DE20202249U1

DE20202249U1 - Fahrbares Arbeitsgerät, insbesondere Flurförderzeug

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Publication number: DE20202249U1
Application number: DE20202249U
Authority: DE
Original assignee: Sanyo Energy Europe Corporate GmbH
Current assignee: Sanyo Energy Europe Corporate GmbH
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2012-02-15

Description

Fahrbares Arbeitsgerät, insbesondere Flurförderzeug Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine fahrbares Arbeitsgerät, insbesondere Flurförderzeug, mit einem Elektromotor und mit einer wiederaufladbaren Batterieanordnung als Energiequelle für den Elektromotor.

Elektrisch betriebene fahrbare Arbeitsgeräte, wie etwa Gabelstapler, deichselgeführte Palettenhubwagen, Kommissioniergeräte, Zugmaschinen usw., haben als Energiequelle sowohl für den Fahrantrieb, als auch für den Antrieb von Hubeinrichtungen oder dgl. wiederaufladbare Batterien, die auch als Traktionsbatterien bezeichnet werden und normalerweise eine große Batteriekapazität von beispielsweise mehreren hundert Amperestunden bieten. Bei den konventionellen fahrbaren Arbeitsgeräten der hier betrachteten Art sind die Traktionsbatterien aus vergleichsweise großen Batterieblöcken gebildet, die zu ihrer Unterbringung an Bord des fahrbaren Arbeitsgerätes viel Platz benötigen.

Bei Flurförderzeugen und ähnlichen Elektrofahrzeugen werden bisher üblicherweise Bleibatterieblöcke als Traktionsbatterien verwendet. Bei der Dimensionierung eines solchen Flurförderzeugs ist für die Unterbringung der standardisierten Bleibatterieblöcke ein vergleichsweise großer Batterieraum vorzusehen, der sich unmittelbar auf die Länge und damit auch auf den Wenderadius des Flurförderzeugs vergrößernd auswirkt. Je größer und je weniger wendig ein fahrbares Arbeitsgerät der hier betrachteten Art ist, desto größer müssen auch die Arbeitsgänge in Lagern, Verkaufsräumen usw. sein, in denen es mobil einsetzbar sein soll. Der Konstrukteur hat wenig Freiheiten hinsichtlich der Gestaltung und Dimensionierung des für die Bleibatterieblöcke zu reservierenden Batterieraumes, zumal er dabei auch noch die Vorgabe zu berücksichtigen hat, dass so viele Batterieblöcke

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eingebaut werden müssen, dass die für einen wirtschaftlichen Einsatz notwendige Batteriekapazität gewährleistet werden kann. Wird der Bauraum für die Bleibatterieblöcke relativ klein gehalten, so ist die Batteriekapazität entsprechend begrenzt. Bei intensivem Einsatz eines solchen Fahrzeugs kann es dann ggf. vorkommen, dass die Bleibatterie bereits vor Ablauf einer Arbeitsschicht erschöpft ist. Sie muss dann entweder durch eine geladene Austauschbatterie ersetzt werden, oder das Fahrzeug muss an einer Batterieladestation abgestellt werden, um die Batterie wieder aufzuladen. Der Ladevorgang dauert bei den Bleibatteriesystemen jedoch verhältnismäßig lange und kann durchaus die Dauer einer Arbeitsschicht überschreiten, so dass der Betrieb des betreffenden fahrbaren Arbeitsgeräts vergleichsweise unwirtschaftlich ist. Dieser Effekt wird durch die relativ geringe Energiedichte der Bleibatteriesysteme noch verstärkt. Im Verhältnis zum Gesamtgewicht eines ohne Last fahrenden Flurförderzeugs nimmt das Gewicht der konventionellen Bleibatterien einen sehr hohen prozentuellen Anteil ein. Da Flurförderzeuge üblicherweise einen durchaus nennenswerten Teil ihrer Fahrten ohne Last ausführen, hat das hohe Gewicht der Bleibatterien einen großen Einfluss auf den Energiehaushalt und die Standzeit der Batterie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fahrbares Arbeitsgerät oder Fahrzeug der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die wiederaufladbare Batterieanordnung weniger starke konstruktive Beschränkungen bei der Fahrzeugdimensionierung erfordert, als dies bisher der Fall war.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Batterieanordnung aus wenigstens einer Gruppe von wiederaufladbaren, in Serie geschalteten Einzelbatterieelementen gebildet ist.

