EP4695110A1 - Transportsystem - Google Patents

Transportsystem

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Publication number
EP4695110A1
EP4695110A1 EP24708391.8A EP24708391A EP4695110A1 EP 4695110 A1 EP4695110 A1 EP 4695110A1 EP 24708391 A EP24708391 A EP 24708391A EP 4695110 A1 EP4695110 A1 EP 4695110A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy storage
storage device
vehicle
secondary energy
transport system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24708391.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Manz
Joshua Gordon David Frisch
Bastian Freitag
Benjamin Kunte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP4695110A1 publication Critical patent/EP4695110A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the invention relates to a transport system comprising a vehicle for transporting objects, which has a drive unit and a primary energy storage device, and at least one secondary energy storage device.
  • Autonomous transport vehicles can be used in technical facilities, production plants, supermarkets, industrial halls, logistics centers and hospitals.
  • the autonomous transport vehicles are used, for example, to transport objects within the respective facility.
  • Autonomously driving transport vehicles comprise a drive unit to drive the vehicle and an electrical energy storage unit to supply the drive unit with electrical energy. If the electrical energy storage unit is empty, it is usually necessary to recharge the electrical energy storage unit. The range of the autonomously driving transport vehicle is limited by the capacity of the electrical energy storage unit.
  • an autonomously driving vehicle which has an auxiliary electrical storage unit.
  • the vehicle is designed to additionally receive a main electrical storage unit from a charging station.
  • a vehicle with a drive unit and electrical storage elements is known from DE 10 2014 006 960 A1.
  • the vehicle has slots for accommodating additional charging modules.
  • the invention is based on the object of developing a transport system of the type mentioned at the beginning.
  • the receiving unit allows energy to be absorbed inductively from a charging unit, in particular from a linear conductor laid in the ground.
  • the energy absorbed by the receiving unit is used in particular to charge the primary energy storage device and to supply the drive device.
  • the energy transmitted by the secondary energy storage device used is also used in particular to charge the primary energy storage device and to supply the drive device.
  • the range of the autonomously driving transport vehicle is thus advantageously increased.
  • the inductive and therefore contactless energy transmission is also wear-free.
  • energy can also be transmitted inductively from the vehicle to the secondary energy storage device used by means of the coupled transmitter modules.
  • Energy can thus be transmitted bidirectionally between the vehicle and the secondary energy storage device.
  • the vehicle can be Receiving unit absorbs energy from a charging unit and uses the absorbed energy to charge the primary energy storage unit and the secondary energy storage unit.
  • the vehicle is designed as an autonomously driving transport vehicle and comprises a control device for controlling the drive unit.
  • the vehicle has a measuring device for measuring an amount of energy that is transmitted via the transmitter module of the vehicle. If the charge level of the secondary energy storage device is known when the secondary energy storage device is inserted, the vehicle can calculate the current charge level of the secondary energy storage device and take it into account when calculating the remaining range.
  • the secondary energy storage device has a rechargeable battery.
  • the primary energy storage device has a rechargeable battery.
  • a rechargeable battery is designed as a lithium-ion accumulator. Lithium-ion accumulators have a relatively high energy density and a relatively short charging time.
  • the secondary energy storage device has a fuel cell unit for generating electrical energy from a fuel, in particular hydrogen, and a pressure vessel for storing the fuel. Fuel can be conveyed from the pressure vessel to the fuel cell unit.
  • An energy storage device designed in this way has a relatively high energy density.
  • the pressure vessel can be filled with fuel in a relatively short time.
  • the secondary energy storage device has an electrolysis unit for generating the fuel, in particular hydrogen, a pressure tank for storing an oxidizing agent, in particular oxygen, and a liquid tank for storing water.
  • Fuel can be conveyed from the electrolysis unit to the pressure vessel.
  • Oxidizing agent can be conveyed from the pressure tank to the fuel cell unit.
  • Oxidizing agent can also be conveyed from the electrolysis unit to the pressure tank. Water can be conveyed from the fuel cell unit to the liquid tank. Water can also be conveyed from the liquid tank to the electrolysis unit.
  • the electrolysis unit When electrical energy is supplied to the electrolysis unit, the electrolysis unit produces, for example, hydrogen, which is stored in the pressure vessel, and oxygen, which is stored in the pressure tank.
  • the electrolysis unit splits water, which is supplied from the liquid tank, into hydrogen and oxygen using electrical energy.
  • the fuel cell unit When electrical energy is required, the fuel cell unit generates electrical energy from the hydrogen stored in the pressure vessel and the oxygen stored in the pressure tank. The fuel cell unit also generates water, which is stored in the liquid tank.
  • the secondary energy storage device has a bidirectional energy converter unit, which comprises the fuel cell unit and the electrolysis unit.
  • the energy converter unit can be operated bidirectionally. If the energy converter unit is operated as an electrolysis unit, it generates hydrogen and oxygen. If the energy converter unit is operated as a fuel cell unit, it generates electrical energy and water. The weight and/or volume of an energy converter unit designed in this way are further reduced in comparison to a separately designed fuel cell unit and a separately designed electrolysis unit.
  • the transport system further comprises a charging station for charging a secondary energy storage device.
  • the charging station has a transmitter module for inductive energy transmission.
