DE4013506C3

DE4013506C3 - Elektrisches Antriebssystem mit einer aufladbaren Gleichspannungsquelle

Info

Publication number: DE4013506C3
Application number: DE4013506A
Authority: DE
Inventors: Volker Prof Fleckenstein
Original assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Current assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: DE4013506A1; DE4013506C2

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssy stem mit einer aufladbaren Gleichspannungsquelle, aus der über einen Wechselrichter eine Drehfeldmaschine gespeist wird, und mit einem Netzgleichrichter zum Aufladen der Gleichspannungsquelle aus einem Wech selstromnetz.

Antriebssysteme mit der Umrichtung von Gleich spannung bzw. Gleichstrom in Drehstrom sind an sich bekannt Sollen diese in Batterie-Fahrzeuge eingesetzt werden, stellt sich das Problem, daß die resultierende Drehspannung aufgrund der niedrigen Batteriespan nung ebenfalls niedrig sein muß. Um die erforderliche Antriebsleistung, die sich aus dem Produkt der beiden Faktoren Strom und Spannung zusammensetzt, zu ge währleisten, ist bei niedriger Speisespannung der Strom entsprechend hoch, was im Antriebssystem zu Lei stungsverlusten führt.

Zwar ist ein Antriebssystem der oben genannten Art aus DE-OS 28 15 441 bekannt. Dabei erzeugt eine Gleichrichterschaltung aus einem mit Wechselspannung gespeisten Fahrdraht sowohl für einen Traktionswech selrichter als auch für einen Hilfsbetriebewechselrichter die jeweils benötigte Eingangsspannung, wobei der Hilfsbetriebewechselrichter zur Erzeugung eines Dreh strom-Bordnetzes dient. Diesem ist ein Gleichrichter mit nachgeschalteter Lageglättungsdrossel angeschlos sen, über welche mittels eines Schützes ein Akkumula tor aufgeladen wird. Da bei dieser Schaltungsanordnung eine zweifache Gleichrichtung - von der Wechsel strom führenden Fahrstromleitung zum Hilfsbetriebe wechselrichter und von dort aus zum Akkumulator - notwendig ist, ist diese Schaltung aufwendig und sehr komplex. Zwar ist aus der Zeitschrift BBC-Nachrichten, 1918 Heft 4, Seite 135-141 eine Schaltungsanordnung bekannt, die sich einer Rückleitung von elektrischer Energie ins Fahrleitungsnetz bei elektrischem Bremsbe trieb bedient. In der beschriebenen Schaltungsanord nung ist jedoch ein Gleichstromnetz und kein Wechsel stromnetz vorgesehen, so daß eine Anwendung dieser Schaltungsanordnung zum Aufladen einer Batterie aus einem Wechselstromnetz nicht möglich ist.

In DE-OS 32 04 901 wird eine kombinierte Schaltung zur Batterieladung und zur Last- oder Motorsteuerung beschrieben. Dabei liegt die Batterie mit ihren 24 Volt direkt an dem Anker eines Gleichstrommotors an, so daß die 24 Volt ohne Erhöhung dem Gleichstrommotor über entsprechend geschaltete Elemente zugeführt wer den, ein Motorbetrieb mit Energieübertragung zur Drehfeldmaschine und Spannungserhöhung mit ent sprechender Leistungssteigerung jedoch ist nicht mög lich. Ferner ist in der Zeitschrift E. U. M., Jahrgang 1993 (1976), Heft 8, Seite 335-341 ein elektrisches Antriebs system bekannt, das eine aufladbare Gleichspannungs quelle umfaßt, aus der über einen Wechselrichter eine Drehfeldmaschine gespeist wird und die einen Netz gleichrichter zum Aufladen der Gleichspannungsquelle aus einem Wechselstromnetz umfaßt jedoch ist auch mit diesem Antriebssystem ein leistungsentsprechender Antrieb bei geringen Leistungsverlusten nicht möglich. Aus der DE-OS 34 10 293 ist ein Elektrofahrzeug mit einer Drehstrommaschine bekannt, die aus einer Gleichspannungs batterie versorgt wird. Über einen DC/DC-Wandler wird die Gleichspannung hochtransformiert und in einem Stromrichter zu einer mehrphasigen Wechselspannung umgeformt. Der Strom richter und der DC/DC-Wandler können auch in Rückwärtsrich tung betrieben werden, so daß ohne zusätzliches Ladegerät die Batterie aus dem Netz oder bei einer Nutzbremsung durch die Wechselstrommaschine aufgeladen werden kann. Indem der Stromrichter zusätzlich zum Aufladen der Gleichspannungs batterie aus dem Wechselstromnetz verwendet wird, bedarf es allerdings zusätzlicher Steuereinrichtungen, damit der Stromrichter auch als Gleichrichter dienen kann. Ein wei terer Nachteil besteht in der Verwendung des wenig fle xiblen DC/DC-Wandlers, der nur eine konstante erste Gleichspannung von zum Beispiel 24 Volt auf eine konstante zweite Gleichspannung von beispielsweise 500 Volt hochtransformieren kann.

Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der genannten Nachteile im Stand der Technik die Flexibilität, Anpaßbarkeit und mithin die Effizienz mit Gleichstrom gespeister Drehstromantriebe zu erhöhen, wobei insbesondere ein Drehstrom-Antriebssystem zu schaffen ist, welches bei niederer Speise-Gleichspannung gleichwohl ein hohes Maß an auf den entsprechenden Betriebsmodus abge stimmter Antriebsleistung, Wirkungsgrad und/oder Verfüg barkeit einschließlich Wartbarkeit ermöglicht.

Zur Lösung wird ein Antriebssystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen.

Die Span nungserhöhung entspricht dem Motorbetrieb (Energieübertragung zur Drehfeldmaschine), und die Span nungserniedrigung ist insbesondere beim Bremsbetrieb des Antriebs zur Rückspeisung von Energie in die Span nungsquelle vorteilhaft einsetzbar. Zusätzlich kann die Möglichkeit der Erniedrigung zur Schaffung einer Ladungs spannung im Rahmen des Aufbaus einer Ladeeinrichtung für die Batteriequelle ausgenutzt werden.

Im Ladebetrieb der Gleichspannungsquelle wird deren Ausgangspegel durch einen Laderegler abgetastet, der abhängig von Abtastergebnis die Puls steuerung des Hoch- und Tiefsetzstellers, der die Energiewandlung zur Gleichspannungsquelle besorgt, beein flußt. Im Zusammenhang mit dem Aufladen der Gleichspan nungsquelle wird der Spannungswandler mit einem Netzgleichrichter gekoppelt, so daß eine gleichgerichtete Netzspannung als Ladespannung für die Gleichspannungsquelle umgesetzt werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag läßt sich vor allem die Spannung hochsetzen, so daß der Strom und damit verbunden Leistungsverluste vermin dert werden können. Der Spannungswandler überträgt dabei im Motorbetrieb des Wechselrichters Energie von der Gleichspannungsquelle zum Wechselrichter. Ferner lassen die erfindungsgemäß verwendeten Spannungs wandler, nämlich kombinierte Hoch- und Tiefsetzsteller, die zu ihrem Betrieb getaktet oder pulsierend ausge steuert werden, auch die umgekehrte Energieübertra gungsrichtung zu, so daß sich mit der Erfindung die weitere Möglichkeit ergibt, eine am Wechselrichterein gang anliegende Gleichspannung für die Rückspeisung in die Gleichspannungsquelle geeignet umzusetzen. Diese läßt sich so beispielsweise von einem externen Netz mit nachgeschaltetem Gleichrichter über den Spannungswandler aufladen. Solche Hoch-Tiefsetzstel ler sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise unter der Bezeichnung "Aufwärts- und Abwärtswand ler" (vgl. Tietze-Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 8. Auflage, S. 539 bis 547, Springer-Verlag). Die genann ten Hoch- und Tiefsetzsteller lassen sich vor allem zu einem baulich einstückigen kompakten Spannungs wandler integrieren, der eine. Energieübertragung so wohl zum Wechselrichter als auch zur Gleichspan nungsquelle, also bidirektional vornehmen kann.

