DE3132129A1 - Batteriebetriebenes fahrzeug - Google Patents
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Description
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Beschreibung I
Die Erfindung betrifft ein batteriebetriebenes Fahrzeug mit
einem Gleichstrom-Reihenschlußmotor, einem Gleichstromsteller zur Steuerung der Motordrehzähl und einer Batterie, die von
einer vom Fahrzeug getrennten Stromquelle aufladbar ist.
Von elektrischen Batterien betriebene ^Fahrzeuge müssen normalerweise
regelmäßig aus einer vom Fahrzeug getrennten Stromquelle nachgeladen werden. Dies kann entweder durch Abstellen
des Fahrzeugs und Laden der Batterie, während diese im Fahrzeug verbleibt, oder durch Austausch der Batterie gegen eine
andere vollends geladene Batterie erfolgen. Für schwerde batteriebetriebene Fahrzeuge wie beispielsweise Ladefahrzeuge
im Bergbau reicht die Batteriekapazität für gewöhlich nicht
für eine volle Arbeitsschicht aus, was bedeutet, daß das Fahrzeug bzw. die Batterie vor dem Ende der Schicht ausgetauscht
werden müssen. Dies bringt Probleme durch Arbeitsunterbrechungen für den Austausch der Batterie oder auch den
wirtschaftlichen Nachteil mit sich, daß zwei Fahrzeuge anstelle eines einzigen benötigt werden.
Eine Lösung dieses Problems könnte darin bestehen, das Fahrzeug
selbst mit einem Ladegerät darauf zu versehen, so daß das Aufladen der Batterie auch während kurzer Betriebsunterbrechungen
wie Frühstückspausen und dergleichen erfolgen kann. Auf diesem Wege könnte die Betriebszeit der Batterie wesentlich verlängert
werden, ohne während des Fahrzeugsbetriebs unerwünschte Unterbrechungen
in Kauf nehmen zu müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein batteriebetriebenes Fahrzeug, das..mit einem in das elektrische System des Fahrzeugs einbezogenen Ladegerät versehen ist, und insbesondere ein Fahrzeug
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Drehzahl des Fahrmotors von einem Gleichstromsteller, steuerbar ist,
welcher so ausgebildet ist, daß dieser auch zur Steuerung des Ladestroms herangezogen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese' Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Batterie und die Stromquelle über den Gleichstromsteller zur Steuerung des Ladestroms elektrisch verbindbar sind, wobei
der Gleichstromsteller einen Betriebsbereich hat, bei welchem der Motor zur Nutzbremsung verwendbar ist, und wobei der
Gleichstromsteller in diesem Betriebsbereich arbeitet, wenn die Batterie von der äußeren Stromquelle aufgeladen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Einige Ausführungsbeispiele der bei dem erfindungsgemäßen
Fahrzeug verwendeten elektrischen Schaltung werden nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: ein Ladefahrzeug in perspektivischer
Ansicht,
Fig. 2s ein Schaltbild des elektrischen Fahr
zeugantriebs mit der Ladeeinrichtung,
Fig. 3 Uo 4s andere Ausführungsformen des linken Teils
des Schaltbildes nach Fig. 2.
Das in Fig. 1 gezeigte Ladefahrzeug wird, von einer elektrischen
Batterie betrieben und enthält einen Batteriekasten 1o, einen elektrischen Fahrmotor 11 und einen Steuerschrank 12. Im
Steuerschrank 12 ist die elektrische Ausrüstung zum Steuern des Fahr- und des Bremssystems des Fahrzeugs ebenso wie
Q ö O
zusätzliche Einrichtungen enthalten, die erforderlich sind,
wenn die Batterie 1o aufgeladen wird. Der Fahrmotor ist ein
Gleichstrom-Reihenschlußmotor, der- mit der. Vorderachse und
der Hinterachse über nicht gezeigte Antriebswellen gekuppelt ist.