  • the secondary energy storage device can be placed on the charging station in such a way that the transmitter module of the charging station is inductively coupled to the transmitter module of the attached secondary energy storage device, and by means of the coupled transmitter modules, energy is inductively transferred from the charging station to the attached secondary energy storage device and from the attached secondary energy storage device to the charging station.
  • an empty secondary energy storage device is placed on the charging station by a vehicle and is charged at the charging station. After charging, the secondary energy storage device is put back into a vehicle.
  • the attached secondary energy storage device has a rechargeable battery
  • the rechargeable battery is electrically charged at the charging station.
  • the attached secondary energy storage device has a fuel cell unit, a pressure vessel and an electrolysis unit, electrical energy is supplied to the electrolysis unit and the electrolysis unit produces fuel which is stored in the pressure vessel. The pressure vessel is thus charged.
  • the secondary energy storage device only needs one transmitter module to transfer energy to the vehicle and the charging station. Since the energy transfer is carried out inductively and therefore contactlessly, there is no wear and tear, such as on contacts in a conductive energy transfer.
  • the charging station has a tank module which comprises a first tank valve for conveying fuel, in particular hydrogen, to the attached secondary energy storage device.
  • the pressure vessel of the attached secondary energy storage device can be charged even faster by the tank module than by supplying electrical energy to the electrolysis unit.
  • the tank module additionally comprises a second tank valve for conveying oxidizing agent, in particular oxygen, to the attached secondary energy storage device and a suction line for sucking water out of the attached secondary energy storage device.
  • oxidizing agent in particular oxygen
  • the tank module additionally comprises a second tank valve for conveying oxidizing agent, in particular oxygen, to the attached secondary energy storage device and a suction line for sucking water out of the attached secondary energy storage device.
  • hydrogen can thus be fed to the pressure vessel via the first tank valve
  • oxygen can be fed to the pressure tank via the second tank valve.
  • Water can also be taken from the water tank via the suction line.
  • the fuel cell unit of the attached secondary energy storage device has the necessary energy to generate electrical energy.
  • the necessary substances can be made available and the liquid tank is ready to receive water, which is also produced by the fuel cell unit.
  • the charging station has a tank module which comprises a tank line for conveying water to the attached secondary energy storage device.
  • a tank module which comprises a tank line for conveying water to the attached secondary energy storage device.
  • electrical energy can be supplied to the electrolysis unit via the transmitter module, and water can be supplied to the liquid tank via the tank line. This means that water and electrical energy can be provided to the electrolysis unit of the attached secondary energy storage device for generating oxygen and hydrogen.
  • Figure 1 a schematic representation of a vehicle of a transport system with a secondary energy storage device
  • FIG. 2 a schematic representation of a charging station of a transport system with a secondary energy storage unit attached.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 11 of a transport system.
  • the vehicle 11 is used to transport objects in a technical system.
  • the transport system also includes a secondary energy storage device 32, which is installed in the vehicle 11 in this case.
  • the vehicle 11 has a primary energy storage device 31 for supplying the drive unit and other components of the vehicle 11.
  • the primary energy storage device 31 has a rechargeable battery, which is designed, for example, as a lithium-ion battery or as a supercapacitor or ultracapacitor.
  • the vehicle 11 also has sensors, such as laser scanners, for environmental detection and for security tasks.
  • the vehicle 11 also has devices for positioning and navigation.
  • the vehicle 11 also has a wireless communication device for communication with a higher-level control computer.
  • the communication device enables communication using known wireless transmission methods, such as WLAN or Bluetooth.
  • the vehicle 11 also includes a receiving unit 20 for inductively receiving energy.
  • the receiving unit 20 faces the ground.
  • Energy can be inductively transferred from a charging unit to the receiving unit 20.
  • the energy inductively transferred from the charging unit to the receiving unit 20 is used, for example, to charge the primary energy storage device 31 and to supply the drive unit.
  • the receiving unit 20 comprises a transmitter head which has a secondary coil.
  • the charging unit is designed, for example, as a current-carrying primary conductor which is laid in the ground beneath the vehicle 11.
  • the charging unit is also designed, for example, as a current-carrying primary coil which is laid in the ground beneath the vehicle 11.
  • the charging unit is arranged close to the surface of the ground. If the secondary coil of the transmitter head of the receiving unit 20 is inductively coupled to the charging unit, energy can be transmitted inductively.
  • the vehicle 11 also comprises a load-bearing unit 13 for receiving objects to be transported.
  • the load-bearing unit 13 faces away from the ground.
  • the load-bearing unit 13 has, for example, a flat surface or is trough-shaped.
  • the vehicle 11 has a cavity for accommodating a secondary energy storage device 32.
  • the secondary energy storage device 32 is located entirely in the said cavity within the vehicle 11 and does not protrude beyond the vehicle 11 in any direction. The vehicle 11 therefore protrudes beyond the secondary energy storage device 32 installed in the vehicle 11 in every direction.
  • the vehicle 11 has a transmitter module 25 for inductive energy transmission.
  • the transmitter module 25 is designed similarly to the receiving unit 20 and has a coil.
  • the transmitter module 25 of the vehicle 11 borders on the cavity for receiving the secondary energy storage device 32.
  • the secondary energy storage device 32 also has a transformer module 25 for inductive
  • the secondary energy storage 32 is so placed in the cavity of the Vehicle 11 is used such that the transmitter module 25 of the vehicle 11 is inductively coupled to the transmitter module 25 of the secondary energy storage device 32 used.
