DE317851C

DE317851C - Device for charging batteries on electrically operated vehicles

Info

Publication number: DE317851C
Application number: DE1915317851D
Authority: DE
Inventors: Mitzlaff Georg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1915-09-07
Filing date: 1915-09-07
Publication date: 1920-01-15
Also published as: DE333712C

Description

Zum Aufladen der Akkumulatoren von Fahrzeugen waren bisher stets Kraftstationen erforderlich, deren Spannung sich in verhältnismäßig weiten Grenzen regeln läßt. Zu diesem Zwecke mußte in der Station entweder jede Lademaschine für sich zur Abgabe einer in dem erforderlichen Maße regelbaren Spannung eingerichtet sein, oder beim Vorhandensein von einer oder mehreren Maschinen mitPower stations have always been used to charge the batteries of vehicles required, the voltage of which can be regulated within relatively wide limits. to For this purpose, either each loading machine in the station had to deliver a voltage adjustable to the required extent be set up, or if there are one or more machines with

ίο einer konstanten Grundspannung waren in der Ladestation außer diesen Hauptmaschinen • stets noch besondere Hilfsmaschinen vorgesehen, die durch Erzeugung einer entsprechenden Gegen- oder Zusatzspannung zu der konstanten Grundspannung die erforderliche Ladespannung entweder mittels Handregelung oder auch selbsttätig regulierend herstellten. In beiden Fällen waren also Anlagen erforderlich, die von den üblichen, mit konstanter Netzspannung arbeitenden, elektrischen Kraftstationen abweichend! sind, und da für diese Anlagen bei gleichzeitigem- Laden von mehreren Batterien mit verschiedenem Ladezustand auch ebenso viele Lade- bzw. Hilfsmaschinen erforderlich waren, wie Batterien geladen werden sollten, so sind die bisherigen Ladestationen wegen ihrer großen Maschinenzahl, besonderen Maschinenbauart und umfangreichen, Schaltanlage sehr kompliziert und teuer und ergeben einen sehr unwirtschaftlichen Betrieb.ίο a constant basic tension were in the Charging station in addition to these main machines • always special auxiliary machines provided, by generating a corresponding counter or additional voltage to the constant Basic voltage the required charging voltage either by means of manual control or produced automatically regulating. In both cases, systems were required those of the usual electrical power stations working with constant mains voltage different! are, and there for these systems with simultaneous loading of several Batteries with different states of charge also have as many charging and auxiliary machines required how batteries should be charged, so are the previous charging stations because of their large number of machines, special machine design and extensive, Switchgear very complicated and expensive and result in a very uneconomical Operation.

Dazu kommt noch der weitere Übelstand, daß Ladestationen der genannten Art naturgemäß nur in ganz beschränktem Maße vorhanden sind. Fahrzeuge mit Akkümulatorenbetrieb, insbesondere Schiffe, sind deshalb nur an ganz wenige Ladestellen gebunden und daher in ihrer Bewegungsfreiheit sehr beengt. Es steht zwar Gleichstrom mit konstanter Netzspannung fast an den meisten Hafenplatzen unmittelbar zur Verfügung, aber zur Batterieladung hat man ihn bisher ohne besondere Hilfsmittel nicht zu benutzen vermocht und sich im Bedarfsfalle dadurch zu helfen versucht, daß man durch große Vor- ⁴S schalt- z. B. Wasserwiderstände ein Abdrosseln der . überschüssigen Spannung und dadurch eine Regelung der Ladestromstärke bewirkte. Solche Ladung ist jedoch sehr unwirtschaftlich, weil dabei ein sehr großer Teil der Energie vernichtet wird; außerdem ist das Verfahren ohne weiteres nur dann anwendbar, wenn die zur Verfügung stehende Netzspannung- wesentlich höher als die Batteriespannung ist; andernfalls ist noch eine umständliche Unterteilung und Aufladung der Batterie in einzelnen Zellengruppen erforderlich. In addition, there is the further disadvantage that charging stations of the type mentioned are naturally only available to a very limited extent. Vehicles with battery operation, especially ships, are therefore only tied to a very few loading points and their freedom of movement is therefore very restricted. Although it is DC constant mains voltage almost on most port burst immediately available, but the battery charge has so far failed him without any special equipment to use and to help in case of need by the fact tried that one switchable by large advantages ⁴ S c . B. water resistances a throttling of the. excess voltage and thereby a regulation of the charging current. However, such a charge is very uneconomical because a very large part of the energy is destroyed in the process; In addition, the method can only be used without further ado if the available mains voltage is significantly higher than the battery voltage; otherwise the battery has to be subdivided and charged into individual cell groups.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Mängel zu beseitigen und eine wirtschaftliche Aufladung von Fahrzeugakkumulatoren durch Anschluß an ein beliebiges Kraftnetz konstanter Gleichspannung und ohne besondere Hilfsmittel zu ermöglichen.The purpose of the present invention is to remedy the aforementioned shortcomings and to provide a economical charging of vehicle batteries by connecting to any Power network of constant DC voltage and without special aids to enable.