Die elektrische Schaltung nach Fig. 2 enthält einen Gleichstromsteller zum Steuern der Motordrehzahl und zur Ermöglichung
einer Nutzbremsung. Das Hauptelement des Gleichstromstellers sind zwei selbstgeführte Thyristoren 13 und 14, die an je
eine Seite der Feldwicklung 15 des Motors 11 angeschlossen
sind. Der erste Thyristor 13 ist bei Vorwärtsantrieb in Benutzung, während der zweite Thyristor 14 eingeschaltet
wird, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt. Die Antriebsrichtung ist bestimmt durch die Drehrichtung des Motors 11, die ihrerseits
von der Stromrichtung in der Feldwicklung 15 bestimmt wird« Zur Steuerung dieser Stromrichtung sind zwei Schaltkontakte
17 und 18 parallel zwischen dem Anker 16 des Motors und jeweils einer Seite der Feldwicklung 15 angeschlossen, an
welche ferner Dioden 19 bzw. 2o angeschlossen sind. Diese befinden sich in Freilaufkreisen, die außerdem den Anker 16
und die Feldwicklung 15 enthalten. In der Schaltung sind auch
ein Schaltkontakt 21 und eine Diode 22 vorhanden, die benötigt
werden, wenn das elektrische System zur Nutzbremsung oder Batterieaufladung herangezogen wird. Auf jeder Seite des
Ankers 16 befindet sich ein Schaltkontakt 23 bzw. 24, die
einen Umstellschalter zum Abtrennen des Ankers 16 und zur Einschaltung einer ungesteuerten Gleichrichter-Brückenschaltung 25 bilden, wenn die Batterie 1o aus dem Drehstromnetz
oder einer anderen äußeren Energiequelle aufgeladen werden sollen.
Beim Antrieb in Vorwärtsrichtung werden die Schaltkontakte 21 und 18 geschlossen. Der Thyristor 13 wird von einem
schematisch dargestellten Triggerkreis 27 angesteuert, und es
wird ein ansteigender Strom durch den Anker 16 und die Feldwicklung
15 fließen. Wenn der Thyristor 13 ausgeschaltet wird, wird ein abnehmender Strom durch einen Kreis fließen, der aus
der Freilaufdiode 19, dem Schaltkdntakt .21, dem Anker 16, dem
Schaltkontakt 18 und der Feldwicklung 15 besteht. Wenn der
Strom auf ein bestimmtes Niveau abgesunken ist, wird der Thyristor 13 erneut angesteuert, und der vorbeschriebene Vorgang wird ständig wiederholt. Der Thyristor 13 wird zusammen
mit dem Freilaufkreis einen dreieckig geformten Motorstrom
erzeugen. Die Motordrehzahl wird durch elektrische Steuerung der Ansteuerimpulse in dem Triggerkreis 27 und in solcher
Weise gesteuert werden, daß der Thyristor 13 im Verhältnis zum Niederdrücken eines am Fahrzeug angeordneten Fußpedals
angesteuert wird.
Um auch rückwärts fahren zu können., muß die Stromrichtung in
der Feldwicklung 15 umgekehrt werden. Dies geschieht durch Öffnen des Schaltkontakts 18 und Schließen des Schaltkontakts
17. Der Thyristor 14 wird nun zur Erzeugung des dreieckförmxgen Stromes herangezogen. Wenn der Thyristor 14 von einem anderen ·
schematisch angedeuteten Triggerkreis 28 angesteuert wird, wird Strom in dem Kreis mit der Batterie 1o, dem Anker 16,
der Feldwicklung 15 und dem Thyristor 14 fließen, und während der Zeitabschnitte, in denen der Thyristor. 14 ausgeschaltet
ist, fließt Strom in dem Kreis mit der Feldwicklung 15, der Freilaufdiode 2o und dem Anker 16.
Während der Nutzbremsung ist der Schaltkontakt 21 geöffnet und, falls das Fahrzeug vorwärtsfährt, der Schaltkontakt 18 offen,
während sich der Schaltkontakt 17 in Schließstellung befindet. Der magnetische Fluß im Motor wird durch einen äußeren nicht
gezeigten Schaltkreis umgekehrt und eine -Motorspannung mit dem
höheren Potential in der Feldwicklung 15 wird aufgebaut. Wenn der Thyristor 14 angesteuert wird, wird ein zunehmender Strom
3 OO
β β 9
durch die Diode 22, den Anker 16 und die Feldwicklung 15
fließen und darin einen zunehmenden elektromagnetischen Fluß aufbauen. Wenn der Strom eine bestimmte Höhe erreicht
hat, wird der Thyristor 14 ausgeschaltet/ und die Feldwicklung 15 wird durch die Diode 2o, die Batterie 1o, die Diode 22
und den Anker 16 entladen. Auf diese Weise wird die Batterie
1o periodisch mit Ladestrom aus der in der Feldwicklung 15
gespeicherten Energie versorgt. Während derselben Zeitabschnitte wird die Batterie 1o auch unmittelbar vom Anker 16
über die Diode 19 geladen, und dieser Direktteil nimmt zu, wenn die Motordrehzahl ansteigt. Die angewandte Bremskraft und
die gesamte Ladestromintensität sind von dem Taktverhältnis des Thyristors 14 abhängig.
