DE3830766A1

DE3830766A1 - Battery-operated electric vehicle

Info

Publication number: DE3830766A1
Application number: DE3830766A
Authority: DE
Inventors: Willi Schneider; J E Lowes
Original assignee: AUTOHAUS WILLI SCHNEIDER
Current assignee: AUTOHAUS WILLI SCHNEIDER
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1990-05-10

Abstract

A battery-operated electric vehicle comprises a pulse control for the D.C. motor which is constructed as a series-characteristic motor, it being possible for the control to be a thyristor pulse control or a transistor pulse control with two independent circuits for the armature and the field of the drive motor.

Description

Die Erfindung betrifft ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug mit einem über eine Schalteinricthung betätigbaren, als Reihen schlußmotor ausgebildeten Gleichstrommotor für den Antrieb des Fahrzeuges.The invention relates to a battery-operated electric vehicle with one operated as a row via a switching device final motor trained DC motor for driving the Vehicle.

Für Elektro-Gleichstromantriebe für Zwei- oder Vierradfahr zeuge werden hauptsächlich Reihenschlußmotore und ein kleiner Teil mit Nebenschlußmotoren eingesetzt. Der Vorteil des Reihen schlußmotors liegt im höheren Drehmoment bei niedriger Ge schwindigkeit, wie z. B. beim Anfahren oder an Steigungen. Das höhere Drehmoment hat den Vorteil, das Fahrzeug schnell zu be schleunigen. Der Nachteil des Reihenschlußmotors liegt jedoch darin, daß die Geschwindigkeit lastabhängig ist und die Energie rückgewinnung nur beim Bremsen durch Reversierung möglich wird. Es wird auch Feldschwächung eingesetzt, um die Leistung des Reihenschlußmotors zu verbessern.For electric DC drives for two or four-wheel drive Witnesses are mainly series motors and a small one Part used with shunt motors. The advantage of rows final motor is in the higher torque at low Ge dizziness, such as B. when starting or on slopes. The higher torque has the advantage of being able to move the vehicle quickly accelerate. The disadvantage of the series motor, however, is in that the speed is load-dependent and the energy recovery is only possible when braking by reversing. Field weakening is also used to improve the performance of the Series motor to improve.

Nachteile des bisher üblichen Systems liegen im besonderen darin, daß elektrisches Bremsen, etwa für ein Zweiradfahrzeug nicht möglich war, weil ein Umschalten nicht vorgesehen war. Eine höhere Geschwindigkeit war nur durch Feldschwächung mit höherem Energieverlust zu erreichen. Bei den Elektrofahrzeugen, bei welcher der Fahrschalter lediglich als Ein/Ausschalter betätigt wird, ist eine Geschwindigkeitsregulierung erschwert. Infolge der hohen Stromspitzen, die dem Motor zugeführt werden, kommt es zu einer rascheren Batterieentladung. Dies wiederum bedingt eine kürzere Lebensdauer der Batterie. Darüber hinaus kommt es durch die hohen Stromspitzen zu einer Überhitzung des Motors, der Schaden nehmen kann, wodurch Energieverluste eintreten.Disadvantages of the previously common system are in particular that electric braking, for example, not for a two-wheeled vehicle was possible because switching was not intended. A higher speed was only due to field weakening with higher To achieve energy loss. With the electric vehicles, with which the drive switch only operates as an on / off switch speed regulation is difficult. As a result of the high current peaks that are fed to the motor it leads to faster battery discharge. This in turn is conditional a shorter battery life. Beyond that it comes due to the high current peaks, the motor overheats, the damage can take place, resulting in loss of energy.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile, das batteriebetriebene Elektrofahrzeug der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Vorteile des Reihenschlußmotors mit denen eines Nebenschlußmotors vereinigt werden, unter gleich zeitiger Verbesserung der Geschwindigkeitsregulierbarkeit und Verlängerung der Lebensdauer von Motor und Batterie.Knowing this prior art, the invention lies Based on the task, avoiding the disadvantages shown, the battery-powered electric vehicle of the aforementioned Art so that the advantages of the series motor are combined with those of a shunt motor, under the same early improvement in speed adjustability and Extends the life of the engine and battery.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kenn zeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hin sichtlich bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.This object is achieved according to the invention by the in the characteristic Character of the main claim specified characteristics, where hin visibly preferred embodiments of the invention on the Characteristics of the subclaims.

