DE3701056C2 - Einrichtung zur Ladung einer sich auf einem Fahrzeug mit Linearantrieb befindlichen Batterie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ladung einer sich auf einem Fahrzeug mit Linearantrieb befindlichen Batterie gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Einrichtung ist z. B. aus der DE-OS 31 26 312 bekannt. Dort speist eine Anzahl von Lineargenerator-Wicklungen über einzelne Brückengleichrichter in einen Gleichstrom­ steller ein, und die Brückengleichrichter sind ausgangsseitig parallel ge­ schaltet. Zwischen die Zuleitungen zur Batterie ist ein Schalttransistor gelegt und in die Zuleitung zum positiven Pol der Batterie und dem Transistor- Anschlußpunkt ist eine Diode in Durchlaßrichtung eingefügt. Negierte Aus­ gänge zweier Grenzwertschalter eines Steuermoduls führen auf ein UND-Glied, das mit der Basis des Schalttransistors verbunden ist, wobei dem ersten Grenz­ wertschalter die Differenz zwischen dem Ladestrom und einem Ladestrom-Soll­ wert und dem zweiten Grenzwertschalter die Differenz zwischen dem Transistor­ strom und einem Transistorstrom-Sollwert zugeführt wird.

Die jeweilige Ladespannung beeinflußt über einen Trigger und ein ODER- Glied ebenfalls den Schalttransistor, wobei bei Feststellung einer Über­ spannung, die eine Gasung der Batterie bewirkt, der Halbleiter-Schalt­ transistor in den leitenden Zustand gebracht wird.

Wie Überspannungen verhindert werden können, die eine Gasung der Batterie bewirken, ist auch der CH-PS 451 292 entnehmbar. Dort wird entsprechend ein dem Ladegleichrichter kurzschließendes schaltbares Halbleiterelement von einem die Batteriespannung erfassenden Spannungsindikator gesteuert.

Eine in der Praxis bereits in Vorschlag gebrachte Einrichtung, mit den wesent­ lichen Merkmalen des Oberbegriffs, ist der Fig. 1 entnehmbar.

Mit W₁ und W₂ sind dort zwei Lineargeneratorwicklungen bezeichnet, in denen jeweils eine Spannung U₀ induziert wird; R₀ und L₀ sind ohm′sche und induktive Widerstände der Generatoren. Die sich im Tragmagnet des Fahrzeuges befind­ lichen Lineargeneratorwicklungen speisen Brückengleichrichter G₁ und G₂, die ausgangsseitig parallel geschaltet sind. In der Regel wird eine größere An­ zahl solcher Lineargeneratorwicklungen, z. B. 8 Stück, benutzt; in der Fig. 1 sind der Einfachheit halber jedoch nur 2 dargestellt. Da die Phasenlage der Wechselströme zueinander nicht gleich ist, kann mit einem Ausgangsgleich­ strom mit nicht allzu großer Welligkeit gerechnet werden.

Die Einrichtung besteht aus zwei Einheiten, einer Gleichrichter-Baueinheit GB und dem Gleichstromsteller GST. Die Gleichrichter-Baueinheit GB, in der die Gleichrichter zusammengefaßt sind, ist unterhalb der Tragmagnete am Schwebe­ gestell befestigt. Der Gleichstromsteller GST enthält als Baueinheit den Schalt­ transistor Tr, dessen Tastverhältnis von einem Steuerungsmodul ST innerhalb der Baueinheit bestimmt wird. Der Gleichstromsteller GST ist unter dem Wagen­ boden des Fahrzeuges in einem Wagenboden-Gerätekasten angeordnet. Dem Steuerungs­ modul ST werden die gemessenen Werte der Batteriespannung U_B, des Ladestroms I_B und des durch den Transistor fließenden Stromes I_K zugeführt. Durch Ver­ gleich des Laststroms mit einem Sollwert wird über einen Regler das Tastver­ hältnis solange geändert, bis beide Werte übereinstimmen.

In der Zuleitung vom Gleichstromsteller GST zum positiven Pol der Batterie B befindet sich noch eine Sicherung F1 und ein Schalter S1. Sowohl die Gleich­ richter-Baueinheit GB als auch der Leistungsteil des Gleichstromstellers GST sind jeweils mit einem Kühlkörper umgeben, die mit K1 und K2 bezeichnet sind. Die Umgebungstemperatur der Gleichrichter-Baueinheit kann zwischen -25°C und +40°C, die des Gleichstromstellers zwischen -25°C und +70°C liegen; für den letztgenannten ist daher noch eine besondere Lüftereinheit vorgesehen.