Wenn die Nutzbremsung bei Rückwärtsfahrt angewendet wird, wird stattdessen der Schaltkontakt 18 geschlossen und der
Schaltkontakt 17 geöffnet. Wenn der Thyristor 13 angesteuert wird, wird nun ein Strom in dem Kreis mit der Diode 22, dem
Anker 16 und der Feldwicklung 15 fließen, und wenn der Thyristor
13 ausgeschaltet wird, wird ein Ladestrom durch die Batterie 1o über die Dioden 19 und 22 fließen. Ansonsten erfolgt das
Bremsen auf dieselbe Weise wie bei Vorwärtsfahrt.
Das elektrische System des Fahrmotors ist wie bereits erwähnt, in solcher Weise ausgebildet, daß es möglich ist, die Batterie
Io von einer vom Fahrzeug getrennten Stromquelle aufzuladen. Wenn die Ladung durchzuführen ist, wird der Anker 16 durch
die Schaltkontakte 23 und 2"4 abgetrennt und stattdessen der
Gleichrichter 25 eingeschaltete Dieser Gleichrichter 25 ist als Dioden-Brückenschaltung mit sechs Dioden ausgebildet und
kann in bekannter Weise an ein Dreiphasennetz 26 angeschlossen werden. Der Gleichsteller wird im Nutzbremsbetrieb gefahren
wie bei Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt. In der Vorwärtsstellung ist der Schaltkontakt 17 geschlossen, während die Kontakte
18 und 21 geöffnet sind. Wenn der Thyristor 14 angesteuert
wird, wird ein zunehmender Strom durch die Feldwicklung 15
fließen, und es wird darin ein elektromagnetischer Schluß aufgebaut, und wenn der Thyristor. 14 ausgeschaltet wird,
fließt ein abnehmender Strom durch die Diode 2o, die Batterie
1o, die Diode 22 und den Gleichrichter 25, wobei die Batterie 1o aufgeladen wird. In ähnlicher Weise wie beim Nutzbremsen
kommt ein Teil des der Batterie 1o zugeführten Ladestroms
unmittelbar vom Gleichrichter 25" über die Diode 19 während der Zeitabschnitte, in denen der Thyristor 14 ausgeschaltet
ist, wobei die gesamte Ladestromintensität von der elektronischen Steuerung des Triggerkreises 28 bestimmt wird. Vorzugsweise
kann dies dadurch geschehen, daß der Strom unter einem bestimmten Betrag gehalten wird. Eine besondere Steuereinrichtung
für den Ladestrom ist auf diese Weise nicht erforderlich.
Wie in Fig. 3 gezeigt, kann die Ausführungsform nach Fig. 2
etwas vereinfacht werden. Hier ersetzt die Gleichrichter-Brückenschaltung 25 die Diode 22 und dient als Bremsdiode,
wenn das äußere Dreiphasensystem 23 nicht angeschlossen ist. Der Anker 16 kann durch eine kurzschließende Parallelleitung
29 unwirksam gemacht werden. Die Leitung 29 hat einen Schaltkontakt
3o, der geschlossen wird, wenn die Batterie von dem äußeren Netz 26 aufgeladen werden soll, das seinerseits über
ein Schütz 31 anschließbar ist. Der andere nicht gezeigte rechte Teil der Schaltung ist derselbe wie der entsprechende
rechte Teil in Fig. 2, und die Funktion wird ebenso die gleiche sein, wie sie oben in Verbindung mit Fig. 2 erläutert wurde.