Dieser Zweck wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die beiden mit Nebenschlußwicklung versehenen Felder des Antriebsmotors je für sich regelbar angeordnet sind, so daß der so ausgebildete Antriebsmotor in Gegen- oder Zusatzschaltung zu der ladenden Stromquelle zur Umwandlung der verfügbaren Netzspannung in die jeweils er-This purpose is achieved according to the invention in that the two with shunt winding provided fields of the drive motor each arranged individually adjustable are, so that the drive motor designed in this way in counter or additional circuit to the charging power source to convert the available mains voltage into the

forderliche Ladespannung und zur Regelung des Ladestromes benutzbar ist.Required charging voltage and can be used to regulate the charging current.

Es sei dabei bemerkt, daß es bereits einmal vorgeschlagen ist, die Antriebsmotoren von Fahrzeugen als Zusatzmaschinen oder als reine Motorgeneratoren zur Umwandlung der verfügbaren konstanten Netzspannung in eine andere ebenfalls konstante Spannung zu benutzen. Bei diesen bekannten SchaltungenIt should be noted that it has already been proposed that the drive motors of Vehicles as additional machines or as pure motor-generators for converting the available constant mains voltage to another voltage that is also constant. In these known circuits

ίο sind¹ aber die Felder des Antriebsmotoraggregats nicht getrennt regelbar, so daß der Vorteil' der vorliegenden Erfindung: das nur aus einer Doppelmaschine bestehende Ladeaggregat an Fremdstromquellen verschiedener Spannung anschließen zu können und zugleich eine feinstufige und wirtschaftliche Regelung der Stromstärke beim Laden der Batterie zu erzielen, mit der bekannten Anordnung nicht erreicht werden kann.ίο are ¹ but adjustable in the fields of the drive motor assembly is not separated, so that the benefit 'of the present invention: to provide to connect the existing only one double machine loading unit of external power sources of different voltage and at the same time a fine-grained and economic control of the current for charging the battery , cannot be achieved with the known arrangement.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen für eine 220 Volt-Schiffsanlage dargestellt unter Fortlassung aller für das Wesen der Erfindung unwichtigen Teile, und zwar zeigt:In the drawing, the invention is shown in two exemplary embodiments for a 220 volt ship system shown omitting all unimportant for the essence of the invention Parts, namely shows:

25, Fig. ι bis 3 je ein Schaltschema für eine Anlage mit parallel geschalteten Feldern der beiden Maschinen und25, Fig. Ι to 3 each a circuit diagram for a system with fields connected in parallel both machines and

