DE2936663A1

DE2936663A1 - Einrichtung zur stromversorgung der elektrischen verbraucher von batteriebetriebenen elektrofahrzeugen

Info

Publication number: DE2936663A1
Application number: DE19792936663
Authority: DE
Inventors: Christian Dr.rer.nat. 7030 Böblingen Bader
Original assignee: Deutsche Automobil GmbH
Current assignee: Deutsche Automobil GmbH
Priority date: 1979-09-11
Filing date: 1979-09-11
Publication date: 1981-03-26
Also published as: GB2059198A; IT1128178B; FR2465344A1; FR2465344B1; IT8049636A0; GB2059198B

Description

Deutsche Automobilgesellschaft rnbl! DAUG 72

Hannover 6.9·79

"Einrichtung zur Str Iniversorgung der elektrischen Verbraucher von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Stromversorgung der elektrischen Verbraucher ν in batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen, bei welchen insbesondere die Bordnetzbatterie von der Traktionsbatterie getrennt ist und während des Fahrbetriebes nicht durch eine zusätzliche Ladeeinrichtung aufgeladen wird, mit einem Gleichspannungswandler.

Bei batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen ist die Spannung der Traktionsbatterie, die die für den Fahrzeugantrieb notwendige Energie speichert, meist wesentlich größer als die Spannung des sogenannten Bordnetzes, aus dem die üblichen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs (Beleuchtungsanlage, Signalmittel usw.) gespeist werden. Ein entsprechender Teilabgriff an der Traktionsbatterie zur Versorgung des Bordnetzes mit der möglichen Spannung 12 V oder 2.h V verbietet sich deshalb, da dann die Zellen des Teilabgriffs an der Traktionsbatterie stärker als die übrigen Zellen entladen würden, so daß entweder die Kapazität der Traktionsbatterie nicht voll genutzt werden kann oder die Zellen des Teilabgriffs unzulässig tief entladen würden. Darüber hinaus sollte aus Sicherheitsgründen oberhalb einer bestimmten Spannung der Traktionsbatterie keine galvanische Verbindung zwischen dem Antriebsstromkreis und dem Bordnetz bestehen. Dies bedeutet insbesondere, daß bei höheren Spannungen der Traktionsbatterie der Antriebsstromkreis keine elektrische Verbindung mit dem Fahrzeugchassis aufweisen darf, da das Fahrzeug-

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chassis üblicherweise zur elektrischen Rückleitung im
Bordnetz verwandt wird. Deshalb ist bei den meisten
Elektrοfahrzeugen zur Versorgung des Bordnetzes eine eigene Batterie vorgesehen. Diese Batterie kann, wie bei Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb üblich, über eine vom
Antriebsmotor angetriebene Lichtmaschine aufgeladen werden. Diese Lösung ist jedoch vom energetischen Standpunkt aus

meist

unbefriedigend, da diese Lichtmaschine einen nur ungenügenden Wirkungsgrad aufweist (^<Ο,35) und sich die der Traktionsbatterie hierdurch entnommene Energie noch zusätzlich um
den Motorwirkungsgrad und gegebenenfalls um den des vorgeschalteten elektronischen Stellglieds erhöht. Insbesondere bei kleineren Fahrzeugen kann die zur Ladung der Bordnetzbatterie über eine Lichtmaschine erforderliche Leistung
bis zu 15 /* der Leistung ausmachen, die der Traktionsbatterie bei einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit von
50 km/h abverlangt wird.

Aus diesem Grund wirdbei Elektrofahrzeugen zur Ladung der
Bordnetzbatterie oftmals ein elektronischer Gleichspannungswandler eingesetzt. Dieser setzt die Spannung der Traktionsbatterie in eine Wechselspannung hoher Frequenz um, die
über einen Transformator mit getrennten Wicklungen und anschließende Gleichrichtung auf das zum Laden der Bordnetzbatterie notwendige Maß verkleinert wird (DE-OS 2k 53 979)· Diese Gleichspannungswandler weisen zwar einen guten
Wirkungsgrad auf, verursachen jedoch Kosten, die ein Mehrfaches der einer Lichtmaschine betragen.