Ein anderes Beispiel für die Anordnung der Gleichrichter-Brückenschaltung
25 ist in Fig. 4 gezeigt, die einen der Schaltung nach Fig. 3 entsprechenden Teil der Gesamtschaltung
zeigt. Hier ist die Gleichrichter-Brückenschaltung 25 ständig parallel zu der Diode 22 und dem Anker 16 eingeschaltet. Durch
diese Anordnung können die Schaltkontakte 23 und 24 in Fig. bzw. der Schaltkontakt 3o in Fig. 3 weggelassen werden. Im
Prinzip ist die Wirkungsweise dieselbe wie bei den vorausge-
- 9 - ■ f
gangenen Ausführungsbeispielen, so daß beim Laden der
Batterie 1o vom Netz 26 der Schaltkontakt 17 geschlossen ist, während die Schaltkontakte 18 und 21 geöffnet sind. Wenn der
Thyristor 14 angesteuert wird, wird ein zunehmener Strom durch den Schaltkreis mit dem Thyristor 14, der Gleichrichter-Brückenschaltung
14 und der Feldwicklung 15 fließen. In der Feldwicklung 15 baut sich ein elektromagnetischer Fluß auf,
und nach dem Abschalten des Thyristors 14 fließt ein Lade- {
strom über die Feldwicklung 15, die Diode 2o und die
Gleichrichter-Brückenschaltung 25 durch die Batterie 1o. j
Die Wirkungsweise ist also ähnlich wie bei der Nutzbremsung. ·
Claims (7)
- ο.οββι. οβ oeo ·Patentansprüche( 1. Batteriebetriebenes Fahrzeug mit einem Gleichstrom-Reihen-V s schlußmotpr, einem Gleichstromsteller zur Steuerung derMotordrehzahl und einer Batterie, die von einer vom Fahrzeug getrennten Stromquelle aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (ίο) und die Stromquelle (25, 26) über den Gleichstromsteller (27, 28) zur Steuerung des Ladestroms elektrisch verbindbar sind, wobei der Gleichstromsteller (27, 28) einen Betriebsbereich hat, bei welchem der Motor (11) zur Nutzbremsung verwendbar ist, und wobei der Gleichstromsteller (27, 28) in diesem Betriebsbereich arbeitet, wenn die Batterie (1o) von der äußeren Stromquelle (25, 26) aufgeladen wird.
- 2. Fahrzeug nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (16) des Gleichstrom-Reihenschlußmotors (11) zum Laden der Batterie (1o) durch eine nicht regelbare Gleichstromquelle (25, 26) ersetzbar ist.
- 3. Fahrzeug nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , daß die Gleichstromquelle aus einem äußeren Wechsel- oder Drehstromnetz (26) und einer fahrzeugseitigen Gleichrichter-Brückenschaltung (25) besteht.
- 4. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Gleichstromsteller im Nutzbremsbetrieb von einem selbstgeführten Thyristor (14) und einer ersten Diode gebildet ist, die zusammen mit dem Reihenschlußmotor (11) einen ersten Stromkreis zum Aufbau von Ladeenergie in der Feldwicklung (15) des Motors (11) bilden, welche der Batterie (1o) durch einen zweiten Stromkreis zugeführt wird, der aus einer zweiten Diode (2o), der Batterie (1o), der ersten Diode (22) und dem Reihenschlußmotor (11) bestehen»• ο ο « ο· · · β··VOO 99·· * * &♦ · β ■ O 9 «<
- 5. Fahrzeug nach Anspruch 3" und 4, dad'urch gekennzeichnet , daß die erste Diode (22). von der Gleichrichter-Brückenschaltung (25) gebildet ist und daß der Anker (16) kurzschließbar ist, wenn die Batterie (16) von der äußeren Stromquelle. (26) aufgeladen werden soll (Fig* 3).
- 6. Fahrzeug nach Anspruch 3 und 4,da durch gekennzeichnet , daß die Gleichrichter-Brückenschaltung (25) parallel zu dem Anker (16) des Reihenschlußmotors (11) und der ersten Diode (22) geschaltet ist (Fig. 4).
- 7. Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Umschalter (23, 24), zum Abtrennen des Ankers (16) und zum Einfügen der Gleichrichter-Brückenschaltung (25) an dessen Platz, wenn die Batterie (1o) von der äußeren Stromquelle (26) geladen werden soll.
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