Um die Wechselrichtereingangsspannung an unter schiedliche Betriebszustände des Antriebssystems flexi bel anpassen zu können, ist der Spannungswandler in seinem Umsetzverhalten mit der Spannung und/oder Drehzahl der elektrischen Maschine derart gekoppelt, daß die resultierende Spannungserhöhung für den Wechselrichter von den genannten Parametern beein flußt ist. Weiterhin trägt der Spannungswandler die Gleichspannung zum Wechselrichter innerhalb eines Drehzahlintervalls mit zur Drehzahl proportionaler An hebung und in den benachbarten Drehzahlbereichen mit jeweils konstanter Anhebung oder Umsetzung. Ins besondere kann das genannte Drehzahlintervall dem Bereich mit konstantem Antriebsdrehmoment, und/ oder einer der benachbarten Drehzahlbereiche dem Feldschwächbetrieb (veränderliches Drehmoment) ei ner Asynchronmaschine entsprechen.

Das Verhältnis von niedrigster zu höchster Drehzahl des genannten Drehzahlintervalls wird entsprechend der Quellenausgangsspannung zur maximalen Wechsel richtereingangsspannung dimensioniert. Hierdurch kann beispielsweise für den Bereich mit konstantem An triebsdrehmoment der gesamte verfügbare Arbeitshub des Spannungswandlers ausgenutzt werden. Im unter sten Drehzahlbereich - also vom Maschinenstillstand ausgehend - bleibt die Gleichspannung durch den Spannungswandler ungewandelt, wird also mit gleicher Höhe zum Wechselrichter übertragen.

Zur Verminderung von Verlusten im Antriebssystem wird der Wechselrichter mit einem Taktverfahren ange steuert, aufgrund welcher sich Oberwellen im Strom der Arbeitsmaschine gezielt eliminieren lassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeich nungen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines an sich bekannten An triebssystems mit Gleichstrommotor,

Fig. 2 ein Schaltbild eines an sich bekannten gleich stromversorgten Drehfeldantriebs,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen An triebssystems,

Fig. 4a ein Schaltbild für den Teil der Gleichstrom speisung des Antriebssystems nach Fig. 3,

Fig. 4b ein Schaltbild einer gegenüber Fig. 4a abge wandelten Gleichstromspeisung,

Fig. 5 den Verlauf der Wechselrichtereingangsspan nung über die Antriebsdrehzahl gemäß Erfindung, und

Fig. 6 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen An triebssystems für Batteriebetrieb.

Soweit bekannt, werden batteriegespeiste Fahrzeug antriebe nahezu ausschließlich mit Gleichstrommotoren in Reihenschlußausführung ausgerüstet, wie in Fig. 1 dargestellt. Beispiele hierfür sind Flurförderfahrzeuge, Gabelstapler, Elektroautos usw. Die Steuerung von Drehzahl und Drehmoment der Elektromotoren erfolgt entweder durch Steuerung von Schützen mit Vorwider ständen oder durch Zwischenschalten von elektroni schen Gleichstromstellern zwischen der Batterie und dem Motor. Je nach Leistung, Entwicklungsstand und technischen Anforderungen sind diese Gleichstromstel ler mit Thyristoren und den dazugehörigen Löschein richtungen, Abschaltthyristoren (gate turn-off thyristor - GTO) oder Leistungstransistoren ausgerüstet. Aller dings ist die Nennspannung dieser Antriebe gegenüber Antrieben, die aus Versorgungsnetzen gespeist werden, niedrig. Dies ist, wie eingangs bereits angedeutet, darauf zurückzuführen, daß aus Aufwands-, Gewichts- und Ko stengründen möglichst wenig Batteriezellen zur Erzeu gung der Speisespannung in Reihe geschaltet werden. In praktischen Anwendungsfällen bewegen sich die Norm spannungen je nach Leistungsanforderung um 24 Volt, 48 Volt oder 80 Volt. Um dennoch die gewünschte Lei stung - Produkt von Strom und Spannung - bereit stellen zu können, ist zwangsläufig die niedrige Batterie spannung durch hohe Batterie- bzw. Motorströme aus zugleichen. Diese hohen Ströme müssen von den Halb leiterschaltern des Gleichstromstellers (vgl. nachstehen de Erläuterung bezüglich Fig. 1) geführt und geschaltet werden. Auch die Zuleitungen, Anschlüsse und gegebe nenfalls Steckverbindungen müssen entsprechend auf wendig ausgelegt sein. Zudem ist neben Aufwand und Kosten bei batteriebetriebenen Fahrzeugen der Ge samtwirkungsgrad von besonderer Bedeutung, da die mögliche Betriebsdauer je Batterieladung mit steigen dem Wirkungsgrad auch größer wird.