Die hier betrachteten Einzelbatterieelemente sind vorzugsweise Standardbatterieelemente, die normalerweise einzeln handhabbar sind und jeweils ein eigenes Gehäuse sowie Batteriepole aufweisen. So können z.B.

Batterieelemente herangezogen werden, die die Größe von sogenannten Babyzellen, Monozellen oder anderen Standard-Größen haben. Bei Verwendung der Einzelbatterieelemente mit realtiv kleinen Abmessungen im Vergleich zu den bekannten Bleiakkumulatorblöcken bestehen zahlreiche Möglichkeiten der geometrischen Anordnung der Einzelbatterieelemente relativ zueinander. Mehrere oder ggf. alle Einzelbatterieelemente einer Gruppe können z.B. mittels einer gemeinsamen Trägeranordnung oder/und einer gemeinsamen Hülle zu einer jeweiligen Handhabungseinheit (Zellenpaket) zusammengefasst sein, deren Größe und äußere Form je nach Anordnung der Einzelbatterieelemente so gewählt bzw. gestaltet werden kann, dass die Unterbringung der daraus gebildeten Batterieanordnung an Bord des fahrbaren Arbeitsgeräts in erheblich flexiblerer Weise erfolgen kann, als dies bisher bei den bekannten Bleibatterieblöcken der Fall war. Der Konstrukteur hat somit größere Freiheiten bei der Dimensionierung eines fahrbaren Arbeitsgeräts nach der Erfindung und ist insbesondere bei der Wahl der Gestaltung der Größe und Form des Batterieraumes erheblich weniger Beschränkungen als bisher unterworfen. Er kann z.B. vergleichsweise schmale, längliche Hohlräume an Bord des fahrbaren Arbeitsgerätes zur Unterbringung von Gruppen bzw. von Handhabungseinheiten zusammengefasster Subgruppen von Einzelbatterieelementen ausnutzen. Hierzu können die Einzelbatterieelemente in Reihen nebeneinander angeordnet und mittels elektrisch leitender Verbindungselemente in Reihe aneinander angeschlossen sein. Als elektrisch leitende Verbindungselemente kommen u.a. Nickelverbindungselemente in Form von schmalen Blechstreifen in Frage, die mit den betreffenden Polen der Einzelbatterieelemente verschweißt oder/und verschraubt sind. Eine solche Handhabungseinheit kann beispielsweise eine Schrumpffolie bzw. einen Schrumpfschlauch als Hülle aufweisen, welche die Einzelbatterieelemente in der gewünschten Anordnung relativ zueinander fixiert.

Eine längliche Struktur einer Handhabungseinheit lässt sich auch herstellen, indem mehrere oder ggf. alle Einzelbatterieelemente einer Gruppe zu einem

Batteriestapel zusammengefasst werden. Ein solcher Stapel aufeinander gestellter Einzelbatterien kann auf Wunsch ohne Zwischenschaltung elektrischer Verbindungselemente zwischen den einzelnen Batterieelementen gebildet werden, wobei als Hülle zur Fixierung der Batterieelemente aneinander ebenfalls eine Schrumpffolie oder ein Schrumpfschlauch verwendet werden kann. Es können im Rahmen der Erfindung jedoch auch andere Trägerhilfsmittel verwendet werden, die die Einzelbatterieelemente in einer gewünschten Anordnung, z.B. in kreisförmiger, treppenförmiger, blockförmiger oder linearer Anordnung, relativ zueinander halten. Die gesamte Batterieanordnung kann aus mehreren Zellenpaketen bestehen, die z.B. in verschiedenen Batterieräumen gesondert oder in einem gemeinsamen Batterieraum des Arbeitsgerätes untergebracht sein können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den Einzelbatterieelementen um Nickel-Cadmium-Elemente (NiCd-EIemente). Nickel-Cadmium-Batteriesysteme haben eine höhere Energiedichte als Bleibatterien bei gleicher Kapazität und benötigen daher entsprechend weniger Platz bzw. Einbauraum. Die Unterbringungsmöglichkeiten der wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Batterieanordnung sind daher nicht nur aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten der Positionierung der Einzelbatterieelemente relativ zueinander - sondern auch aufgrund des geringeren Platzbedarfs per se erheblich flexibler, als dies bei herkömmlichen Bleibatterieblöcken der Fall ist.