Gemäß der Erfindung ist eine Impulssteuerung für den Motor vorgesehen, die über einen Fahrschalter regelbar ist. Der Reihenschlußmotor ist wie ein Nebenschlußmotor angeschlossen, so daß die Vorteile des Reihenschlußmotors beibehalten werden, unter gleichzeitiger Ausnutzung der Vorteile des Nebenschluß motors.According to the invention is a pulse control for the engine provided that can be controlled via a travel switch. The Series motor is connected like a shunt motor, so that the advantages of the series motor are maintained, while taking advantage of the advantages of the shunt motors.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Impulssteuerung als Thyristor-Impulssteuerung ausgestaltet. Die Schaltung besteht vorzugsweise aus zwei voneinander unab hängigen Schaltkreisen für den Anker einerseits und das Feld andererseits.According to a preferred embodiment of the invention, the Pulse control designed as a thyristor pulse control. The circuit preferably consists of two mutually independent dependent circuits for the anchor on the one hand and the field on the other hand.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Impuls steuerung als Transistor-Impulssteuerung ausgestaltet, und zwar bevorzugt ebenfalls mit einem unabhängigen Schaltkreis für den Motoranker auf der einen Seite und das Motorfeld auf der anderen Seite.According to another embodiment of the invention, the pulse Control designed as a transistor pulse control, namely preferably also with an independent circuit for the Motor armature on one side and the motor field on the other Page.

Der Schaltungsaufbau sowie der Stromverlauf ergeben sich aus den beigefügten Stromverlaufplänen, wobei Fig. 1 die Thyristor- Impulssteuerung und Fig. 2 die Transistor-Impulssteuerung repräsentiert. The circuit structure and the current flow result from the attached current flow diagrams, with FIG. 1 representing the thyristor pulse control and FIG. 2 the transistor pulse control.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Thyristor-Impulssteuerung umfaßt die Motorankersteuerung TH 1, TH 2, TH 3, C 1, D 1, L 1, e 2, während die Steuerung für das Motorfeld die Schaltelemente TH 4, TH 5, TH 6, C 2, D 3, L 2 und e 3 umfaßt.According to the thyristor pulse control shown in FIG. 1, the motor armature control comprises TH 1 , TH 2 , TH 3 , C 1 , D 1 , L 1 , e 2 , while the control for the motor field comprises the switching elements TH 4 , TH 5 , TH 6 , C 2 , D 3 , L 2 and e 3 .

Die Transistor-Impulssteuerung gemäß Fig. 2 umfaßt für den Motor anker die Schaltelemente T 1, T 2, T 3, T 4, S 1, D 1 und D 2 für den Motoranker und T 5, T 6, T 7, T 8 und D 3 für das Motorfeld.The transistor pulse control as shown in FIG. 2 includes the motor armature, the switching elements T 1, T 2, T 3, T 4, S 1, D 1 and D 2 for the motor armature and T 5, T 6, T 7, T 8 and D 3 for the motor field.

Die Fig. 3 zeigt das Schaltbild für eine Thyristor-Impuls steuerung mit Reversierung für ein Elektroauto gemäß der Er findung, während die Fig. 4 einen Recoperationsstromkreis für ein Elektromofa darstellt. Fig. 3 shows the circuit diagram for a thyristor pulse control with reversing for an electric car according to the invention, while Fig. 4 shows a recoperation circuit for an electric moped.

Beim Anfahren mit dem Fahrschalter wird im Anfangsbereich die Ankerspannung und die Feldspannung gleichzeitig über die Im pulssteuerung erhöht, bis zu dem Punkt, bei dem die Feld spannung bzw. der Feldstrom den optimalen Wert erreicht. Die optimale Spannung wird auf den Steuerungen vorher eingestellt, und zwar jeweils in Abstimmung auf den Motor nach Angaben der Motorhersteller. Bei einer weiteren Betätigung des Fahrschalters wird nur die Ankerspannung bis zur maximalen Versorgungsspannung erhöht. Senkt sich der Ankerstrom nach Ende der Beschleunigung auf den Nennstrom, so wird automatisch die Feldspannung redu ziert, um dadurch die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen.When starting with the drive switch, the Armature voltage and the field voltage simultaneously via the Im Pulse control increases to the point where the field voltage or the field current reaches the optimum value. The optimal voltage is set beforehand on the controls, in each case in coordination with the engine according to the Engine manufacturer. When the drive switch is pressed again only the armature voltage up to the maximum supply voltage elevated. The armature current drops after acceleration has ended to the nominal current, the field voltage is automatically reduced adorned, thereby increasing the vehicle speed.