Um den Aufwand an Leistungshalbleitern gering zu halten und zugleich die Verluste zu minimieren, ist heute die Ausführung der Spannungssteuerung für die Gleich strommotoren nur als Einquadrantensteller üblich, wie in Fig. 1 dargestellt: Ein Gleichstrom-Reihenschlußmo tor 1 wird von einer Gleichspannungsquelle, z. B. eine Batterie mit der Ausgangsspannung U_B, aus versorgt bzw. gespeist. Vor Umkehr der Motordrehrichtung, z. B. für Rückwärtsfahrten, wird die Spannungsumkehr über je zwei Wendeschütze W1 bzw. W2 bewirkt. Die beim Umschalten der Wendeschütze W1, W2 zwangsweise entstehenden stromlosen Pausen nimmt man in Kauf, um den Aufwand an Leistungshalbleitern beim Einsatz eines Mehrquadrantenstellers und die dabei mehr ent stehenden höheren Verluste in den Leistungshalbleitern zu vermeiden.

Gleichstrommotoren haben trotz guter Regeleigen schaften den entscheidenden Nachteil des wartungsauf wendigen Kollektor-Kohleapparates. Zudem muß für die Wartungsarbeiten die Zugänglichkeit zum Kollektor des Motors konstruktiv aufwendig gewährleistet sein. Die Empfindlichkeit von Kollektor und Kohlen gegen über Überströmen begrenzt das maximal mögliche Mo tormoment, das gerade bei im Kurzzeitbetrieb einge setzten Fahrzeugantrieben hoch sein soll. Infolgedessen ist es auch bei batteriegespeisten Fahrzeugantrieben sinnvoll, bürstenlose Motoren als Antriebsmotoren zum Einsatz bringen zu können, da sie die beschriebenen Nachteile nicht haben. Als bürstenlose Motoren sind dabei sowohl Asynchron- als auch Synchronmotoren denkbar, wobei bei Synchronmotoren vor allem perma nenterregte Motoren betrachtet werden müssen.

Das für die Speisung der Motoren benötigte dreipha sige Spannungssystem kann prinzipiell aus der Batterie spannung U_B durch Zwischenschalten eines Pulswech selrichters erzeugt werden, wie es für regelbare Dreh stromantriebe an sich bekannt und in Fig. 2 dargestellt ist: Eine Drehfeldmaschine 3 wird von einer Gleichspan nungsquelle 2, gegebenenfalls eine Batterie mit der Aus gangsspannung U_B, aus über einem Pulswechselrichter 4 gespeist. Der Aufwand für einen derartigen Wechsel richter ist - verglichen mit normalen Industrieantrie ben - unverhältnismäßig groß, da aufgrund der niedri gen Batteriespannung U_B hohe Motorströme fließen müssen, wie aus dem folgenden Beispiel hervorgeht: Bei 80 Volt Batteriespannung ist die maximal mögliche Mo torspannung bei Sinusmodulation 56 Volt. Bei einem Asynchronmotor mit 5 KW Abgabeleistung und η . co sinus ϕ = 0,75 ergeben sich Motorströme von 70 Ampe re, während bei einem aus dem Versorgungsnetz gespei sten Antrieb nur Ströme von 10 Ampere notwendig wären. Die Verluste in den Wechselrichterventilen bzw. Transistoren 5 sind jedoch proportional zu dem jeweils fließenden Strom, zumal der Motorstrom jeder Phase von jeweils zwei Ventilen geführt wird. Mithin ergeben sich bei der direkten Speisung des Wechselrichters 4 aus der Gleichspannungsquelle 2 zum einen hohe Verluste, hervorgerufen durch hohe Motorströme, was die Ener giebilanz verschlechtert; zum anderen müssen als Stromventile Halbleiter mit einer entsprechend großen Stromtragfähigkeit eingesetzt werden. Diese sind, ins besondere wenn sie durch interne Parallelschaltung von einzelnen Elementen hergestellt werden, wegen des be nötigten Aufwandes und der Größe teuer.