Bei der Konstruktion eines fahrbaren Arbeitsgerätes, etwa eines Flurförderzeugs, nach der Erfindung hat der Konstrukteur daher in noch weitergehendem Maße die Möglichkeit, den benötigten Batterieraum kleiner als bisher zu dimensionieren, wodurch die Fahrzeuglänge reduziert werden kann. Damit ist auch ein kleinerer Wenderadius und somit eine erhöhte Wendigkeit des Flurförderzeugs realisierbar. Das Flurförderzeug kann somit in relativ enger Umgebung, etwa schmalen Arbeitsgängen, genutzt werden.

Auch ein konventionell konstruiertes fahrbares Arbeitsgerät kann durch Einbau einer Batterieanordnung aus wenigstens einer Gruppe von wiederaufladbaren, in Serie geschalteten Einzelbatterieelementen zu einem fahrbaren Arbeitsgerät nach der Erfindung umgerüstet werden. Falls der Batterieraum eines solchen fahrbaren Arbeitsgerätes für die Aufnahme von Bleibatterieblöcken dimensioniert ist, so kann nunmehr bei Nutzung von Nickel-Cadmium-Batterien als Einzelbatterieelementen eine Batterieanordnung in dem Einbauraum untergebracht werden, die eine weitaus größere Kapazität als eine betreffende Bleibatterie hat. Im Betrieb kann ein solches fahrbares Arbeitsgerät daher ggf. über mehrere Arbeitsschichten hinweg genutzt werden, ohne dass die Batterieanordnung nachgeladen werden muss.

Ein ganz wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Losung der Bildung von Zellenpaketen aus elektrisch in Reihe geschalteten Einzelbatterieelementen als wiederaufladbare Batterieanordnung für ein fahrbares Arbeitsgerät oder Fahrzeug liegt darin, dass eine optimierte Batteriekapazität für den typischen Einsatzfall des fahrbaren Arbeitsgerätes ermittelt und die Batterieanordnung mit der gewünschten Kapazität schnell und flexibel bereitgestellt werden kann. Hierzu wird beispielsweise der Energieverbrauch des Arbeitsgerätes pro Arbeitsschicht geschätzt und daraus die benötigte Batteriekapazität festgelegt. Entsprechend der geforderten Batteriekapazität können dann so viele Gruppen von wiederaufladbaren, in Serie geschalteten Einzelbatterieelementen parallel zueinander vorgesehen werden, wie es der geforderten Batteriekapazität entspricht.

Vorzugsweise hat eine jeweilige Gruppe in Serie geschalteter Einzelbatterieelemente eine Nennspannung von 24 V. Im Falle der Nickel-Cadmium-Batterieelemente bedeutet dies, dass 20 Elemente mit einer jeweiligen Nennspannung von 1,2 V benötigt werden, um ein Zellenpaket mit einer Nennspannung von 24 V zu bilden. 20 Nickel-Cadmium-Einzelbatterieelemente lassen sich auch zu einem bequem zu handhabenden Zellenpaket

zusammenfassen, das vorzugsweise von einer Hülle oder Trägerstruktur zusammengehalten wird.

Selbstverständlich können auch andere Nennspannungen der Gesamtbatterieanordnung realisiert werden, indem entsprechend mehr oder weniger Einzelbatterieelemente in Serie zueinander geschaltet werden, um eine betreffende Gruppe zu bilden. Somit bietet die vorliegende Erfindung auch im Hinblick auf die Wahl der Batterienennspannung eine große Flexibilität.

