AT405227B - Ladevorrichtung für ein batteriebetriebenes fahrzeug - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladevorrichtung für ein batteriebetriebenes Fahrzeug mit wenigstens einer Fahrbatterie zum Betreiben eines Elektromotors und wenigstens einer Bordbatterie zur Versorgung eines Bordnetzes, bestehend aus einer mittels einer Umschalteinrichtung wahlweise an die Fahrbatterie oder über eine Gleichrichterschaltung an ein Versorgungsnetz anschließbaren, gesteuerten Zerhacker-5 Schaltung, die ausgangsseitig an der Primärwicklung eines Transformators anliegt, über dessen Sekundärwicklungen einerseits die über die Umschalteinrichtung anschließbare Fahrbatterie und anderseits die Bordbatterie aufladbar sind. Weist ein batteriebetriebenes Fahrzeug neben der Fahrbatterie zum Betreiben eines Elektromotors eine zusätzliche Bordbatterie zur Versorgung eines Bordnetzes auf, so können diese Batterien über gesonderte io Ladevorrichtungen von einem Versorgungsnetz her geladen werden, was mit einem entsprechenden Aufwand verbunden ist. Um den Aufwand von getrennten Ladevorrichtungen zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, die Aufladung sowohl der Fahrbatterie als auch der Bordbatterie über einen gemeinsamen Transformator mit zwei Sekundärwicklungen durchzuführen, so daß die Fahrbatterie über die eine und die Bordbatterie über die andere der Sekundärwicklungen geladen werden kann. Während die Bordbatterie /5 bleibend mit der zugehörigen Sekundärwicklung des Transformators verbunden bleiben kann, wird die Fahrbatterie über eine Umschalteinrichtung nur für den Ladebetrieb an den Transformator angelegt. Zur Anspeisung des Transformators mit hochfrequenten Spannungsimpulsen dient eine Zerhackerschaltung, die über die Umschalteinrichtung wahlweise an die Fahrbatterie oder über eine Gleichrichterschaltung an das Versorgungsnetz angeschlossen werden kann. Die Spannungsregelung für den Transformator erfolgt über 20 eine Steuereinrichtung der Zerhackerschaltung in Abhängigkeit einerseits von der Ladespannung und dem Ladestrom der Fahrbatterie und anderseits von der Spannung der Bordbatterie, je nach der Stellung der Umschalteinrichtung. Im Ladebetrieb wird daher die Fahrbatterie unter Berücksichtigung des Ladestromes und der Ladespannung vom Versorgungsnetz her aufgeladen. Mit der Umschaltung vom Lade- in den Fährbetrieb wird die Fahrbatterie vom Transformator getrennt und an die Zerhackerschaltung angeschlos-25 sen, so daß die Bordbatterie in Abhängigkeit von ihrer Spannung über den Transformator von der Fahrbatterie her geladen werden kann. Die Sekundärwicklung für das Laden der Fahrbatterie befindet sich dabei im Leerlauf. Eine solche Ladevorrichtung erlaubt zwar ein Aufladen sowohl der Fahrbatterie als auch der Bordbatterie galvanisch getrennt über einen gemeinsamen Transformator, doch muß die Zerhackerschaltung zur Spannungssteuerung verhältnismäßig aufwendig getastet werden, da sich die Eingangsspan-30 nungen im Ladebetrieb und im Fährbetrieb stark unterscheiden, wobei sich Veränderungen im Tastverhältnis nachteilig auf den Wirkungsgrad und die Baugröße des Transformators und der Schalter der Zerhackerschaltung auswirken können. Darüber hinaus ist es zum Laden einer Fahrbatterie eines batteriebetriebenen Fahrzeuges bekannt (AT 400 555 B), über einen eingangsseitig an eine Gleichrichterschaltung anliegenden, gesteuerten Hochsetz-35 steiler einen Zwischenschaltkreis in Abhängigkeit vom Ladestrom und von der Ladespannung der Fahrbatterie aufzuladen, so daß über diesen Zwischenkreis die Batterieladung in einfacher Weise erfolgen kann. Diese Ladevorrichtung ist allerdings nur zur Ladung der Fahrbatterie geeignet. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Ladevorrichtung für ein batteriebetriebenes Fahrzeug der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß mit einer einfachen Steuerung eine 40 vorteilhafte Aufladung sowohl der Fahr- als auch der Bordbatterie ermöglicht wird, und zwar bei einer optimalen Ausnutzung des Transformators. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der in einem vorgegebenen Tastverhältnis angesteuerten Zerhackerschaltung in an sich bekannter Weise ein elektronischer Spannungswandler mit einer Steuereinrichtung vorgeschaltet ist, die die Eingangsspannung der Zerhackerschaltung über den 45 Spannungswandler in der Schaltstellung der Umschalteinrichtung für das Laden der Fahrbatterie in Abhängigkeit von der Ladespannung und dem Ladestrom und in der Schaltstellung für den Fährbetrieb in Abhängigkeit von der Spannung der Bordbatterie ansteuert. Bei einer entsprechenden Ansteuerung des elektronischen Spannungswandlers kann der Zerhackerschaltung eine solche Eingangsspannung vorgegeben werden, daß an den Sekundärwicklungen des so Transformators bestimmte Spannungen bzw. Ströme abgegriffen werden können, ohne einen zusätzlichen Steuereingriff über eine Änderung des Tastverhältnisses der Zerhackerschaltung vornehmen zu müssen. Die Zerhackerschaltung kann folglich mit einem vorgegebenen, konstanten Tastverhältnis betrieben werden, was eine optimale Ausnützung des Transformators erlaubt. Die Ansteuerung des elektronischen Spannungswandlers kann dabei vergleichsweise einfach ausfallen, weil im Ladebetrieb für die Fahrbatterie lediglich 55 eine entsprechende Abhängigkeit der Ausgangsspannung des Spannungswandlers von der Ladespannung bzw. dem Ladestrom der Fahrbatterie erzielt werden muß. Durch eine geeignete Wahl des Tastverhältnisses läßt sich außerdem eine oberwellenarme Stromaufnahme aus dem Versorgungsnetz erreichen. 2