Mithin stellt sich das Problem, für gleichstromgespei ste, insbesondere batteriegespeiste Drehstromantriebe ein Antriebssystem zu schaffen, das die in der niederen SpeiseGleichspannung U_B begründeten Nachteile ver meidet. Zur Abhilfe ist gemäß Fig. 3 zwischen der Gleichspannungsquelle 2 und dem Wechselrichter 4 mit nachgeschalteter Drehfeldmaschine 3 ein Spannungs wandler 6 geschaltet. Zwischen dem Spannungswandler 6 und dem Wechselrichter 4 ist zudem noch ein Glät tungskondensator 7 parallel angeordnet, der der Glät tung der Wechselrichtereingangsspannung U_E dient.

Gemäß Fig. 4a kann der Spannungswandler 6 in an sich bekannter Weise als Hochsetzsteller bzw. Auf wärts-Wandler mit einem Leistungstransistor 8 als Schaltelement, einer Speicherdrossel 9 und einer Diode 10 ausgeführt sein. Beim Durchschalten des Leistungs transistors 8 wird in der Speicherdrossel 9 Energie ge speichert, die beim darauffolgenden Sperren des Lei stungstransistors 8 über die Diode 10 zu einer Erhöhung der Wechselrichtereingangsspannung U_E führt. Aller dings ist mit dem Hochsetzsteller gemäß Fig. 4a nur eine unidirektionale Energielieferung von der Gleich spannungsquelle zum Wechselrichter bzw. Motor mög lich.

Um aber die beim Bremsen des Motors entstehende Bremsenergie in die Gleichspannungsquelle 2 zurücklie fern zu können, und dadurch den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern, ist gemäß Fig. 4b der Spannungswandler 6 zu einem kombinierten Hoch-Tiefsetzsteller erweitert, indem ein weiterer Transistor 11 und eine weitere Diode 12 in schaltungstechnisch an sich bekannter Weise ange ordnet sind. Wegen weiterer schaltungstechnischer Ein zelheiten wird auf die eingangs genannte Fundstelle aus Tietze-Schenk, "Halbleiterschaltungstechnik" verwie sen. Mittels des zusätzlichen Tiefsetzstellerteils 11, 12 kann der Spannungswandler gemäß Fig. 4b einen bidi rektionalen Betrieb realisieren, nämlich Energie sowohl in eine entsprechende Wechselrichtereingangsspan nung U_E als auch in eine entsprechende Speise-Gleich spannung U_B wandeln. Bei dieser Anordnung ist die Wechselrichtereingangsspannung U_E in weiten Gren zen frei wählbar. Ihre Höhe wird man zweckmäßig so festlegen, daß die Gesamtverluste und der Aufwand des aus Hoch-/Tiefsetzsteller 8-12 und Wechselrichter 4 gebildeten Systems möglichst klein werden. Darüber hinaus bietet die freie Wählbarkeit der Wechselrichter eingangsspannung U_E die Möglichkeit, verfügbare Halbleiterelemente spannungsmäßig optimal ausnützen zu können.

In den Leistungshalbleitern 5 des Pulswechselrichters 4 treten neben den Durchlaßverlusten Schaltverluste auf, deren Höhe proportional der Schaltfrequenz des Pulswechselrichters 4 ist. Um diese Verluste klein zu halten, ist eine niedrige Schaltfrequenz anzustreben. Dabei ist aber zu berücksichtigen, daß die Schaltfre quenz und das Verhältnis der Motorspannung zur Wechselrichtereingangsspannung U_E die Oberschwin gungsanteile im Motor- bzw. Antriebsstrom bestimmen. Die Oberschwingungsströme führen zu zusätzlichen Verlusten im Antrieb, und die auftretenden Spitzenströ me müssen von den Wechselrichterventilen 5 geschaltet werden.