  • energy can be inductively transferred from the secondary energy storage device 32 used to the vehicle 11 and from the vehicle 11 to the secondary energy storage device 32 used.
  • the secondary energy storage device 32 has a rechargeable battery.
  • the rechargeable battery is designed, for example, as a lithium-ion battery or as a supercapacitor or ultracapacitor.
  • the receiving unit 20 of the vehicle 11 inductively absorbs energy, energy is transferred to the secondary energy storage device 32 and stored in the rechargeable battery.
  • the vehicle 11 requires electrical energy, the energy stored in the rechargeable battery is transferred to the vehicle 11.
  • the secondary energy storage device 32 has a fuel cell unit for generating electrical energy from a fuel, in particular hydrogen.
  • the secondary energy storage device 32 also has a pressure vessel for storing the fuel.
  • the secondary energy storage device 32 additionally has an electrolysis unit for generating the fuel, in particular hydrogen, a pressure tank for storing an oxidizing agent, in particular oxygen, and a liquid tank for storing water.
  • the receiving unit 20 of the vehicle 11 inductively absorbs energy
  • electrical energy is supplied to the electrolysis unit of the secondary energy storage device 32 used, for example.
  • the electrolysis unit then splits water, which is supplied from the liquid tank, into hydrogen and oxygen using the supplied electrical energy.
  • the hydrogen produced is stored in the pressure vessel, and the oxygen produced is stored in the pressure tank.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a charging station 15 of a transport system.
  • a secondary energy storage device 32 is mounted on the charging station 15.
  • the charging station 15 is used in particular for charging the mounted secondary energy storage device 32.
  • the charging station 15 also has a transmitter module 25 for inductive energy transmission.
  • the secondary energy storage device 32 is mounted on the charging station 15 in such a way that the transmitter module 25 of the charging station 15 is inductively coupled to the transmitter module 25 of the mounted secondary energy storage device 32.
  • the charging station 15 has a tank module 40.
  • the tank module 40 comprises a first tank valve 41 for conveying fuel, in particular hydrogen, to the attached secondary energy storage device 32.
  • the tank module 40 comprises a second tank valve 42 for conveying oxidizing agent, in particular oxygen, to the attached secondary energy storage device 32.
  • the tank module 40 comprises a suction line 43 for sucking water out of the attached secondary energy storage device 32.
  • the tank module 40 comprises a tank line 44 for conveying water to the attached secondary energy storage device 32.
  • the attached secondary energy storage device 32 has a rechargeable battery
  • the rechargeable battery is electrically charged at the charging station 15.
  • energy is transferred inductively from the charging station 15 via the coupled transmitter modules 25 to the attached secondary energy storage device 32 and stored in the rechargeable battery.
  • the tank module 40 is not required in this case.
  • the secondary energy storage device 32 has a fuel cell unit, a pressure vessel, an electrolysis unit, a pressure tank and a liquid tank, charging of the attached secondary energy storage device 32 can be carried out in a first manner and in a second manner.
  • Hydrogen is supplied to the pressure vessel via the first tank valve 41, and oxygen is via the second tank valve 42 to the pressure tank. Furthermore, water is taken from the water tank via the suction line. This provides the fuel cell unit of the attached secondary energy storage unit 32 with the materials required to generate electrical energy, and the liquid tank is ready to receive water generated by the fuel cell unit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Transportsystem, umfassend ein Fahrzeug (11) zum Transport von Gegenständen, welches eine Antriebseinheit zum Antrieb des Fahrzeugs (11) und einen primären Energiespeicher (31) zur Versorgung der Antriebseinrichtung aufweist, und mindestens einen sekundären Energiespeicher (32). Das Fahrzeug (11) weist eine Empfangseinheit (20) zur induktiven Aufnahme von Energie und ein Übertragermodul (25) zur induktiven Energieübertragung auf. Der sekundäre Energiespeicher (32) weist ein Übertragermodul (25) zur induktiven Energieübertragung auf, und der sekundäre Energiespeicher (32) ist derart in das Fahrzeug (11) einsetzbar, dass das Übertragermodul (25) des Fahrzeugs (11) mit dem Übertragermodul (25) des eingesetzten sekundären Energiespeichers (32) induktiv gekoppelt wird. Mittels der gekoppelten Übertragermodule (25) ist Energie induktiv von dem eingesetzten sekundären Energiespeicher (32) zu dem Fahrzeug (11) übertragbar.

Description

Transportsystem
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Transportsystem, das ein Fahrzeug zum Transport von Gegenständen, welches eine Antriebseinheit und einen primären Energiespeicher aufweist, und mindestens einen sekundären Energiespeicher umfasst.
In technischen Anlagen, Produktionswerken, Supermärkten, Industriehallen, Logistikzentren sowie Krankenhäusern sind autonom fahrende Transportfahrzeuge einsetzbar. Die autonom fahrenden Transportfahrzeuge dienen beispielsweise zum Transport von Gegenständen innerhalb der jeweiligen Anlage.
Autonom fahrende Transportfahrzeuge umfassen eine Antriebseinheit zum Antrieb des Fahrzeugs und einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung mit elektrischer Energie. Wenn der elektrische Energiespeicher leer ist, so ist in der Regel ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers erforderlich. Eine Reichweite des autonom fahrenden Transportfahrzeugs ist durch eine Kapazität des elektrischen Energiespeichers eingeschränkt.