Die Verwendung von Nickel-Cadmium-Einzelelementen zur Bildung der wiederaufladbaren Batterieanordnung bietet noch weitere Vorteile im Vergleich mit der Nutzung einer konventionellen Bleibatterie. So nimmt der Ladevorgang der Nickel-Cadmium-Batterieanordnung erheblich weniger Zeit in Anspruch als der Ladevorgang bei Bleibatterien entsprechender Kapazitat. Die Nickel-Cadmium-Batterieanordnung stellt darüber hinaus ein umweltfreundliches, im Wesentlichen wartungsfreies System dar, welches eine problemfreie Lagerung erlaubt. Die Selbstentladung bei Lagerung der Batterieanordnung ist wesentlich geringer, als dies bei Bleibatterien der Fall ist. Beim Lade- und Entladevorgang der Nickel-Cadmium-Batterieanordnung treten keine korrosiven Abgase auf. Die Nickel-Cadmium-Batterieanordnung hat überdies eine erheblich längere Lebensdauer als Bleibatterien. Die Batterieelemente der Nickel-Cadmium-Batterieanordnung laufen nicht aus. Selbst bei einem Unfall des fahrbaren Arbeitsgerätes ist nicht zu erwarten, dass sämtliche Einzelelemente Chemikalien verlieren, so dass auch insoweit besondere Sicherheitsvorteile bei dem Gegenstand der Erfindung gegeben sind.

Ein weiterer Vorteil der Nutzung einer wiederaufladbaren Batterieanordnung aus Nickel-Cadmium-Einzelbatterieelementen liegt darin, dass das Gewicht der Batterieanordnung erheblich geringer ist als das Gewicht einer Bleibatterie gleicher Kapazität.

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Die oben erwähnten Vorteile einer wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Batterieanordnung aus Standard-Einzelelementen werden auch bei einer Ausführungsform der Erfindung erzielt, bei der die Einzelbatterieelemente Nickel-Metallhydridzellen (NiMH-Elemente) sind.

Unter einem verallgemeinerten Gesichtspunkt betrifft die Erfindung auch ein wiederaufladbares Zellenpaket einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, wobei das Zellenpaket aus wenigstens einer Gruppe von wiederaufladbaren, in Serie geschalteten Einzelbatterieelementen gebildet ist, bei denen es sich vorzugsweise um NiCd-Elemente oder/und um NiMH-Elemente handelt, wobei die Elemente mittels einer Hülle oder Trägerstruktur relativ zueinander fixiert und zu einer Handhabungseinheit zusammengefasst sind.

In den Figuren 1 und 2 ist eine wiederaufladbare Batterieanordnung nach der Erfindung in Form einer Gruppe in Serie geschalteter Einzelbatterieelemente in einer Draufsicht (Fig. 1) und in einer Seitenansicht (Fig. 2) dargestellt. Die Gruppe 2 umfasst zwanzig Nickel-Cadmium-Einzelbatterieelemente 4 in Form von zylindrischen Standardelementen. Selbstverständlich können auch andere als zylindrische Batterieformen, etwa prismatische Batterieelemente, verwendet werden. Jedes Element 4 hat ein eigenes Gehäuse sowie einen Pluspol 6 und einen Minuspol 8. Die Batterieelemente 4 sind durch Nickel-Blechstreifen 10 elektrisch miteinander verbunden, so dass sich eine Reihenschaltung ergibt. Die Nennspannung der gesamten Gruppe 2 beträgt im Beispielsfall 24 V entsprechend der 20fachen Nennspannung der Einzelelemente von 1,2 V. Mit 12 sind in Fig. 1 Anschlusskabel der Gruppe 2 bezeichnet.