Die bei niedrigen Motordrehzahlen und damit niedri gen Motorspannungen erforderliche hohe Schaltfre quenz läßt sich verringern, wenn die Wechselrichterein gangsspannung U_E nicht konstant ist, sondern der je weiligen Motorspannung bzw. Motordrehzahl angepaßt wird. In dieser Hinsicht bietet die erfindungsgemäße Antriebsanordnung die Möglichkeit, die Wechselrich tereingangsspannung U_E zwischen der Speise-Gleich spannung oder Batteriespannung U_B und einer fast be liebigen, wählbaren Maximalspannung U_max einzustel len. Beispielsweise kann so das Antriebssystem in Ab hängigkeit von der Motordrehzahl n in drei Arbeitsbe reichen I, II und III betrieben werden, wie in Fig. 5 dargestellt:

- Bereich I: Hochsetzsteller gesperrt
U_E = U_B
0 < n < n*
- Bereich II: Hochsetzsteller arbeitet
U_B < U_E < U_max
n* < n < n_N
- Bereich III: Hochsetzsteller arbeitet
U_E = U_maxn_N < n < n_max

Im untersten Drehzahlbereich I zwischen der Dreh zahl 0 und n* ist der Hochsetzsteller gesperrt, und die Wechselrichtereingangsspannung U_E gleich der Batte riespannung U_B. Der Wechselrichter kann in dem Be reich I aufgrund der niedrigen Eingangsspannung mit einer niedrigen Taktfrequenz betrieben werden, so daß sich die Schaltverluste verringern. Da in diesem Bereich der Hochsetzsteller als solcher, d. h. als pulsierend ge takteter bzw. geschalteter Spannungswandler nicht in Funktion ist, reduzieren sich Verluste, die beim Schalter von Leistungstransistoren entstehen, wesentlich. So sind beim Spannungswandler 6 gemäß Fig. 4b Energie- bzw. Leistungsverluste im Leistungstransistor 8 und der Di ode 10 aufgrund Schaltens weitgehend vermieden. Die Verluste in der Speicherdrossel 9 reduzieren sich auf den ohmschen Anteil.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, wird in einem bestimmten Drehzahlintervall II die Wechselrichtereingangsspan nung U_E etwa proportional mit der Drehzahl n angeho ben. Das Verhältnis der dieses Drehzahlintervall II be grenzenden unteren und oberen Drehzahlen n* bzw. n_N ist im Ausführungsbeispiel etwa gleich dem Verhältnis der Speise-Gleichspannung bzw. Batteriespannung U_B zur maximalen Wechselrichtereingangsspannung U_max gewählt.

Hierbei kann die Ansteuerung des Wechselrichters in verschiedener Weise erfolgen. Blockbetrieb der Motor spannung, d. h. nur einmaliges Schalten je Spannungs halbschwingung ergibt die niedrigsten Schaltverluste, führt aber aufgrund der sich ergebenden Oberschwin gungen im Motorstrom zu höheren Durchlaßverlusten im Wechselrichter und auch zu höheren Motorverlu sten. Die Taktung des Wechselrichters wird daher so gesteuert, daß durch gezielte Elimination von Ober schwingungen im Motorstrom die Gesamtverluste des aus Wechselrichter und motorgebildeten Systems mini mal werden.

Gemäß Fig. 5 hat im Bereich III die Wechselrichter eingangsspannung den Wert U_max erreicht, und sie kann aufgrund der Auslegung des Hoch-/Tiefsetzstellers und des nachgeschalteten Wechselrichters nicht mehr ge steigert werden. In diesem Bereich kann dann z. B. eine angeschlossene Asynchronmaschine in an sich bekann ter Weise im Feldschwächbereich betrieben werden.

Wie bereits ausgeführt, bietet die erfindungsgemäße Anwendung die Möglichkeit, die Wechselrichterein gangsspannung in weiten Grenzen frei wählen zu kön nen. Dies erlaubt zum einen, den Aufwand an Leistungs halbleitern nach Kosten und Volumen zu minimieren, zum anderen ist eine Betriebsführung unter dem Ge sichtspunkt von minimalen Verlusten des Gesamtsy stems möglich. Ferner lassen sich beim Wechselrichter die freie Vorgabe von dessen Eingangsspannung mit dessen Pulsmodulation so aufeinander abstimmen, daß noch ein zusätzlicher Beitrag zur Minimierung der Sy stem-Gesamtverluste resultiert.