Aus dem Dokument DE 10 2022 000 659 A1 ist ein autonom fahrendes Fahrzeug bekannt, das einen elektrischen Hilfsspeicher aufweist. Das Fahrzeug ist dazu eingerichtet, zusätzlich einen elektrischen Hauptspeicher von einer Ladestation aufzunehmen.
Aus dem Dokument DE 10 2022 002 754 A1 ist ein fahrerloses Transportfahrzeug bekannt, welches eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einem Brennstoff und eine Elektrolyseeinheit zur Erzeugung des Brennstoffs aufweist.
Aus der DE 10 2020 116 323 A1 ist ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb bekannt, welches eine Hochvoltbatterie und einen Zusatzenergiespeicher aufweist. Der Zusatzenergiespeicher ist induktiv mit einem Bordnetz des Fahrzeugs verbindbar.
Aus der DE 10 2014 006 960 A1 ist ein Fahrzeug mit einer Antriebseinheit und elektrischen Speicherelementen bekannt. Das Fahrzeug weist Schächte zur Aufnahme von zusätzlichen Lademodulen auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transportsystem der eingangs genannten Art weiterzubilden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Transportsystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Transportsystem umfasst ein Fahrzeug zum Transport von Gegenständen, welches eine Antriebseinheit zum Antrieb des Fahrzeugs und einen primären Energiespeicher zur ersorgung der Antriebseinrichtung aufweist. Das Transportsystem umfasst ferner mindestens einen sekundären Energiespeicher. Das Fahrzeug weist eine Empfangseinheit zur induktiven Aufnahme von Energie zum Laden des primären Energiespeichers auf. Das Fahrzeug weist ferner ein Übertragermodul zur induktiven Energieübertragung auf. Auch der sekundäre Energiespeicher weist ein Übertragermodul zur induktiven Energieübertragung auf. Der sekundäre Energiespeicher ist derart in das Fahrzeug einsetzbar, dass das Übertragermodul des Fahrzeugs mit dem Übertragermodul des eingesetzten sekundären Energiespeichers induktiv gekoppelt wird, und mittels der gekoppelten Übertragermodule Energie induktiv von dem eingesetzten sekundären Energiespeicher zu dem Fahrzeug übertragbar ist.
Die Empfangseinheit gestattet, Energie induktiv von einer Ladeeinheit, insbesondere von einem in einem Boden verlegten linienförmigen Leiter, aufzunehmen. Die von der Empfangseinheit aufgenommene Energie dient insbesondere zum Laden des primären Energiespeichers sowie zur Versorgung der Antriebseinrichtung. Auch die von dem eingesetzten sekundären Energiespeicher übertragene Energie dient insbesondere zum Laden des primären Energiespeichers sowie zur Versorgung der Antriebseinrichtung. Die Reichweite des autonom fahrenden Transportfahrzeugs ist somit vorteilhaft erhöht. Die induktive und damit kontaktlose Energieübertragung ist auch verschleißfrei.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mittels der gekoppelten Übertragermodule Energie auch induktiv von dem Fahrzeug zu dem eingesetzten sekundären Energiespeicher übertragbar. Somit ist Energie bidirektional zwischen dem Fahrzeug und dem sekundären Energiespeicher übertragbar. Insbesondere kann das Fahrzeug mittels der Empfangseinheit Energie von einer Ladeeinheit aufnehmen und mit der aufgenommenen Energie den primären Energiespeicher und den sekundären Energiespeicher laden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Fahrzeug und der sekundäre Energiespeicher derart ausgebildet, dass das Fahrzeug den in das Fahrzeug eingesetzten sekundären Energiespeicher in jeder Richtung überragt. Der sekundäre Energiespeicher befindet sich somit vollständig in einem Hohlraum innerhalb des Fahrzeugs und ragt in keiner Richtung über das Fahrzeug hinaus. Somit bleiben die Abmessungen des Fahrzeugs gleich, unabhängig davon, ob ein sekundärer Energiespeicher eingesetzt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fahrzeug als autonom fahrendes Transportfahrzeug ausgebildet und umfasst eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Fahrzeug eine Messeinrichtung zur Messung einer Menge von Energie, die über das Übertragermodul des Fahrzeugs übertragen wird, auf. Wenn beim Einsetzen des sekundären Energiespeichers der Ladezustand des sekundären Energiespeichers bekannt ist, so kann das Fahrzeug den aktuellen Ladezustand des sekundären Energiespeichers berechnen und bei einer Berechnung der verbleibenden Reichweite berücksichtigen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der sekundäre Energiespeicher eine wiederaufladbare Batterie auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der primäre Energiespeicher eine wiederaufladbare Batterie auf. Beispielsweise ist eine derartige wiederaufladbare Batterie als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet. Lithium-Ionen- Akkumulatoren weisen eine verhältnismäßig hohe Energiedichte sowie eine verhältnismäßig kurze Ladezeit auf.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der sekundäre Energiespeicher eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, und einen Druckbehälter zur Speicherung des Brennstoffs auf. Dabei ist Brennstoff von dem Druckbehälter zu der Brennstoffzelleneinheit förderbar. Ein derart ausgestalteter Energiespeicher weist eine verhältnismäßig hohe Energiedichte auf. Der Druckbehälter ist dabei in verhältnismäßig kurzer Zeit mit Brennstoff befüllbar. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der sekundäre Energiespeicher eine Elektrolyseeinheit zur Erzeugung des Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff, einen Drucktank zur Speicherung eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, und einen Flüssigkeitstank zur Speicherung von Wasser auf. Dabei ist Brennstoff von der Elektrolyseeinheit zu dem Druckbehälter förderbar. Oxidationsmittel ist von dem Drucktank zu der Brennstoffzelleneinheit förderbar. Ebenso ist Oxidationsmittel von der Elektrolyseeinheit zu dem Drucktank förderbar. Wasser ist von der Brennstoffzelleneinheit zu dem Flüssigkeitstank förderbar. Ebenso ist Wasser von dem Flüssigkeitstank zu der Elektrolyseeinheit förderbar.