Fig. 4 ein Schaltschema für eine Maschinenanlage mit hintereinanderliegenden FeIdwicklungen. 4 shows a circuit diagram for a machine installation with field windings lying one behind the other.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist α die Batterie, I und II sind die beiden starr miteinander gekuppelten Anker der Doppelmaschine, welche in üblicher Weise durch die Reibungskupplungen b und c mit einer Kraftmaschine d oder dem Propeller e verbunden und nach Bedarf als Motor mit Speisung vonl der Batterie zum Antrieb des Propellers oder als Dynamomaschine, wenn es sich darum handelt, die Batterie von der Kraftmaschine d aus aufzuladen, benutzt werden kann. Die beiden Anker, deren Klemmen mit A¹, B¹ und! A², B² bezeichnet sind, können in bekannter Weise durch einen Umschalter f nach Bedarf in Serie oder parallel geschaltet werden, entsprechend der gewünschten Tourenzahl als Motor oder Spannung als Generator. Die beiden Feldwicklungen g· h liegen parallel zueinander an der Batterie und besitzen außer einem gemeinsamen (Fahrt-) Regler i noch einen besonderen (Lade-) Regler k, durch welchen der eine Feldstrom unabhängig von dem anderen verändert werden kann.In the embodiment shown in Fig. 1, α is the battery, I and II are the two rigidly coupled armatures of the double machine, which are connected in the usual way by the friction clutches b and c to an engine d or the propeller e and, if required, as a motor can be used with supply froml the battery to drive the propeller or as a dynamo machine when it is a question of charging the battery from the prime mover d . The two anchors, whose terminals are labeled A ¹ , B ¹ and! A ² , B ² can be connected in a known manner by a changeover switch f in series or in parallel, depending on the desired number of revolutions as a motor or voltage as a generator. The two field windings g · h are parallel to one another on the battery and, in addition to a common (speed) controller i, also have a special (charging) controller k, by means of which one field current can be changed independently of the other.

Dieser Laderegler ist durch den Umschalter / auf jede der beiden Maschinen schaltbar. Dieser Umschalter Z ist (z. B. nach Art der bekannten Instrumentenumschalter) so einzurichten, daß durch sein Umschalten der Stromlauf in beiden Feldern nicht unterbrochen wird. Der Umschalter I ist ferner mit der Kurbel des Ladereglers k so verblockt, daß er nur bewegt werden kann, wenn der Laderegler k ausgeschaltet ist.This charge controller can be switched to either of the two machines using the switch /. This changeover switch Z is to be set up (e.g. in the manner of the known instrument changeover switch) in such a way that switching it over does not interrupt the current flow in both fields. The switch I is also interlocked with the crank of the charge controller k so that it can only be moved when the charge controller k is switched off.

Am Minuspol der Batterie ist ein (auf zwei Klemmen 1 und 2 einstellbarer Umschalter in vorgesehen, durch den wahlweise die Verbindungsleitung w der beiden Anker (Stellung —2) oder die von B² kommende Leitung (Stellung —1) an die Batterie gelegt werden kann. Zwei mit den Klemmen 1 und 2 dieses Umschalters m verbundene Klemmen 3 und 4 sowie eine an den Pluspol der Batterie α angeschlossene Klemme 5 können durch einen dreipoligen Schalter O nach Bedarf mit den Anschlußklemmen 6, 7 und 8 für die konstante Netzspannung zum Laden verbunden werden, und zwar muß die Netzspannung, wenn sie größer als die Batteriespannung ist, an die Klemmen 6 und 8, wenn sie gleich oder kleiner als die Batteriespannung ist, dagegen an die Klemmen 7 und 8 gelegt werden.At the negative pole of the battery there is a switch in adjustable to two terminals 1 and 2, through which the connection line w of the two armatures (position -2) or the cable coming from B ² (position -1) can be connected to the battery Two terminals 3 and 4 connected to terminals 1 and 2 of this switch m and a terminal 5 connected to the positive pole of the battery α can be connected to terminals 6, 7 and 8 for the constant mains voltage for charging by means of a three-pole switch O as required and that the mains voltage, if it is greater than the battery voltage, must be applied to terminals 6 and 8;

Die Wirkungsweise der ganzen Anlage ist, kurz, folgende:The mode of operation of the entire system is, in short, the following:

Im normalen Betriebe (vgl. Fig. 1) liegt der Umschalter tn auf der Klemme I. Beide Maschinen I und II werden gleichmäßig erregt und können, je nachdem die Kupplung h oder c eingerückt ist, entweder von der Kraftmaschine d als Dynamo angetrieben werden und die Batterie laden oder als Motor den Propeller e antreiben, wobei sie durch den Schalter / nach Bedarf in Serie oder parallel geschaltet werden können.In normal operation (see. Fig. 1) the switch tn is on the terminal I. Both machines I and II are energized equally and can, depending on whether the clutch h or c is engaged, either be driven by the engine d as a dynamo and charge the battery or drive the propeller e as a motor, whereby they can be connected in series or in parallel with the switch / as required.

