DE1276683B - Anordnung und Schaltverfahren zur Anfahr- und Nutzbremssteuerung von Akkumulator-Triebfahrzeugen - Google Patents

Description

• Anordnung und Schaltverfahren zur Anfahr- und Nutzbremssteuerung von Akkumulator-Triebfahrzeugen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anfahr- und Nutzbremssteuerung von Akkumulator-Triebfahrzeugen mit in Gruppen unterteilter Batterie, bei der die Reihenfolge der Einschaltung bei aufeinanderfolgenden Anfahrten bzw. Bremsungen, vom Lade- bzw. Entladezustand der Batteriegruppen ausgehend, veränderbar ist.
• Derartige Anordnungen dienen dazu, die Verluste, vor allem die Anfahrverluste, auf ein Minimum zu beschränken und verwenden die kinetische Energie des Fahrzeuges in Form der Nutzbremsung zur Speisung und Wiederaufladung. Auf diese Weise kann der Aktionsradius der Triebfahrzeuge erweitert bzw. das Batteriegewicht verringert werden. Ferner gestatten es diese Anordnungen, zur gleichmäßigen Ausnutzung der Gruppen einer Batterie bei aufeinanderfolgenden Anfahrten die Batteriegruppen zyklisch zu vertauschen, so daß stets eine andere Batteriegruppe die zuerst eingeschaltete ist (deutsche Patentschriften 129 946 und 613 800). Hierbei liegt die Reihenfolge der Vertauschung fest und ist nicht veränderbar.
• Zur Stromrückgewinnung und Ladung der Batterie wird die Nutzbremsung herangezogen. Dazu werden die Erregerwicklungen der nun als Generator laufenden Maschine umgeschaltet (von Haupt- auf Nebenschluß), und die steuernde Schaltwalze wird in Richtung 0-Stellung entsprechend der Fahrtverlangsamung des Triebfahrzeuges zurückgedreht und so die Zahl der eingeschalteten Batteriegruppen vermindert (deutsche Patentschrift 613 800). Die Rückdrehung der Schaltwalze muß zur Ausnutzung der Nutzbremse für die Batterieladung dabei so erfolgen, daß die elektromotorische Kraft des Ankers der Maschine die für jede betreffende Fahrstufe verfügbare Spannung überwiegt und deshalb Energie zur Ladung unter gleichzeitiger Bremsung des Triebfahrzeuges proportional dem abgegebenen Strom zur Verfügung steht. Die in einem Zyklus bei der Anfahrt zuerst eingeschaltete Batteriegruppe wird bei der folgenden Bremsung auch die letzte für die Ladung sein. Der bei der Anfahrt am stärksten entladene Batterieteil wird demnach bei der Bremsung auch am stärksten geladen.
• Mit einer solchen Einrichtung ist jedoch nur theoretisch eine gleichmäßige Beanspruchung der Batteriegruppen erzielbar, da der Erschöpfungszustand derselben, der nach einer Belastung abhängig vom unterschiedlichen Alterungsgrad einer Batterie ist, nicht berücksichtigt wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsmöglichkeit zu finden, die es gestattet, bei der Anfahrt jeweils die am besten geladene Batteriegruppe zuerst zu verwenden und von ihr ausgehend die benachbarten Gruppen zuzuschalten und bei der Nutzbremsung die Batteriegruppen so aus dem Stromkreis zu schalten, daß die am wenigsten geladene Batterie am längsten eingeschaltet bleibt.
• Die Erfindung löst für eine Einrichtung der eingangs genannten Art diese Aufgabe dadurch, daß zwei meßgrößengesteuerte, in einander entgegengerichtetem Sinn antreibbare Schaltwerke vorgesehen sind, die nach jeweiligem Durchlauf einander ablösend von einer erfaßten Batteriegruppe aus mittels nichtschleifender Schalterkontakte die anderen Batteriegruppen nacheinander jeweils an zwei Sammelschienenpaare legen, von denen das eine Paar über gleichsinnig geschaltete Gleichrichter zu einem Pluspol, das andere Paar über in dazu umgekehrter Durchlaßrichtung gleichsinnig geschaltete Gleichrichter zu einem Minuspol vereinigt und die Pole mit den Motorklemmen verbunden sind.