Wenn der Elektrolyseeinheit elektrische Energie zugeführt wird, so erzeugt die Elektrolyseeinheit beispielsweise Wasserstoff, der in dem Druckbehälter gespeichert wird, und Sauerstoff, der in dem Drucktank gespeichert wird. Die Elektrolyseeinheit spaltet dabei Wasser, das aus dem Flüssigkeitstank zugeführt wird, mittels elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff.
Wenn elektrische Energie benötigt wird erzeugt die Brennstoffzelleneinheit aus dem in dem Druckbehälter gespeicherten Wasserstoff und dem in dem Drucktank gespeicherten Sauerstoff elektrische Energie. Dabei erzeugt die Brennstoffzelleneinheit auch Wasser, das in dem Flüssigkeitstank gespeichert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der sekundäre Energiespeicher eine bidirektionale Energiewandlereinheit auf, welche die Brennstoffzelleneinheit und die Elektrolyseeinheit umfasst. Die Energiewandlereinheit ist dabei bidirektional betreibbar. Wenn die Energiewandlereinheit als Elektrolyseeinheit betrieben wird, so erzeugt sie Wasserstoff und Sauerstoff. Wenn die Energiewandlereinheit als Brennstoffzelleneinheit betrieben wird, so erzeugt sie elektrische Energie und Wasser. Gewicht und/oder Volumen einer derartig ausgebildeten Energiewandlereinheit sind im Vergleich zu einer separat ausgebildeten Brennstoffzelleneinheit und einer separat ausgebildeten Elektrolyseeinheit weiter verringert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Transportsystem ferner eine Ladestation zum Laden eines sekundären Energiespeichers. Die Ladestation weist dabei ein Übertragermodul zur induktiven Energieübertragung auf. Der sekundäre Energiespeicher ist derart auf die Ladestation aufsetzbar, dass das Übertragermodul der Ladestation mit dem Übertragermodul des aufgesetzten sekundären Energiespeichers induktiv gekoppelt wird, und mittels der gekoppelten Übertragermodule Energie induktiv von der Ladestation zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher sowie von dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher zu der Ladestation übertragbar ist. Ein entleerter sekundärer Energiespeicher wird beispielsweise von einem Fahrzeug auf die Ladestation aufgesetzt und wird an der Ladestation geladen. Nach erfolgter Ladung wird der sekundäre Energiespeicher wieder in ein Fahrzeug eingesetzt.
Wenn der aufgesetzte sekundäre Energiespeicher eine wiederaufladbare Batterie aufweist, so wird die wiederaufladbare Batterie an der Ladestation elektrisch geladen. Wenn der aufgesetzte sekundäre Energiespeicher eine Brennstoffzelleneinheit, einen Druckbehälter und eine Elektrolyseeinheit aufweist, so wird der Elektrolyseeinheit elektrische Energie zugeführt, und die Elektrolyseeinheit erzeugt Brennstoff, der in dem Druckbehälter gespeichert wird. Somit wird der Druckbehälter geladen.
Vorteilhaft sind alle Übertragermodule des Fahrzeugs, der Ladestation sowie des sekundären Energiespeichers gleichartig ausgebildet. Insbesondere benötigt der sekundäre Energiespeicher somit nur ein Übertragermodul zur Energieübertragung mit dem Fahrzeug sowie mit der Ladestation. Da die Energieübertragung induktiv und damit kontaktlos durchgeführt wird, entsteht auch kein Verschleiß, wie beispielsweise an Kontakten bei einer konduktiven Energieübertragung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Ladestation ein Tankmodul auf, welches ein erstes Tankventil zum Fördern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher umfasst. Der Druckbehälter des aufgesetzten sekundären Energiespeichers kann durch das Tankmodul noch schneller geladen werden als durch Zuführung von elektrischer Energie zu der Elektrolyseeinheit.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Tankmodul zusätzlich ein zweites Tankventil zum Fördern von Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff, zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher und eine Saugleitung zum Absaugen von Wasser aus dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher. Zum Laden des aufgesetzten sekundären Energiespeichers ist somit Wasserstoff über das erste Tankventil dem Druckbehälter zuführbar, und Sauerstoff ist über das zweite Tankventil dem Drucktank zuführbar. Ebenso ist dem Wassertank über die Saugleitung Wasser entnehmbar. Damit sind der Brennstoffzelleneinheit des aufgesetzten sekundären Energiespeichers die zur Erzeugung von elektrischer Energie erforderlichen Stoffe bereitstellbar, und der Flüssigkeitstank ist zur Aufnahme von Wasser bereit, das von der Brennstoffzelleneinheit ebenfalls erzeugt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Ladestation ein Tankmodul auf, welches eine Tankleitung zum Fördern von Wasser zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher umfasst. Zum Laden des aufgesetzten sekundären Energiespeichers ist der Elektrolyseeinheit über das Übertragermodul elektrische Energie zuführbar, und dem Flüssigkeitstank ist über die Tankleitung Wasser zuführbar. Damit sind der Elektrolyseeinheit des aufgesetzten sekundären Energiespeichers Wasser und elektrische Energie zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff bereitstellbar.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem
Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs eines Transportsystems mit einem eingesetzten sekundären Energiespeicher und
Figur 2: eine schematische Darstellung einer Ladestation eines Transportsystems mit einem aufgesetzten sekundären Energiespeicher.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 11 eines Transportsystems. Das Fahrzeug 11 dient zum Transport von Gegenständen in einer technischen Anlage. Das Transportsystem umfasst auch einen sekundären Energiespeicher 32, welcher vorliegend in das Fahrzeug 11 eingesetzt ist.