Beide Einheiten-Gleichstromsteller GST und und Gleichrichter-Baueinheit GB - sind leitungsmäßig bis zu 8 bis 10 m räumlich entfernt untergebracht und durch ein flexibles Kabel verbunden. Zum Schutz der Gleichrichter-Baueinheit GB gegen Überspannungen bei Kabelunterbrechungen und des Gleichstromstellers GST gegen Überspannung durch das Ansprechen der Sicherung F1, des Schalters S1 oder durch Ausfall des Steuerungsmoduls ST sind mehrfache Schutzeinrichtungen nötig. So ist zwischen den Ausgangsleitungen der Gleichrichter noch eine Meß- und Zünd­ einrichtung M1 mit einem zusätzlichen Thyristor Th1 angeordnet. Dieser wird gezündet, wenn eine Überspannung wegen der Leerlaufcharakteristik der Linear­ generatorwicklungen auftritt. Entsprechend ist im Gleichstromsteller GST eine Meß- und Zündeinrichtung M2 mit einem weiteren Thyristor Th2 vorhanden, da eine Überspannung auch durch das Ansprechen der Sicherung F1, des Schalters S1 oder durch Ausfall des Steuerungsmoduls ST auftreten kann.

Eine solche in der Praxis schon erprobte Einrichtung ist aufwendig und relativ störanfällig. Die Zahl der erforderlichen Leistungshalbleiter ist groß und da­ mit auch die entstehende Verlustleistung. Auch der Aufwand an Kühlkörpern und nötiger zusätzlicher Belüftung stört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, die einfacher aufgebaut ist und damit eine geringere Störanfälligkeit aufweist sowie eine möglichst geringe Verlustleistung be­ sitzt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches aufgeführ­ ten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 wird die Erfindung im nach­ stehenden näher erläutert.

In Fig. 2 sind, wie in Fig. 1, die zwei Lineargeneratorwicklungen mit W1 und W2 bezeichnet, in denen wieder jeweils eine Spannung U₀ induziert wird. Mit R₀ und L₀ sind wieder die ohm′schen und induktiven Widerstände der Generatoren be­ zeichnet. Die sich am Tragmagnet befindlichen Lineargeneratorwicklungen speisen wieder Brückengleichrichter G1 und G2, die ausgangsseitig parallel geschaltet sind. In die Zuleitung zum positiven Pol der Batterie B sind wieder eine Ent­ kopplungs-Leistungs-Diode D1, eine Sicherung F1 und ein Schalter nacheinander eingefügt.

Die Leistungsdiode D1 gehört jedoch im Unterschied zu Einrichtung gemäß Fig. 1 jetzt zu einer Baueinheit, die als Power-Modul PM bezeichnet ist. Zu diesem Power-Modul PM gehört außerdem noch ein abschaltbarer Thyristor T sowie eine Meß- und Zünd- und Löschschaltung M, über die die Zünd- und Löschimpulse für den Thyristor T geliefert werden. Die Schaltung M gibt die Zünd- und Löschim­ pulse für den Thyristor T entsprechend dem Beginn und Ende von statischen Steuersignalen des Steuermoduls ST aus, der jetzt eine separate Baueinheit bildet. Das Tastverhältnis von Thyristor T wird, wie bereits beschrieben, durch Vergleich des Ladestroms I_B, dessen Meßwert dem Steuermodul ST zugeführt wird, mit einem Sollwert in einem Regler bestimmt. Dem Steuermodul ST werden ferner noch Meßwerte für die Batteriespannung U_B und den durch den Thyristor fließenden Strom I_K zugeführt. Sie dienen Korrekturen bei der Ansteuerung des Thyristors T.

Der Meß-, Zünd- und Löschschaltung M wird ferner die Spannungsdifferenz der beiden Ausgangsleitungen der Brückengleichrichter G1, G2 zugeführt. Über­ steigt diese Spannung einen bestimmten Wert, so wird der Thyristor T leitend geschaltet. Die Überspannungen können durch Leitungsbruch, Ansprechen der Sicherung F1, Ansprechen des Schalters S1 oder durch Ausfall des Steuerungs­ moduls ST wegen der Leerlaufcharakteristik der Lineargeneratorwicklungen entstehen.