Es ist auch bekannt (DE-OS 2 503 269), die Bordnetzbatterie in ihrer Speicherkapazität so auszulegen, daß sie nach einer vorangegangenen Aufladung in der Lage ist, unter allen Betriebsbedingungen des Elektrofahrzeuge die an sie angeschlossenen Verbraucher mit Energie zu versorgen, solange
die Antriebsbatterie den Fahrmotor speisen kann, und diese Batterie mit Hilfe einer Ladeeinrichtung gleichzeitig mit
der Traktionsbatterie zu laden. Da in dieser Schaltung die

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Bordnetzbatterie während des Fahrbetriebs nicht aufgeladen wird, hat die Spannung des Bordnetzes während der Fahrt etwa den Wert der mittleren Entladespannung der Batterie. Diese beträgt etwa 85 % des Werts der Soll-Generatorspannung bei konventionellen Fahrzeugen. Hierdurch wird zwar die Funktion der angeschlossenen Verbraucher nicht beeinträchtigt; jedoch reduziert sich in diesem Fall aufgrund der starken Spannungsabhängigkeit der Lichtstrom der Glühlampen auf fast 60 % des geforderten Nennwerts und liegt damit weit unterhalb der zulässig erachteten Untergrenze des Lichstroms von 90 %. Als Abhilfe wäre zwar denkbar, bei der vorzugsweise verwendeten Bleibatterie als Bordnetzbatterie im Fall eines 12 V-Bordnetzes anstelle von 6 Einzelzellen 7 Einzelzellen zu verwenden. Jedoch erforderte dies für Elektrofahrzeuge spezielle Batterien, was angesichts der geringen Stückzahl nicht angängig erscheint. Darüber hinaus würde sich aufgrund der Höhe der Ladespannung einer 7-zelligen Bleibatterie für die angeschlossene Fahrzeugbeleuchtung eine wesentliche Beeinträchtigung ergeben.

Aus der DE-OS 2 "}kk 382 ist schließlich bekannt, die Beleuchtungseinrichtung eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge über einen abwärts transformierenden Gleichspannungswandler zu versorgen. Diese Lösung setzt jedoch voraus, daß die Spannung der Bordnetzbatterie stets größer ist als die mit Rücksicht auf den geforderten Lichtstrom notwendige Versorgungsspannung der Beleuchtungseinrichtungen. Bei Verwendung handelsüblicher Batterien käme für ein 12 V-Bordnetz demnach eine Batterie mit der Nennspannung 2k V infrage, was eine unwirtschaftliche Überdimensionierung bedeutete. Abgesehen davon müßte der angeschlossene abwärts transformierende Gleichspannungswandler für die volle Leistung der angeschlossenen Verbraucher dimensioniert werden, da die elektrischen Zusatzeinrichtungen für Personen- oder kleinere Lastfahrzeuge meist nur für eine Versorgung mit 12 V vorgesehen sind.

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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug, dessen Bordnetzbatterie während des Fahrbetriebs nicht aufgeladen wird, die ordnungsgemäße elektrische Versorgung der spannungsempfindlichen Verbraucher, insbesondere der Beleuchtungseinrichtungen, sicherzustellen, ohne dabei die Ausrüstung der Bordnetzbatterie und der Beleuchtungseinrichtung gegenüber dem konventionellen Fahrzeug zu verändern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die nicht spannungsempfindlichen Verbraucher direkt an die Bordnetzbatterie angeschlossen sind, und daß die spannungsempfindlichen Verbraucher über einen aufwärtstransformierenden und regelnden Gleichspannungswandler an die Bordnetzbatterie angeschlossen sind, welcher aus einer Reihenschaltung einer Induktivität und einer in Durchlaßrichtung von der Bordnetzbatterie zu den spannungsempfindlichen Verbrauchern gepolten Freilaufdiode besteht, deren Verbindungspunkt durch den Schalttransistor periodisch mit dem Minuspol der Bordnetzbatterie verbindbar ist.