Das Fahrzeug 11 ist als autonom fahrendes Transportfahrzeug ausgebildet. Das Fahrzeug 11 weist eine Antriebseinheit zum Antrieb des Fahrzeugs 11 auf. Die Antriebseinheit umfasst insbesondere einen elektrischen Traktionsmotor und Räder 22. Die Räder 22, mindestens jedoch zwei der Räder 22, sind dabei von dem Traktionsmotor antreibbar. In der hier gezeigten Darstellung stehen die Räder 22 auf einem annähernd ebenen Boden. Mittels der Räder 22 ist das Fahrzeug auf dem Boden bewegbar.
Das Fahrzeug 11 weist einen primären Energiespeicher 31 zur Versorgung der Antriebseinheit und weiterer Komponenten des Fahrzeugs 11 auf. Der primäre Energiespeicher 31 weist eine wiederaufladbare Batterie auf, die beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie oder als Superkondensator, beziehungsweise Ultrakondensator, ausgebildet ist.
Das Fahrzeug 11 weist ferner eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit auf. Das Transportfahrzeug weist auch eine hier nicht dargestellte Lenkeinrichtung zur Lenkung der Räder 22 auf. Die Lenkeinrichtung ist ebenfalls von der Steuereinheit ansteuerbar.
Das Fahrzeug 11 weist ferner Sensoren, beispielsweise Laserscanner, zur Umwelterkennung und für Sicherheitsaufgaben auf. Ebenso weist das Fahrzeug 11 Einrichtungen zur Ortung und Navigation auf. Das Fahrzeug 11 weist auch eine drahtlose Kommunikationseinrichtung zu Kommunikation mit einem übergeordneten Leitrechner auf. Die Kommunikationseinrichtung ermöglicht eine Kommunikation mittels bekannter drahtloser Übertragungsverfahren, beispielsweise WLAN oder Bluetooth.
Das Fahrzeug 11 umfasst auch eine Empfangseinheit 20 zur induktiven Aufnahme von Energie. Die Empfangseinheit 20 ist dem Boden zugewandt. Zu der Empfangseinheit 20 ist Energie induktiv von einer Ladeeinheit übertragbar. Die von der Ladeeinheit zu der Empfangseinheit 20 induktiv übertragene Energie dient beispielsweise zum Laden des primären Energiespeichers 31 sowie zur Versorgung der Antriebseinheit.
Die Empfangseinheit 20 umfasst einen Übertragerkopf, welcher eine Sekundärspule aufweist. Die Ladeeinheit ist beispielsweise als stromdurchflossener Primärleiter ausgebildet, welche in dem Boden unter dem Fahrzeug 11 verlegt ist. Die Ladeeinheit ist beispielsweise auch als stromdurchflossene Primärspule ausgebildet, welche in dem Boden unter dem Fahrzeug 11 verlegt ist. Die Ladeeinheit ist dabei nahe an der Oberfläche des Bodens angeordnet. Wenn die Sekundärspule des Übertragerkopfs der Empfangseinheit 20 mit der Ladeeinheit induktiv gekoppelt ist, so ist Energie induktiv übertragbar.
Das Fahrzeug 11 umfasst auch eine Lastaufnahmeeinheit 13 zur Aufnahme von zu transportierenden Gegenständen. Die Lastaufnahmeeinheit 13 ist dem Boden abgewandt. Die Lastaufnahmeeinheit 13 weist beispielsweise eine ebene Fläche auf oder ist muldenförmig ausgebildet.
Das Fahrzeug 11 weist einen Hohlraum zur Aufnahme eines sekundären Energiespeichers 32 auf. Der sekundäre Energiespeicher 32 befindet sich dabei vollständig in dem besagten Hohlraum innerhalb des Fahrzeugs 11 und ragt in keiner Richtung über das Fahrzeug 11 hinaus. Das Fahrzeug 11 überragt den in das Fahrzeug 11 eingesetzten sekundären Energiespeicher 32 also in jeder Richtung.
Das Fahrzeug 11 weist ein Übertragermodul 25 zur induktiven Energieübertragung auf. Das Übertragermodul 25 ist ähnlich wie die Empfangseinheit 20 ausgebildet und weist eine Spule auf. Das Übertragermodul 25 des Fahrzeugs 11 grenzt an den Hohlraum zur Aufnahme des sekundären Energiespeichers 32 an.
