehrt proportional in den Kopplungsfaktor ein.
1b zeigt, wie sich der Abstand zwischen den Ladeeinheiten 22 und 24 reduziert, wenn das Antriebsrad 18' und die Lasträder 20' zu a reduziert. Ist der reduzierte Durchmesser d und der ursprüngliche Durchmesser D für die Räder, so gilt folgende Beziehung: $\frac{D - d}{2} = A - a,$
was bedeutet, dass der Verschleiß am Lastrad oder der Lastrolle direkt proportional als vom Abstand A, a der Ladeeinheiten 22 und 24 ist.
Das induktive Ladesystem bietet erfindungsgemäß den zusätzlichen Vorteil, über den Kopplungsfaktor auch den Abstand a, A zwischen primärseitiger und sekundärseitiger Ladeeinheit zu erfassen. Dabei ist keine zusätzliche Sensorik erforderlich. Obwohl auch andere Faktoren Einfluss auf den Kopplungsfaktor haben, wie beispielsweise ein Versatz zwischen den Spulen, gibt es eine gewisse Varianz in dem Kopplungsfaktor. Da jedoch der Reifenverschleiß ein über eine längere Zeitspanne auftretendes Phänomen ist, ist für den Kopplungsfaktor auch eine langfristige statistische Analyse möglich. Der Kopplungsfaktor wird bevorzugt bei jedem Ladevorgang gemessen und für die statistische Analyse abgespeichert. Er wird beispielsweise ein gleitender Mittelwert berechnet, der im Laufe der Zeit ansteigt, da der Abstand A, a zwischen den Ladeeinheiten mit der Zeit abnimmt. Ist ein vorbestimmter Grenzwert für den Kopplungsfaktor erreicht, so erhält der Fahrer und/oder eine übergeordnete Steuerung Nachricht über den Reifenverschleiß.
Ferner ist es möglich, mit weiteren zur Verfügung stehenden Daten am Flurförderzeug selbst den Rückschluss von dem Kopplungsfaktor auf den Verschleiß zu unterstützen. So können beispielsweise Erfahrungswerte im Hinblick auf zurückgelegte Strecke, Streckenprofil, Lenkvorgänge und transportierte Lasten mit in die Bestimmung des Reifenverschleißes einfließen.
Bezugszeichenliste

10: Schubmaststapler
12: Antriebsteil
14: Radarme
16: Hubgerüst
18: Antriebsrad
18`: Antriebsrad
20: Lasträder
20': Lasträder
22: Ladeeinheit
24: Ladeeinheit

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

EP 3421288 A1 [0002]
DE 102015004701 A1 [0003]
WO 2018/082867 A1 [0004]

Claims

Flurförderzeug (10) mit einem Ladesystem für ein batteriebetriebenen Antrieb, das mit einer ersten Ladeeinheit (22) ausgestattet ist, die mit einer zweiten Ladeeinheit (24) induktiv zusammenwirkt, um eine in dem Flurförderzeug (10) vorgesehene Batterie zu laden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungsfaktor für die erste Ladeeinheit (22) und die zweite Ladeeinheit (24) ermittelt wird und der Kopplungsfaktor im Hinblick auf Reifenverschleiß ausgewertet wird, wobei wenn der Reifenverschleiß einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet ein Verschleißsignal an eine Fahrzeugsteuerung absetzt wird.
Flurförderzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsfaktor bestimmt wird, während elektrische Leistung induktiv zwischen der ersten und der zweiten Ladeeinheit (22, 24) übertragen wird.
Flurförderzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsfaktor, abhängig davon ist, wie hoch der Wirkungsgrad einer Energieübertragung ist.
Flurförderzeug (10) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsfaktor mit mindestens einem Testsignal bestimmt wird, dessen induktive Übertragung erfasst wird.
Flurförderzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzlicher Feldstärkesensor vorgesehen ist, der eine Feldstärke der zweiten Ladeeinheit (24) misst, wobei die gemessene Feldstärke indikativ für den Kopplungsfaktor im Hinblick auf den Reifenverschleiß ausgewertet wird.
Flurförderzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Kopplungsfaktoren bestimmt und statistisch ausgewertet wird.
Flurförderzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Änderung des Kopplungsfaktors während eines Ladevorgangs erfasst wird.
Flurförderzeug (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Mittel- und/oder Maximalwert des Kopplungsfaktors ausgewertet wird.