Soll aber die Batterie von außerhalb geladen werden, wie es z. B. bei einer Instandsetzung odier Betriebsstörung der Kraftmaschine d der Fall sein kann und' wobei beide Kupplungen b, c offen sind, so sind zwei Fälle zu unterscheiden, je nachdem die äußere Netzspannung größer oder kleiner als die Batteriespannung ist:But if the battery is to be charged from outside, as it is, for. B. in the case of a repair or malfunction of the engine d and 'where both clutches b, c are open, a distinction must be made between two cases, depending on whether the external mains voltage is greater or less than the battery voltage:

a) Ist die Netzspannung größer als die Batteriespannung, z. B. 500 Volt, so wird der Umschalter m nach oben, d. h. auf die Klemme 2 gelegt. Der Schalter / liegt auf Serie. Die Maschine I wird¹ dann allein weiter von der Batterie als Motor angetrieben, während die Maschine II als Dynamo' leer läuft und an den Klemmen 3 und 4 eine Span- no nung gleich der Batteriespannung, d. h. 220 Volt, erzeugt.a) If the mains voltage is greater than the battery voltage, e.g. B. 500 volts, the switch m is up, ie placed on terminal 2. The switch / is on series. The machine I is ¹ then continues to be driven solely by the battery as a motor while the engine is running as a dynamo II 'blank and to the terminals 3 and 4, a chipboard no voltage equal to the battery voltage, that is 220 volts generated.

Bezüglich' der Klemmen 3 und 5 dagegen sindl die beiden Maschinen hintereinander geschaltet, so daß hier etwa eine Spannung von 440 Volt auftritt. Die Netzspannung von 500 Volt wird an die gegenüberliegenden Klemmen 8 und¹ 6 angelegt. Durch den Regler k läßt sich nun die Spannung an den Klemmen 3 und 5 so einregulieren, daß sie mit der gegenüberliegenden Netzspannung an den Klemmen 8 und¹ 6 .übereinstimmt und derWith regard to terminals 3 and 5, on the other hand, the two machines are connected in series, so that a voltage of about 440 volts occurs here. The mains voltage of 500 volts is applied to the opposite terminals 8 and ¹ 6. Through the regulator k now the voltage can be applied to terminals 3 and 5 so Regulate that they .übereinstimmt with the opposite supply voltage to terminals 8 and ¹ 6 and the

Schalter O eingelegt werden kann. Am Stromlaufe wird dadurch zunächst nichts geändert. Durch entsprechende Veränderung der Felder mittels des Reglers k läßt es sich jedoch nun leicht erreichen, daß die Last von Maschine I auf Maschine II herübergenommen wird und letztere in Reihe mit der Batterie unter Erzeugung einer spannungvermindernden gegeilelektromotorischen Kraft alsSwitch O can be inserted. Initially, this will not change anything in the circuit. By changing the fields accordingly by means of the controller k , however, it can now easily be achieved that the load is transferred from machine I to machine II and the latter in series with the battery, generating a voltage-reducing counter-electromotive force as

ίο Motor angetrieben wird, während! die Maschine I als Dynamo läuft, d. h. ihren Strom umkehrt und zur Ladung der Batterie beiträgt. Es sind: hierbei, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zwei Stromkreise vorhanden, einer-ίο motor is driven while! the machine I runs as a dynamo, i.e. H. reverses its current and helps charge the battery. There are: here, as can be seen from Fig. 2, two circuits are present, one-

