DE3132129C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein batteriebetriebenes Fahrzeug mit einem Gleichstrom-Reihenschlußmotor, einem Gleichstrom­ steller zur Steuerung der Motordrehzahl und einer Batterie, die von einer vom Fahrzeug getrennten Stromquelle aufladbar ist, wobei die Batterie und die Stromquelle über den Gleich­ stromsteller zur Steuerung des Ladestroms elektrisch ver­ bindbar sind.

Ein solches Fahrzeug ist aus der WO 79/01 127 bekannt.

Von elektrischen Batterien betriebene Fahrzeuge müssen nor­ malerweise 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 Batte­ rie gegen eine andere voll geladene Batterie erfolgen.

Bei dem bekannten Fahrzeug wird zur Nachladung der erstere Weg beschritten, wozu ein Vielpol-Umschalter verwendet wird, der die über einen mit Hochfrequenz arbeitenden Gleichstromsteller gesteuerte Speisung des Fahrzeugsmotors unterbricht und statt dessen die Batterie über den selben Gleichstromsteller an die Stromquelle, nämlich das Netz anschließt.

Für schwere batteriebetriebene Fahrzeuge wie beispielsweise Ladefahrzeuge im Bergbau reicht die Batteriekapazität ge­ wöhnlich nicht für eine volle Arbeitsschicht aus, was be­ deutet, daß das Fahrzeug bzw. die Batterie vor dem Ende der Schicht ausgetauscht werden müssen. Dies bringt Proble­ me durch Arbeitsunterbrechungen für den Austausch der Batte­ rie oder auch den wirtschaftlichen Nachteil mit sich, daß zwei Fahrzeuge anstelle eines einzigen benötigt werden.

Eine Lösung dieses Problems könnte darin bestehen, das Fahr­ zeug selbst mit einem Ladegerät darauf zu versehen, so daß das Aufladen der Batterie auch während kurzer Betriebsunter­ brechungen wie Frühstückspausen und dgl. erfolgen kann. Auf diesem Wege könnte die Betriebszeit der Batterie wesent­ lich verlängert werden, ohne während des Fahrzeugsbetriebs unerwünschte Unterbrechungen in Kauf nehmen zu müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein batteriebetriebenes Fahr­ zeug der eingangs genannten Art, das mit einer in das elektrische System des Fahrzeugs einbezogenen Ladestromquelle versehen ist, 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 zeigt

Fig. 1: ein Ladefahrzeug in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2: ein Schaltbild des elektrischen Fahr­ zeugantriebs mit der Ladeeinrichtung,

Fig. 3 u. 4: 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 10, einen elektrischen Fahrmotor 11 und einen Steuerschrank 12. Im Steuerschrank 12 sind die elektrische Ausrüstung zum Steuern des Fahr- und des Bremssystems des Fahrzeugs ebenso wie zusätzliche Einrichtungen enthalten, die erforderlich sind, wenn die Batterie 10 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 Gleich­ stromsteller 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 ihrer­ seits von der Stromrichtung in der Feldwicklung 15 bestimmt wird. Zur Steuerung dieser Stromrichtung sind zwei Schalt­ kontakte 17 und 18 parallel zwischen dem Anker 16 des Motors 11 und jeweils einer Seite der Feldwicklung 15 angeschlossen, an welche ferner Dioden 19 bzw. 20 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-Brückenschal­ tung 25 bilden, wenn die Batterie 10 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 Feld­ wicklung 15 fließen. Wenn der Thyristor 13 ausgeschaltet wird, wird ein abnehmender Strom durch einen Kreis fließen, der aus der Freilaufdiode 19, dem Schaltkontakt 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 Vor­ gang 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 dreieckförmigen Stromes herangezogen. Wenn der Thyristor 14 von einem anderen schematisch angedeuteten Triggerkreis 28 angesteuert wird, wird Strom in dem Kreis mit der Batterie 10, 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 20 und dem Anker 16.