Die Gruppe 2 ist mittels einer bei 14 angedeuteten Schrumpffolie zu einer Handhabungseinheit bzw. zu einem bequem handhabbaren Paket 2 zusammengefasst, welches aufgrund seines geringen Volumens und aufgrund seiner Form auch in schmalen bzw. relativ kleinen Batterieräumen an Bord eines betreffenden Fahrzeugs oder fahrbaren Arbeitsgerätes untergebracht

werden kann. Je nach geforderter Batteriekapazität werden mehrere Gruppen 2 elektrisch parallel zueinander geschaltet, um eine elektrisch hinreichend dimensionierte Batterieanordnung zu bilden.

In Fig. 3 ist eine Gruppe aus 20 Standard-Batterieelementen 4 gezeigt, wobei die Batterieelemente 4 zu zwei Stapeln 15a, 15b in elektrischer Reihenschaltung angeordnet sind, wobei elektrische Verbindungselemente 10 die Stapel 1 5a und 1 5b an ihren Enden miteinander verbinden. In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung kann die Gruppe 2 z.B. in einem (nicht gezeigten) Trägergehäuse untergebracht sein, welches eine entsprechende längliche, schlanke Form aufweist und in einem kleinen länglichen Batterieraum Platz hat.

Claims

1. Fahrbares Arbeitsgerät, insbesondere Flurförderzeug, mit einem Elektromotor und mit einer wiederaufladbaren Batterieanordnung als Energiequelle für den Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieanordnung aus wenigstens einer Gruppe (2) von wiederaufladbaren, in Serie geschalteten Einzelbatterieelementen (4) gebildet ist.

2. Fahrbares Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Einzelbatterieelementen (4) der Gruppe um untereinander gleiche Standardbatterieelemente handelt.

3. Fahrbares Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Einzelbatterieelementen (4) um Nickel- Cadmium-Elemente handelt.

4. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Einzelbatterieelementen (4) um Metallhydrid-Elemente handelt.

5. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelbatterieelement eine Nennspannung von 1,2 V hat.

6. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe (2) zwanzig Einzelbatterieelemente (4) umfasst.

7. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieanordnung mehrere Gruppen (2) von wiederaufladbaren, in Serie geschalteten Einzelbatterieelementen (4) aufweist, wobei die Gruppen parallel zueinander geschaltet sind.

8. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbatterieelemente (4) mittels elektrisch leitender Verbindungselemente (10) in Reihe aneinander angeschlossen sind.

9. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (10) mit den betreffenden Polen (6, 8) der Einzelbatterieelemente (4) verschweißt oder/und verschraubt sind.

10. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einzelbatterieelemente (4) einer Gruppe (2) zu einem Batteriestapel zusammengefasst und mittels einer gemeinsamen Hülle in dem Stapel fixiert sind.

11. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einzelbatterieelemente (4) einer Gruppe (2) mittels einer gemeinsamen Trägeranordnung oder/und einer gemeinsamen Hülle (14) zu einer jeweiligen Handhabungseinheit zusammengefasst sind.

12. Fahrbares Arbeitsgerät nach Anspruch 1 l, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Einzelbatterieelemente (4) oder/und die geometrische Anordnung der Einzelbatterieelemente innerhalb der Handhabungseinheit in Anpassung an den an Bord des fahrbaren Arbeitsgerätes für die Handhabungseinheit verfügbaren bzw. vorgesehenen Platz gewählt worden ist.

13. Fahrbares Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von parallel zueinander geschalteten Gruppen (2) in Serie geschalteter Einzelbatterieelemente (4) nach Maßgabe einer für das fahrbare Arbeitsgerät geschätzten bzw. berechneten optimierten Batteriekapazität gewählt worden ist.

14. Wiederaufladbares Batteriezellenpaket einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es aus wenigstens einer Gruppe (2) von wiederaufladbaren, in Serie geschalteten Einzelbatterieelementen (4) gebildet ist, bei denen es sich vorzugsweise um NiCd-Elemente oder/und um NiMH-Elemente handelt, wobei die Elemente (4) mittels einer Hülle (14) oder Trägerstruktur relativ zueinander fixiert und zu einer Handhabungseinheit zusammengefasst sind.

15. Wiederaufladbares Batteriezellenpaket nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriezellenpaket eine Nennspannung von 24 V hat.