Vergleicht man die erfindungsgemäße Einrichtung nach Fig. 2 mit der nach Fig. 1, so erkennt man, daß dort mehrere Leistungsschalter Th1, Tr und Th2 durch einen einzigen Leistungsschalter T ersetzt wurden.

Mehr noch: alle Leistungselemente, d. h. einschließlich der Gleichrichter und der Leistungsdiode D1 sind jetzt räumlich eng vereinigt zum Abführen der Verlustleistungen in einer kompakten Baueinheit PM (Power-Modul) unter­ gebracht. Sie werden zweckmäßig am Schwebegestell in der Nähe der Tragmagneten angebracht, wo gute thermische Umgebungsbedingungen (-25°C bis +40°C), ins­ besondere durch den Fahrtwind, herrschen; dies gilt optimal über einen größeren Bereich bis zur Grenze der zulässigen Junctiontemperatur (+110°C). Der Power- Modul PM ist wasserdicht, geschlossen und mit Kühlrippen K versehen. Sind mehrere Power-Module PM vorhanden, so werden sie dezentral in gleicher Weise angebracht. Die Unterbringung aller Leistungshalbleiter T in einer geschlossenen Baueinheit bietet noch den besonderen Vorteil, daß im internen Störungsfall, z. B. beim Ausfall der Brückengleichrichter G1, G2, des abschaltbaren Thyristors T oder der Entkopplungsdiode D1 wegen der bei Belastung vorhandenen Konstant­ stromcharakteristik der Lineargeneratorwicklungen und der Schwierigkeit be­ züglich einer Absicherung, die Ausbreitung eines entstehenden Lichtbogens lokal begrenzt und die Entstehung eines Brandes verhindert werden kann.

Das Steuerungsmodul ST ist, wie bei der Einrichtung gemäß Fig. 1, am Wagenboden befestigt.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Ladung einer sich auf einem Fahrzeug mit Linearantrieb befindlichen Batterie, bei der die zur Ladung dienende Spannung in mehrere Lineargeneratorwicklungen in den Tragmagneten induziert wird, die indu­ zierten Spannungen in Brückengleichrichtern gleichgerichtet werden, die Ausgänge der Brückengleichrichter parallel geschaltet sind und in die Zuleitung zum positiven Pol der Batterie zur Entkopplung gegenüber der Batterie eine Leistungsdiode geschaltet ist, und bei der zwischen der posi­ tiven und der negativen Ausgangsleitung ein abschaltbarer Halbleiterschalter angeordnet ist, der entsprechend dem Beginn und Ende eines statischen Steuer­ signals eines Steuermoduls, dem die gemessenen Werte der jeweiligen Ladespannung, des Ladestroms und des durch den Halbleiterschalter fließenden Stroms zugeführt werden, gesteuert wird, wobei bei Feststellung einer Überspannung der Halbleiterschalter in den leitenden Zustand ge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterschalter ein abschaltbarer Thyristor (T) Verwendung findet, dem die Zünd- und Löschimpulse über eine einzelne räumlich zugeordnete Meß-, Zünd- und Löschschaltung (M) zugeführt werden, die - parallel zum Thyristor (T) und direkt an den Ausgängen der Brückengleichrichter (G1, G2) ange­ schlossen - einerseits die Spannungsdifferenz an den beiden Ausgangslei­ tungen mißt und bei Feststellung der Überspannung den Thyristor (T) in den leitenden Zustand bringt und andererseits von dem extern angeordneten Steuermodul (ST) die Zünd- und Löschbefehle für den Thyristor (T) erhält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücken (G1, G2), der abschaltbare Thyristor (T), die Entkoppelungs-Leistungsdiode (D1), sowie die Meß-Zünd- und Lösch­ schaltung (M) zusammengefaßt in einer wasserdichten, geschlossenen und mit entsprechenden Kühlrippen (K) versehenen Baueinheit, die als Power- Modul (PM) bezeichnet wird, untergebracht sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Power-Module (PM) in der Nähe der einzelnen Tragmagneten am Schwebegestell des Fahrzeuges befestigt sind.