AT 405 227 B Während des Fährbetriebes, also bei vom Transformator abgeschalteter Fahrbatterie, kann über den elektronischen Spannungswandler der Zerhackerschaltung eine Eingangsspannung vorgegeben werden, die an der der Bordbatterie zugehörigen Sekundärwicklung des Transformators eine an die Bordnetzspannung angepaßte Spannung sicherstellt. Zu diesem Zweck kann die Spannung der Bordbatterie bzw. des Bordnetzes erfaßt und der Steuereinrichtung für den elektronischen Spannungswandler zugeführt werden. Aufgrund einer entsprechenden Auslegung der Sekundärwicklungen des Transformators auf die höchst zulässigen Ladespannungen der Fahr- bzw. der Bordbatterie ergibt sich für die Ausgangsspannung des Spannungswandlers ein zumindest angenähert gleichbleibender Bereich sowohl für den Fahr- als auch für den Ladebetrieb.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung für ein batteriebetriebenes Fahrzeug in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt.

Die dargestellte Ladevorrichtung für die Fahrbatterie 1 eines nicht näher dargestellten, batteriebetriebenen Fahrzeuges, das neben der Fahrbatterie 1 eine gesonderte Bordbatterie 2 zur Versorgung eines Bordnetzes aufweist, besteht im wesentlichen aus einer Gleichrichterschaltung 3, die über einen elektronischen Spannungswandler 4 eine Zerhackerschaltung 5 anspeist, an die ausgangssei· g die Primärwicklung 6 eines Transformators 7 angeschlossen ist. Der Primärwicklung 6 des Transformators 7 ist je eine Sekundärwicklung 8, 9 für die beiden Batterien 1 und 2 zugeordnet. Während die Sekundärwicklung 9 über eine Gleichrichterschaltung aus zwei Dioden 10 und einem Glättungskondensator 11 bleibend an die Bordbatterie 2 angeschlossen ist, ist zwischen der Fahrbatterie 1 und der ebenfalls mit einer Gleichrichterschaltung aus zwei Dioden 10 und einem Glättungskondensator 11 verbundenen Sekundärwicklung 8 eine Umschalteinrichtung 12 vorgesehen, die die Fahrbatterie 1 wahlweise mit der Sekundärwicklung 8 oder dem Eingang des elektronischen Spannungswandlers 4 über einen Kondensator 13 verbindet. Über diese durch einen Stelltrieb 14 ansteuerbare Umschalteinrichtung 12 kann außerdem die Gleichrichterschaltung 3 über eine Filterschaltung 15 an ein Versorgungsnetz gelegt werden, um die Fahrbatterie 1 von diesem Versorgungsnetz her aufladen zu können.