Mit besonderem Vorteil läßt sich das erfindungsge mäße Antriebssystem in batteriegetriebenen Fahrzeu gen einsetzen. Solche werden heute vorwiegend an zen tralen, fest instalierten Ladestationen aufgeladen. Bei vielen Anwendungen ist es jedoch sinnvoll, diese Fahr zeuge während Betriebspausen nachzuladen. Dabei ist es jedoch erforderlich, daß die Ladeeinrichtung und der Laderegler für die Batterie mit im Fahrzeug installiert sind. Da moderne Batterien Schnelladung mit hohen Ladeströmen zulassen, ist eine Nutzung des erfindungs gemäßen Antriebssystems, z. B. in Elektroautos, mög lich. Dies heißt aber, daß die Ladeeinrichtung hohe Strö me regeln muß. Entsprechend aufwendig und schwer sind die Ladeeinrichtungen mit Regler aufgebaut, was zu einer Belastung des Fahrzeugs führt.

Demgegenüber ist es mit dem zuvor erläuterten erfin dungsgemäßen Antriebssystem möglich, den Span nungswandler 6 als Ladegerät für eine als Batterie aus geführte Fahrzeug-Gleichspannungsquelle 2 einzuset zen, wie in Fig. 6 gezeigt.

Lediglich ein aus Speicherdrossel 9, Leistungstransistor 11 und Schalt-Diode 12 gebildeter Tiefsetzsteller ist ein gangsseitig mit einem Gleichrichter 13 mit externem Netzanschluß 14 verbunden. Der Leistungstransistor und mithin der zugehörige Tiefsetzsteller werden vom Ausgang 15 eines Ladereglers 16 getaktet bzw. gesteu ert. Der Zustand der Gleichspannungsquelle bzw. Batte rie 2 wird anhand von dessen Ausgangsspannung U_B mit einer Abtasteinrichtung 17 des Ladereglers 16 erfaßt, welcher gegebenenfalls daraufhin den Tiefsetzsteller über den Leistungstransistor 11 inaktiviert. An den bei den Eingangsklemmen 18 des Tiefsetzstellers 9, 11, 12 kann wie bei den oben erläuterten Beispielen der (in Fig. 6 nicht dargestellte) Wechselrichter 4 sowie der Glättungskondensator 7 noch parallel zum Gleichrich ter 13 angeschaltet sein.

Damit ist in dem Fahrzeug mit minimalem Mehrauf wand (Ladegleichrichter 13) eine Ladeeinrichtung für die Gleichspannungsquelle bzw. Batterie 2 mit inte griert, die für Schnelladung ausreichend leistungsfähig ist.

Claims

1. Elektrisches Antriebssystem mit einer aufladbaren Gleichspannungsquelle (2), aus der über einen Wechselrichter (4) eine Drehfeldmaschine (3) gespeist wird, und mit einem parallel zum Wechselrichter (4) angeschalteten Netzgleichrichter (13) zum Aufladen der Gleichspannungsquelle (2) aus einem Wechselstromnetz (14), mit ei nem zwischen der Gleichspannungsquelle (2) und dem Netzgleichrichter (13) ge schalteten Spannungswandler (6), der als getaktet oder pulsierend betriebener, kombinierter Hoch- und Tiefsetzsteller (8, 9, 10, 11, 12) derart bidirektional ausge führt und geschaltet ist, daß er als Tiefsetzsteller die Ausgangsspannung (U_E) des Netzgleichrichters (13) in eine Ladespannung (U_B) für die Gleichspannungsquelle (2) erniedrigt oder als Hochsetzsteller (8, 9, 10) im Betriebszustand Fahren die Ausgangsspannung (U_B) der Gleichspannungsquelle (2) erhöht und von der Spannung und/oder Drehzahl der Drehfeldmaschine (3) beeinflußt in die Eingangsspannung (U_E) für den Wechselrichter (4) umsetzt, wobei er als Tiefsetzsteller (9, 11, 12) im Betriebszustand Laden der Gleichspannungsquelle (2) von einem Laderegler (16) getaktet oder im Rahmen einer Pulssteuerung kontrolliert ist, der den Aus gangspegel (U_B) der Gleichspannungsquelle abtastet (17).

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, verwendet in einem Fahrzeug mit Elektrobatte, rieantrieb.