Während der Nutzbremsung sind 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 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 in der Feldwicklung 15 enthaltene Energie wird durch die Diode 20, die Batterie 10, die Diode 22 und den Anker 16 entla­ den. Auf diese Weise wird die Batterie 10 periodisch mit Ladestrom aus der in der Feldwicklung 15 gespeicherten Ener­ gie versorgt. Während derselben Zeitabschnitte wird die Batterie 10 auch unmittelbar vom Anker 16 über die Diode 19 geladen, und dieser Direktteil nimmt zu, wenn die Motor­ drehzahl ansteigt. Die angewandte Bremskraft und die gesam­ te 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 10 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 er­ wähnt, in solcher Weise ausgebildet, daß es möglich ist, die Batterie 10 von einer vom Fahrzeug getrennten Strom­ quelle aufzuladen. Wenn die Ladung durchzuführen ist, wird der Anker 16 durch die Schaltkontakte 23 und 24 abgetrennt und stattdessen der Gleichrichter 25 eingeschaltet. Dieser Gleichrichter 25 ist als Dioden-Brückenschaltung mit sechs Dioden ausgebildet und kann in bekannter Weise an ein Drei­ phasennetz 26 angeschlossen werden. Der Gleichsteller wird im Nutzbremsbetrieb gefahren wie bei Vorwärts- oder Rück­ wärtsfahrt. In der Vorwärtsstellung ist der Schaltkontakt 17 angeschlossen, 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 Fluß aufgebaut, und wenn der Thyristor 14 ausgeschaltet wird, fließt ein abnehmender Strom durch die Diode 20, die Batterie 10, die Diode 22 und den Gleichrichter 25, wobei die Batterie 10 aufgeladen wird. In ähnlicher Weise wie beim Nutzbremsen kommt ein Teil des der Batterie 10 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 elektroni­ schen Steuerung des Triggerkreises 28 bestimmt wird. Vorzugs­ weise kann dies dadurch geschehen, daß der Strom unter einem bestimmten Betrag gehalten wird. Eine besondere Steuerein­ richtung für den Ladestrom ist auf diese Weise nicht erforder­ lich.

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 Schalt­ kontakt 30, der geschlossen wird, wenn die Batterie von dem äußeren Netz 26 aufgeladen werden soll, das seinerseits über ein Schütz 31 anschaltbar 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. 2 bzw. der Schaltkontakt 30 in Fig. 3 weggelassen werden. Im Prinzip ist die Wirkungsweise dieselbe wie bei den vorausge­ gangenen Ausführungsbeispielen, so daß beim Laden der Batterie 10 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 20 und die Gleichrichter-Brückenschaltung 25 durch die Batterie 10. Die Wirkungsweise ist also ähnlich wie bei der Nutzbremsung.

Claims (7)

1. Batteriebetriebenes Fahrzeug mit einem Gleichstrom-Rei­ henschlußmotor, einem Gleichstromsteller zur Steuerung der Motordrehzahl und einer Batterie, die von einer vom Fahrzeug getrennten Stromquelle aufladbar ist, wo­ bei die Batterie und die Stromquelle über den Gleich­ stromsteller zur Steuerung des Ladestroms elektrisch verbindbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gleichstromsteller (27, 28) einen Betriebsbereich hat, bei welchem der Reihen­ schlußmotor (11) zur Nutzbremsung verwendbar ist, und der Gleichstromsteller (27, 28) in diesem Betriebsbe­ reich arbeitet, wenn die Batterie (10) von der äußeren Stromquelle (25, 26) aufgeladen wird.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anker (16) des Gleichstrom-Reihenschlußmotors (11) zum Laden der Batte­ rie (10) durch eine nicht regelbare Gleichstromquelle (25, 26) ersetzbar ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, 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 Gleichsstromsteller im Nutzbremsbetrieb von einem selbstgeführten Thyristor (14) und einer ersten Diode (22) gebildet ist, die zusammen mit dem Reihenschluß­ motor (11) einen ersten Stromkreis zum Aufbau von Lade­ energie in der Feldwicklung (15) des Motors (11) bil­ den, wobei die Ladeenergie der Batterie (10) durch einen zweiten Stromkreis zugeführt wird, der aus einer zweiten Diode (20), der Batterie (10), der ersten Dio­ de (22) und dem Reihenschlußmotor (11) bestehen.

5. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Diode (22) durch die Gleichrichter-Brückenschaltung (25) ersetzt ist und daß der Anker (16) kurzschließbar ist, wenn die Batterie (10) von der äußeren Stromquelle (26) auf­ geladen werden soll (Fig. 3).

6. Fahrzeug nach Anspruch 3 und 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gleichrichter-Brüc­ kenschaltung (25) parallel zu dem Anker (16) des Rei­ henschlußmotors (11) und der ersten Diode (22) geschal­ tet ist (Fig. 4).

7. Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, gekenn­ zeichnet durch einen Umschalter (23, 24), zum Abtrennen des Ankers (16) und zum Einfügen der Gleichrichter-Brückenschaltung (25) an dessen Platz, wenn die Batterie (10) von der äußeren Stromquelle (26) geladen werden soll.