Auch der sekundäre Energiespeicher 32 weist ein Übertragermodul 25 zur induktiven
Energieübertragung auf. Der sekundäre Energiespeicher 32 ist derart in den Hohlraum des Fahrzeug 11 eingesetzt, dass das Übertragermodul 25 des Fahrzeugs 11 mit dem Übertragermodul 25 des eingesetzten sekundären Energiespeichers 32 induktiv gekoppelt ist. Mittels der gekoppelten Übertragermodule 25 ist Energie induktiv von dem eingesetzten sekundären Energiespeicher 32 zu dem Fahrzeug 11 sowie von dem Fahrzeug 11 zu dem eingesetzten sekundären Energiespeicher 32 übertragbar.
In einer möglichen Ausführungsform weist der sekundäre Energiespeicher 32 eine wiederaufladbare Batterie auf. Die wiederaufladbare Batterie ist beispielsweise als Lithium- lonen-Batterie oder als Superkondensator, beziehungsweise Ultrakondensator, ausgebildet. Wenn die Empfangseinheit 20 des Fahrzeugs 11 induktiv Energie aufnimmt, so wird Energie zu dem sekundären Energiespeicher 32 übertragen und in der wiederaufladbaren Batterie gespeichert. Wenn das Fahrzeug 11 elektrische Energie benötigt, so wird die in der wiederaufladbaren Batterie gespeicherte Energie zu dem Fahrzeug 11 übertragen.
In einer alternativen Ausführungsform weist der sekundäre Energiespeicher 32 eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff auf. Ferner weist der sekundäre Energiespeicher 32 einen Druckbehälter zur Speicherung des Brennstoffs auf. Optional weist der sekundäre Energiespeicher 32 zusätzlich eine Elektrolyseeinheit zur Erzeugung des Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff, einen Drucktank zur Speicherung eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, und einen Flüssigkeitstank zur Speicherung von Wasser auf.
Wenn die Empfangseinheit 20 des Fahrzeugs 11 induktiv Energie aufnimmt, so wird der Elektrolyseeinheit des eingesetzten sekundäre Energiespeichers 32 beispielsweise elektrische Energie zugeführt. Die Elektrolyseeinheit spaltet dann Wasser, das aus dem Flüssigkeitstank zugeführt wird, mittels der zugeführten elektrischen Energie in Wasserstoff und Sauerstoff. Der erzeugte Wasserstoff wird in dem Druckbehälter gespeichert, und der erzeugte Sauerstoff wird in dem Drucktank gespeichert.
Wenn das Fahrzeug 11 elektrische Energie benötigt, so erzeugt die Brennstoffzelleneinheit des eingesetzten sekundäre Energiespeichers 32 beispielsweise elektrische Energie. Die Brennstoffzelleneinheit erzeugt die elektrische Energie aus dem in dem Druckbehälter gespeicherten Wasserstoff und dem in dem Drucktank gespeicherten Sauerstoff. Dabei erzeugt die Brennstoffzelleneinheit auch Wasser, das in dem Flüssigkeitstank gespeichert wird. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestation 15 eines Transportsystems. Auf der Ladestation 15 ist ein sekundärer Energiespeicher 32 aufgesetzt. Die Ladestation 15 dient insbesondere zum Laden des aufgesetzten sekundären Energiespeichers 32.
Die Ladestation 15 weist ebenfalls ein Übertragermodul 25 zur induktiven Energieübertragung auf. Der sekundäre Energiespeicher 32 ist derart auf die Ladestation 15 aufgesetzt, dass das Übertragermodul 25 der Ladestation 15 mit dem Übertragermodul 25 des aufgesetzten sekundären Energiespeichers 32 induktiv gekoppelt ist.
Mittels der gekoppelten Übertragermodule 25 ist Energie induktiv von der Ladestation 15 zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher 32, aber auch von dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher 32 zu der Ladestation 15 übertragbar.
Die Ladestation 15 weist ein Tankmodul 40 auf. Das Tankmodul 40 umfasst ein erstes Tankventil 41 zum Fördern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher 32. Das Tankmodul 40 umfasst ein zweites Tankventil 42 zum Fördern von Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff, zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher 32. Das Tankmodul 40 umfasst eine Saugleitung 43 zum Absaugen von Wasser aus dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher 32. Das Tankmodul 40 umfasst eine Tankleitung 44 zum Fördern von Wasser zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher 32.
Wenn der aufgesetzte sekundäre Energiespeicher 32 eine wiederaufladbare Batterie aufweist, so wird die wiederaufladbare Batterie an der Ladestation 15 elektrisch geladen. Dazu wird Energie von der Ladestation 15 induktiv über die gekoppelten Übertragermodule 25 zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher 32 übertragen und in der wiederaufladbaren Batterie gespeichert. Das Tankmodul 40 wird dabei nicht benötigt.
Wenn der sekundäre Energiespeicher 32 eine Brennstoffzelleneinheit, einen Druckbehälter, eine Elektrolyseeinheit, einen Drucktank und einen Flüssigkeitstank aufweist, so ist ein Laden des aufgesetzten sekundären Energiespeichers 32 auf eine erste Art sowie auf eine zweite Art durchführbar.