!5 seits der- Netzstrom, welcher von der Klemme 5 durch dieBatterie α über Klemme 2, Umschalter f, Maschine II über Klemme 1 nach Klemmen 3 und 8 fließt, andererseits der zusätzliche Ladestrom, welcher von Maschine I, von der Maschinenklemme A¹ ausgehend, durch die Batterie α über Klemme 2, Umschalter f und Leitung η wieder zur Maschine I zurückfließt. In der Batterie α und in der Leitung! von Schalter m bis / fließt deshalb etwa der doppelte Strom als in der Zuleitung vom Netz und in j edier Maschine. Auf der Zeichnung (Fig. 2) ist dies durch einen oder zwei Pfeile in den betreffenden Leitungen angedeutet.! 5 on the one hand the mains current, which flows from terminal 5 through the battery α via terminal 2, changeover switch f, machine II via terminal 1 to terminals 3 and 8, on the other hand the additional charging current that flows from machine I from machine terminal A ¹ , through which battery α flows back to machine I via terminal 2, changeover switch f and line η. In the battery α and in the line! from switch m to / therefore about twice the current flows than in the supply line from the mains and in each machine. In the drawing (FIG. 2) this is indicated by one or two arrows in the relevant lines.

Daraus ergibt sich, daß diese Ladeschaltung wegen der geringen Leitungsverluste sowie — insbesondere bei langen Zuleitungen — wegen des bedeutend geringeren erforderlichen Kupferquerschnittes ganz besondere Vorteile besitzt.It follows that this charging circuit because of the low line losses and - especially with long supply lines - because of the significantly smaller copper cross-section required has very special advantages.

b) Ist die Netzspannung kleiner als die Batteriespannung, z. B. nur 110 Volt, so bleibt der Umschalter μ auf / liegen. Die Netzspannung wird dann, wie aus Fig. 3 ersichtlieh, an die Klemmen 7 und 8 angelegt und die Spannung der Maschine II mit Hilfe des Reglers k so weit vermindert, daß sie und damit auch die Klemmen 3 und 4 den gleichen Wert wie die Netzspannung besitzen. Dann kann der Schalter O eingelegt werden, ohne daß zunächst eine Änderung im Stromlauf der Maschine eintritt. Durch entsprechende Regelung der beiden Feldströme kann man nun allmählich die Last von der Maschine I auf die Maschine II herübernehmen, so daß Maschine II nunmehr unmittelbar vom äußeren Netzstrom als Motor angetrieben wird, während Maschine I ihren Strom' umkehrt und als Generator, unter Erzeugung einer Zusatzspannung, Strom in die Batterie abgibt, d. K. deren Ladung bewirkt. Der dabei auftretende Stromlauf ist in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet. Der Stromverlauf für den vom Netze getriebenen Motor (Maschine II) ist dabei folgender: 7, 4, 2, f, A², II, B², 1, 3, 8, und! der Verlauf des von der Maschine I alsb) If the mains voltage is less than the battery voltage, e.g. B. only 110 volts, the switch remains μ on / lie. The mains voltage is then how ersichtlieh from Fig. 3, applied to the terminals 7 and 8 and the voltage of the machine II with the aid of the regulator k so far reduced that they and thus the terminals 3 and 4 the same value as the mains voltage own. Then the switch O can be inserted without a change in the electrical circuit of the machine first occurring. By appropriately regulating the two field currents, the load can now gradually be transferred from machine I to machine II, so that machine II is now driven directly by the external mains current as a motor, while machine I reverses its current and acts as a generator, producing a Additional voltage, supplies current to the battery, d. K. causes their charge. The current flow occurring in this case is indicated in FIG. 3 by arrows. The current curve for the motor (machine II) driven by the mains is as follows: 7, 4, 2, f, A ² , II, B ² , 1, 3, 8, and! the course of the machine I as