Zu diesem Zweck muß der Umschalter 12 von der gezeichneten Schaltstellung für den Fährbetrieb in die Schaltstellung für den Ladebetrieb umgeschaltet werden, so daß die Gleichrichterschaltung 3 am Versorgungsnetz anliegt und die Fahrbatterie mit der Sekundärwicklung 8 des Transformators 7 verbunden ist. Über den von der Gleichrichterschaltung 3 gespeisten Spannungswandler 4 wird der Kondensator 16 so aufgeladen, daß sich aufgrund des vorgegebenen, konstanten Tastverhältnisses der Zerhackerschaltung 5 an der Sekundärwicklung 8 des Transformators 7 eine entsprechende Ladespannung für die Fahrbatterie 1 einstellt. Diese Ladespannung wird über einen Spannungsgeber 17 erfaßt und einer Steuereinrichtung 18 zugeführt, die auch mit dem über einen Stromgeber 19 erfaßten Ladestrom beaufschlagt wird, so daß der Spannungswandler 4 in Abhängigkeit vom Ladestrom und der Ladespannung so gesteuert werden kann, daß die Aufladung der Fahrbatterie 1 entsprechend einer vorgegebenen Ladekennlinie erfolgt. Als Spannungswandler sind verschiedene Konstruktionen einsetzbar. Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich durch einen Spannungswandler 4 in Form eines Hochsetzstellers, wie er in der Zeichnung als Zusammenschaltung einer Drossel 20 mit einem Transistor 21 und einer Diode 22 dargestellt ist. Durch eine geeignete Ansteuerung des Transistors 21 über die Steuereinrichtung 18 kann nicht nur der Ladevorgang der Fahrbatterie 1 gesteuert, sondern auch eine oberwellenarme, sinusförmige Stromaufnahme aus dem Versorgungsnetz sichergestellt werden.

Die Zerhackerschaltung 5 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Gegentakt-Brückenschaltung mit vier Transistoren 23 und vier diese Transistoren 23 überbrückenden Dioden 24 ausgebildet, Das Tastverhältnis dieser Gegentakt-Brückenschaltung wird über eine Steuereinrichtung 25 fest vorgegeben, so daß die Ausgangsspannung nicht über das Tastverhältnis, sondern über die Größe der eingangsseitig am Kondensator 16 anliegenden Spannung bestimmt wird.

Da die Sekundärwicklungen 8 und 9 des Transformators 7 so ausgelegt sind, daß die höchstzulässigen Ladespannungen für die Fahrbatterie 1 und die Bordbatterie 2 zugleich erreicht werden, ergibt sich im Ladebetrieb für die Fahrbatterie 1 auch eine entsprechende Versorgung der Bordbatterie 2 bzw. des Bordnetzes. Im Fährbetrieb kann dann insbesondere auf die Verhältnisse im Bordnetz Rücksicht genommen werden, weil in diesem Fall die Fahrbatterie 1 vom Transformator 7 getrennt ist und der Spannungswandler 4 über die Fahrbatterie 1 mit einer Gleichspannung versorgt wird, die in Abhängigkeit von der über einen Spannungsgeber 26 erfaßten Spannung der Bordbatterie 2 auf eine entsprechende Spannung am Ausgang des Spannungswandlers 4 gesetzt werden kann, die den jeweiligen Ladezustand der Bordbatterie 2 berücksichtigt. Zu diesem Zweck muß selbstverständlich die Steuereinrichtung 18 in Abhängigkeit von der Stellung des Umschalters 12 beaufschlagt werden. 3

Claims (1)

1. AT 405 227 B Patentansprüche 1. Ladevorrichtung für ein batteriebetriebenes Fahrzeug mit wenigstens einer Fahrbatterie zum Betreiben eines Elektromotors und wenigstens einer Bordbatterie zur Versorgung eines Bordnetzes, bestehend 5 aus einer mittels einer Umschalteinrichtung wahlweise an die Fahrbatterie oder über eine Gleichrichterschaltung an ein Versorgungsnetz anschließbaren, gesteuerten Zerhackerschaltung, die ausgangsseitig an der Primärwicklung eines Transformators anliegt, über dessen Sekundärwicklungen einerseits die über die Umschalteinrichtung anschließbare Fahrbatterie und anderseits die Bordbatterie aufladbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem vorgegebenen Tastverhältnis angesteuerten Zerhacker-io Schaltung (5) in an sich bekannter Weise ein elektronischer Spannungswandler (4) mit einer Steuereinrichtung (18) vorgeschaltet ist, die die Eingangsspannung der Zerhackerschaltung (5) über den Spannungswandler (4) in der Schaltstellung der Umschalteinrichtung (12) für das Laden der Fahrbatterie (1) in Abhängigkeit von der Ladespannung und dem Ladestrom und in der Schaltstellung für den Fährbetrieb in Abhängigkeit von der Spannung der Bordbatterie (2) ansteuert. 15 Hie2u 1 Blatt Zeichnungen 20 25 30 35 40 45 SO 4 55