Beim Laden des aufgesetzten sekundären Energiespeichers 32 auf die erste Art wird
Wasserstoff über das erste Tankventil 41 dem Druckbehälter zugeführt, und Sauerstoff wird über das zweite Tankventil 42 dem Drucktank zugeführt. Ferner wird Wasser über die Saugleitung dem Wassertank entnommen. Dadurch werden der Brennstoffzelleneinheit des aufgesetzten sekundären Energiespeichers 32 die zur Erzeugung von elektrischer Energie erforderlichen Stoffe bereitgestellt, und der Flüssigkeitstank ist zur Aufnahme von Wasser bereit, das von der Brennstoffzelleneinheit erzeugt wird.
Beim Laden des aufgesetzten sekundären Energiespeichers 32 auf die zweite Art wird Energie induktiv über die gekoppelten Übertragermodule 25 zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher 32 übertragen und der Elektrolyseeinheit zugeführt. Ferner wird Wasser über die Tankleitung dem Flüssigkeitstank zugeführt. Dadurch werden der Elektrolyseeinheit des aufgesetzten sekundären Energiespeichers 32 Wasser und elektrische Energie zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff bereitgestellt.
Bezugszeichenliste
11 Fahrzeug 13 Lastaufnahmeeinheit
15 Ladestation
20 Empfangseinheit
22 Rad
25 Übertragermodul 31 primärer Energiespeicher
32 sekundärer Energiespeicher
40 Tankmodul
41 erstes Tankventil
42 zweites Tankventil 43 Saugleitung
44 Tankleitung

Claims

Patentansprüche:
1. Transportsystem, umfassend ein Fahrzeug (11) zum Transport von Gegenständen, welches eine Antriebseinheit zum Antrieb des Fahrzeugs (11) und einen primären Energiespeicher (31) zur Versorgung der Antriebseinrichtung aufweist, und mindestens einen sekundären Energiespeicher (32), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (11) eine Empfangseinheit (20) zur induktiven Aufnahme von Energie aufweist, und dass das Fahrzeug (11) ein Übertragermodul (25) zur induktiven Energieübertragung aufweist, und dass der sekundäre Energiespeicher (32) ein Übertragermodul
(25) zur induktiven Energieübertragung aufweist, und dass der sekundäre Energiespeicher (32) derart in das Fahrzeug (11) einsetzbar ist, dass das Übertragermodul (25) des Fahrzeugs (11) mit dem Übertragermodul (25) des eingesetzten sekundären Energiespeichers (32) induktiv gekoppelt wird, und mittels der gekoppelten Übertragermodule (25) Energie induktiv von dem eingesetzten sekundären Energiespeicher (32) zu dem Fahrzeug (11) übertragbar ist.
2. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der gekoppelten Übertragermodule (25) Energie induktiv von dem Fahrzeug (11) zu dem eingesetzten sekundären Energiespeicher (32) übertragbar ist.
3. Transportsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (11) und der sekundäre Energiespeicher (32) derart ausgebildet sind, dass das Fahrzeug (11) den in das Fahrzeug (11) eingesetzten sekundären Energiespeicher (32) in jeder Richtung überragt.
4. Transportsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (11) als autonom fahrendes Transportfahrzeug ausgebildet ist und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit umfasst.
5. Transportsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (11) eine Messeinrichtung zur Messung einer Menge von Energie, die über das Übertragermodul (25) des Fahrzeugs (11) übertragen wird, aufweist.
6. Transportsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Energiespeicher (32) eine wiederaufladbare Batterie aufweist.
7. Transportsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Energiespeicher (32) eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, und einen Druckbehälter zur Speicherung des Brennstoffs aufweist.
8. Transportsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Energiespeicher (32) eine Elektrolyseeinheit zur Erzeugung des Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff, einen Drucktank zur Speicherung eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, und einen Flüssigkeitstank zur Speicherung von Wasser aufweist. 9. Transportsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Energiespeicher (32) eine bidirektionale Energiewandlereinheit aufweist, welche die Brennstoffzelleneinheit und die Elektrolyseeinheit umfasst.
10. Transportsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend eine Ladestation (15) zum Laden eines sekundären Energiespeichers (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (15) ein Übertragermodul (25) zur induktiven Energieübertragung aufweist, und dass der sekundäre Energiespeicher (32) derart auf die Ladestation (15) aufsetzbar ist, dass das Übertragermodul (25) der Ladestation (15) mit dem Übertragermodul (25) des aufgesetzten sekundären Energiespeichers (32) induktiv gekoppelt wird, und mittels der gekoppelten Übertragermodule (25) Energie induktiv von der Ladestation (15) zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher (32) sowie von dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher (32) zu der Ladestation (15) übertragbar ist.
11. Transportsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (15) ein Tankmodul (40) aufweist, welches ein erstes Tankventil (41) zum Fördern von Brennstoff zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher (32) umfasst.
12. Transportsystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Tankmodul (40) ein zweites Tankventil (42) zum Fördern von Oxidationsmittel zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher (32) und eine Saugleitung (43) zum Absaugen von Wasser aus dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher (32) umfasst.
13. Transportsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (15) ein Tankmodul (40) aufweist, welches eine Tankleitung (44) zum Fördern von Wasser zu dem aufgesetzten sekundären Energiespeicher (32) umfasst.
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