Zusatzgenerator erzeugten Ladestromes ist der folgende: A¹ + Batterie»/ 1, 3, 8, 7, 4,'2, f, n, B¹, I. Wegen-der niedrigen Netzspannung ist hierbei die Ladestromstärke der Batterie naturgemäß nur ein Bruchteil der vom Netz zugeführten Stromstärke. Immerhin ist diese Schaltung noch zweckmäßiger als die sonst übliche Ladung der Batterie in einzelnen Zellengruppen.The charging current generated by the additional generator is the following: A ¹ + battery / 1, 3, 8, 7, 4, '2, f, n, B ¹ , I. Because of the low mains voltage, the charging current of the battery is naturally only a fraction the current supplied by the network. After all, this circuit is even more useful than the usual charging of the battery in individual cell groups.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches zeigt, daß bei Doppelmaschinen mit in Serie geschalteten Feldern die oben beschriebene Ladeschaltung in gleicher Weise ausführbar ist, wenn nur durch Anordnung parallel zu den beiden Feldwicklungen schaltbarer Regulierwiderstände dafür Sorge getragen wird, daß die Felder beider Maschinen unabhängig voneinander geändert werden können. Dabei braucht zweckmäßig nur gleichfalls ein gemeinsamer regelbarer Laderegler p für beide Felder vorgesehen zu werden, welcher mittels eines Umschalters q wahlweise zu dem einen oder andern Felde parallel gelegt werden kann. Die Reglerkurbel des Widerstandes p und der Umschalter.g müssen jedoch so miteinander verblockt sein, daß eine Umschaltung nur möglich ist, wenn der Widerstand ausgeschaltet ist. Im übrigen ist die Bezeichnung des Schemas und die Wirkungsweise genau, wie zu Fig. τ bis 3 beschrieben.In Fig. 4 a further embodiment is shown, which shows that in double machines with fields connected in series, the charging circuit described above can be carried out in the same way, if only by arranging regulating resistors parallel to the two field windings, care is taken that the fields both machines can be changed independently of each other. Expediently, only one common controllable charge controller p needs to be provided for both fields, which can optionally be placed in parallel to one or the other field by means of a changeover switch q. The control crank of the resistor p and the Umschalt.g must be interlocked so that switching is only possible when the resistor is switched off. Otherwise, the designation of the scheme and the mode of operation are exactly as described for FIGS. Τ to 3.

Die den Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung kann auch dazu benutzt werden, z. B. beim Fehlen einer (konstanten) Fremd-Spannungsquelle eine andere Batterie (z. B. die Batterie eines anderen Fahrzeuges) unter gleichzeitiger Entladung der eigenen Batterie aufzuladen. Es ist dies besonders dann zweckmäßig, wenn es sich darum handelt, die 1°° zwecks Erhaltung der Batterien von Zeit zu Zeit notwendige Durcharbeitung (gründliches Entladen der eigenen und Überladen der anderen Batterie) in wirtschaftlicher Weise vorzunehmen. Bei der angegebenen Weise der i°5 Entladung einer Batterie wird nämlich die in dieser enthaltene Energie, anstatt zwecks Durcharbeitung der Batterie auf einen Widerstand entladen und so nutzlos vergeudet zu werden, für die Aufladung oder Überladung no einer oder mehrerer anderer Batterien nutzbar gemacht. Ist daneben noch eine fremde Stromquelle vorhanden, so braucht diese naturgemäß in um so geringerem Grade zur Stromlieferung herangezogen zu werden, als Energie in der zu entladenden Batterie vorhanden ist.The device forming the subject of the invention can also be used to z. B. in the absence of a (constant) external voltage source another battery (e.g. the Battery of another vehicle) with simultaneous discharge of the own battery to charge. This is particularly useful when it comes to 1 °° from time to time necessary to maintain the batteries (thorough Discharging your own and overcharging the other battery) in an economical way. In the case of the specified way of discharging a battery, the in this contained energy, instead of working through the battery on a resistor discharged and so useless to be wasted, for charging or overcharging no one or more other batteries made usable. There is also a stranger next to it If a current source is present, it naturally needs it to a lesser degree Electricity supply to be used as energy in the battery to be discharged is.

Claims

Patent Claims:

i. Device for charging batteries on electrically operated vehicles with a double machine

system drive motor, characterized in that the two with shunt winding provided fields of the drive motor are each arranged individually controllable, so that with the in counter or additional circuit to the charging power source switchable drive motor converting an available one Mains voltage at any level and the charging current can be regulated.

2. Device according to claim ι for double machines with fields connected in parallel, characterized by a charge controller (k ) arranged next to the common speed controller (i) , which can be switched to one or the other field winding by means of a switch (/) and thereby at will allows separate control of the two machine sides.

3. Device according to claim 1 for machines with fields in series, characterized by a charge controller (p, Fig. 4) arranged next to the common speed controller (ι), which by means of a switch (q) selectively to one or the other field winding can be placed parallel and ¹ thereby allows both sides of the machine as desired, a separate control.

For this purpose ι sheet of drawings.