Durch diese Lösung erübrigt sich ein 24 V-Bordnetz und der Gleichspannungswandler kann für eine geringere Leistung ausgelegt werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die beim Einschalten der Glühlampen auftretenden kurzzeitigen Überströme im Gegensatz zu der in der DE-OS 2 344 382 angegebenen Anordnung nicht den gegen Überströme meist empfindlichen elektronischen Schalter belasten. Schließlich verursacht bei der erfindungsgemäßen Lösung selbst ein Ausfall des elektronischen Schalters keine Verkehrsgefährdungen, da auch in diesem Notfall die Beleuchtungsanlage, wenn auch mit verringerter Spannung, versorgt wird.

In der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

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Während die spannungsunempfindlichen Verbraucher, dargestellt etwa durch einen Gebläsemotor 2 und ein Signalhorn 3 über die entsprechenden Betätigungsschalter direkt mit der Bordnetzbatterie 1 verbunden sind, ist in die Verbindung zwischen der Bordnetzbatterie und den Beleuchtungseinrichtungen 8 und 9 eine Spannungswandlerschaltung 10 eingefügt. Dabei wird ein elektrischer Schalter, dargestellt als Transistor 6, von der Steuerschaltung k periodisch geöffnet und geschlossen mit einer Frequenz, die zweckmäßigerweise im kllz-Bereich liegt.

Solange der Transistor leitet, steigt der Strom durch die Induktivität 5, der bei der anschließenden Sperrphase des Transistor 6 über die Freilaufdiode 7 und die angeschlossenen Beleuchtungseinrichtungen 8, 9 fließt. Während dieser Zeit setzt sich die Versorgungsspannung der Beleuchtungseinrichtungen aus der Summe der Spannung der Batterie 1 und der Spannung an der Induktivität 5 zusammen. Durch geeignete Wahl des Tastverhältnisses, d. h. das Verhältnis zwischen Einschalt- und Ausschaltzeit des Transistors 6, läßt sich somit erreichen, daß der für den Lichtstrom maßgebliche Effektivwert der an den Beleuchtungseinrichtungen liegenden Spannung im geforderten Maß über der Batteriespannung liegt. Für eine Bleibatterie mit der Nennspannung 12 V ergibt sich, daß die Einschaltzeit etwa halb so groß wie die Ausschaltzeit sein muß. Der genaue Wert des Tastverhältnisses wird zweckmäßig durch eine im einzelnen nicht dargestellte Regelschaltung in der Ansteuerschaltung k festgelegt.

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Claims

Deutsche Automobil gesell schaft mbH DAUG 72

Hannover 6.9.79

"Einrichtung zur Stromversorgung der elektrischen Verbraucher von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen"

Patentanspruch

Einrichtung zur Stromversorgung der elektrischen Verbraucher von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen, bei welchen insbesondere die Bordnetzbatterie von der Traktionsbatterie getrennt ist und während des Fahrbetriebes nicht durch eine zusätzliche Ladeeinrichtung aufgeladen wird, mit einem Gleichspannungswandler, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht spannungsempfindlichen Verbraucher (2, 3) direkt an die Bordnetzbatterie (l) angeschlossen sind, und daß die spannungsempfindlichen Verbraucher (8, 9) über einen aufwärtstransformierenden und regelnden Gleichspannungswandler (10) an die Bordnetzbatterie angeschlossen sind, welcher aus einer Reihenschaltung einer Induktivität (5) und einer in Durchlaßrichtung von der Bordnetzbatterie (l) zu den spannungsempfindlichen Verbrauchern (8, 9) gepolten Freilaufdiode (7) besteht, deren Verbindungspunkt durch den Schalttransistor (6) periodisch mit dem Minuspol der Bordnetzbatterie (l) verbindbar ist.

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