• Es ist an sich bekannt, zum Zu- oder Abschalten von Batterieteilen Gleichrichter zu verwenden, um Kurzschlußströme beim überschalten zu vermeiden (deutsche Patentschrift 824 517), und auch die Verwendung von Sammelschienenpaaren zum Abgreifen verschieden hoher Spannungen von einer mit Anzapfungen versehenen Spannungsquelle ist für sich bekannt (Sachs: »Elektrische Triebfahrzeuge.«, 11, 1953, S. 253). Schutz wird für diese Merkmale auch nur in Verbindung mit den übrigen Merkmalen des Anspruchs 1 beansprucht.
• Durch die Erfindung kann die Batterie auf bessere Weise geschont und ausgenutzt werden als bisher, indem jeweils für jede Anfahrt und jede Bremsung eine neue Auswahl getroffen wird, derart, daß beim Anfahren die Batteriegruppe mit dem besten Ladezustand als erste eingeschaltet wird und beim Nutzbremsen die Batteriegruppe mit dem schwächsten Ladezustand am längsten eingeschaltet bleibt. Auf diese Weise wird auch bei ungleichmäßigem Alterungszustand der Batteriegruppen eine sehr gleichmäßige Ausnutzung derselben erreicht. Das Kriterium für den Lade- bzw. Entladezustand der einzelnen Batteriegruppen wird in Ausgestaltung der Erfindung durch Zählung der entnommenen Amperestunden oder durch Messung der Spannung der einzelnen Batteriegruppen bestimmt. Die Amperestundenzahl kann dabei durch Zähler oder ein digital arbeitendes Zählwerk mit Halbleiterbauteilen gemessen werden.
• In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es ist angenommen, daß ein Triebfahrzeug eine Batterie 1 enthält, die in die Gruppen 11 bis 16 unterteilt ist. Die Zahl der Gruppen richtet sich nach der Mindestzahl der Anfahrstufen. Ferner ist ein Schaltwerk 2 mit den Kontakten 20 bis 26 sowie ein weiteres Schaltwerk 3 mit den Kontakten 30 bis 36 vorhanden. Die Kontakte dieser Schaltwerke werden je nach dem Lade-bzw. Entladezustand der Batteriegruppen im Verlauf der Anfahrt gesteuert. Durch die Kontakte des Schaltwerks 2 werden die einzelnen Batteriegruppen auf zwei Sammelschienen 4', 4" geschaltet und über Gleichrichter 6', 6" mit den Motorklemmen verbunden. Durch die Kontakte des Schaltwerks 3 werden die Batteriegruppen mit Schienen 5', 5" verbunden, und über Gleichrichter 7', 7" erfolgt der Anschluß an die anderen Motorklemmen. Im übrigen ist angenommen, daß das Fahrzeug zwei Fahrmotoren mit den Ankern 8', 9' und den Feldwicklungen 8", 9" besitzt.
• Wird durch Messung der Batterieentladung die Batteriegruppe mit der geringsten Entladung bzw. der höchsten Gruppenspannung festgestellt und handelt es sich dabei um die Gruppe 13, so wird vor dem Anfahren zunächst der Schalter 32 geschlossen, indem das Schaltwerk 3 in diese Stellung gebracht wird. Sodann läuft das Schaltwerk 2 aufwärts und schließt nacheinander die Schalter 23 bis 26. Die überlappung der Schaltzeiten der Schalterkontakte an den Schaltwerken ist in bekannter Weise so gewählt, daß niemals drei Schalter zugleich geschlossen sind und beim Weiterschalten der folgende Schalter erst schließt, wenn der bisher geschlossene Schalter geöffnet hat. Die Ventile 6' und 6" verhindern dabei einen Kurzschluß der Batteriegruppe während der überlappungszeit. Wenn das Schaltwerk 2 in die letzte Stufe eingelaufen ist, der Schalter 26 also geschlossen hat, erfolgt das Ansteuern der weiteren Stufen durch Zurücklaufen des Schaltwerks 3 bzw. Schließen der Schalter 31 und 30. In dieser letzten Stellung ist die gesamte Batterie eingeschaltet.
• Bei der Nutzbremsung wird mit dem Fahrbremswender die Motor-EMK umgepolt und von einem Rechenwerk die Stufe bzw. Gruppenzahl und die Batteriegruppe, die am längsten durch den Bremsstrom geladen werden soll, ermittelt. Die vorgegebene Stufe entspricht der Fahrgeschwindigkeit bei Beginn der Bremsung. Die Batteriegruppe, die am längsten geladen werden soll, ist die mit dem schwächsten Ladezustand. Durch eine Diodenlogik werden auf Grund der beiden Befehle die entsprechenden einzulegenden Schalter bestimmt und die Schaltwerke angesteuert. Ist beispielsweise die Batteriegruppe 13 die schwächste Gruppe und beträgt die Fahrgeschwindigkeit etwa 80 % der Dauerfahrgeschwindigkeit (bei der die Spannung der gesamten Batterie der Motor-EMK entspricht), so werden die Schalter 36 und 21 geschlossen. Das Schaltwerk 2 läuft dann im Verlauf der Abbremsung bis zur Schließung des Schalters 22 hoch und danach das Schaltwerk 3 bis zur Schließung des Schalters 33. Die Steuerung der Stufen bzw. der Gruppenzahl während der Abbremsung erfolgt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, die Ansteuerung der Schalter wieder über eine Diodenlogik.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur Anfahr- und Nutzbremssteuerung von Akkumulator-Triebfahrzeugen mit in Gruppen unterteilter Batterie, bei der die Reihenfolge der Einschaltung bei aufeinanderfolgenden Anfahrten bzw. Bremsungen, vom Lade- bzw. Entladezustand der Batteriegruppen ausgehend, veränderbar ist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zwei meßgrößengesteuerte, in einander entgegengerichtetem Sinn antreibbare Schaltwerke (2, 3) vorgesehen sind, die nach jeweiligem Durchlauf einander ablösend von einer erfaßten Batteriegruppe (z. B. 13) aus mittels nichtschleifender Schalterkontakte (20 bis 26 und 30 bis 36) die anderen Batteriegruppen (14 bis 16 und 12 bis 11) nacheinander jeweils an zwei Sammelschienenpaare (4', 4" und 5', 5'7 legen, von denen das eine Paar (4', 4") über gleichsinnig geschaltete Gleichrichter (6', 6") zu einem Pluspol, das andere Paar (5', 5") über in dazu umgekehrter Durchlaßrichtung gleichsinnig geschaltete Gleichrichter (7', 7'7 zu einem Minuspol vereinigt und die Pole mit den Motorklemmen verbunden sind.
2. 2. Schaltverfahren zur Anfahr- und Nutzbremssteuerung von Akkumulator-Triebfahrzeugen unter Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren die Batteriegruppe mit dem besten Ladezustand als erste eingeschaltet wird und beim Nutzbremsen die Batteriegruppe mit dem schwächsten Ladezustand am längsten eingeschaltet bleibt.
3. 3. Schaltverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand der einzelnen Batteriegruppen durch Zählung der entnommenen Amperestunden oder durch Messung der Spannung der Batteriegruppe bestimmt wird. In. Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 129 946, 613 800, 824 517; schweizerische Patentschrift Nr.19 579; Buch von S a c h s, »Elektrische Triebfahrzeuge«, Bd. 11 (1953), S. 253.