Der Ankerstrom wird über den Nebenwiderstand S 1 überwacht. Wenn während der Feldschwächung der Ankerstrom durch erhöhte Be lastung ansteigt, stellt die Feldimpulssteuerung automatisch den Feldstrom zurück auf den optimalen Wert.The armature current is monitored via the shunt S 1 . If the armature current increases due to increased load during the field weakening, the field pulse control automatically resets the field current to the optimum value.

Beim Bremsen wird das elektrische Bremssystem vor dem mechani schen Bremssystem eingesetzt. Zuerst wird die Anker-Impuls steuerung abgeschaltet. In dieser Situation dreht der Anker weiter durch die kinetische Energie des Fahrzeuges. Zur gleichen Zeit existiert ein elektrisches Feld durch die Feldimpulssteuerung. When braking, the electrical braking system is in front of the mechani brake system used. First, the anchor pulse control switched off. In this situation the anchor turns further by the kinetic energy of the vehicle. At the same An electrical field exists through time by the field pulse control.

Dadurch funktioniert der Motor wie ein Generator. Um ein Bremsmoment zu erzeugen, werden die Transistoren T 10, T 11 getaktet, dadurch fließt Bremsstrom in den Anker. Die Ein schaltdauer der Transistoren und Frequenz ist abhängig vom Bremssignal am Bremshebel. Beim Ausschalten der Transistoren T 10 und T 11, fließt Ankerstrom weiter durch den Thyristor TH 7, Hauptschütz C 1 und zurück in die Batterie. Gleichzeitig wird hierdurch das Fahrzeug abgebremst. Das Bremsmoment kann durch Regelung des elektrischen Feldes und/oder Regelung des Ankerstromes (durch die Transistor-Bremssteuerung) eingestellt werden, beides wird über den Bremshebel gesteuert. Die Brems steuerung könnte auch als Thyristorsteuerung angesehen werden. Im Falle einer Transistor-Impulssteuerung wird Thyristor TH 7 ersetzt durch Diode D 2.This makes the engine work like a generator. In order to generate a braking torque, the transistors T 10 , T 11 are clocked, as a result of which braking current flows into the armature. The duty cycle of the transistors and frequency depends on the brake signal on the brake lever. When the transistors T 10 and T 11 are switched off , armature current continues to flow through the thyristor TH 7 , main contactor C 1 and back into the battery. At the same time, this brakes the vehicle. The braking torque can be adjusted by regulating the electrical field and / or regulating the armature current (using the transistor brake control), both of which are controlled by the brake lever. The brake control could also be viewed as a thyristor control. In the case of transistor pulse control, thyristor TH 7 is replaced by diode D 2 .

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Antriebssteuerung eignet sich sowohl für Fahrzeuge mit zwei als auch mit vier Rädern. Die Vorteile liegen im besonderen in einer Erhöhung der Nenndreh zahl des Motors sowie einem geringeren Wärmeverlust im Motorfeld. Durch die erzielte Feldschwächung ohne erhöhten Verlust und die geregelte Energierückgewinnung wird der Wirkungsgrad und damit der Aktionsradius erheblich erweitert. Sowohl die Lebensdauer der Batterien als auch des Antriebes lassen sich durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerung in beträchtlichem Maße erhöhen.The use of the drive control according to the invention is suitable for vehicles with two and four wheels. The The main advantages are an increase in the nominal rotation number of the motor and less heat loss in the motor field. Due to the field weakening achieved without increased loss and regulated energy recovery becomes efficiency and thus the radius of action expanded considerably. Both the lifespan the batteries and the drive can be Use of the control according to the invention to a considerable extent increase.

Im Falle eines Fahrzeuges mit Vor- und Rückwärtsschaltung sind die Prinzipien des Systems die gleichen, nur wird zu sätzlich ein Stromkreis eingebaut, um das Feld umzuschalten. In diesem Fall erfolgt der Bremsvorgang folgendermaßen: Beim Bremsen oder Umschalten während der Fahrt wird erst nur die Ankter-Impulssteuerung abgeschaltet und abgebremst, wie zuvor beschrieben. Bei der Reversierung wird die neu gewählte Richtung erst geschaltet nachdem der einsetzende Bremsvorgang der das Fahrzeug fast zum Stillstand bringt, beendet ist. Beim Umschalten erfolgt sanftes Reversieren durch Gegenstrom bremsung. Fig. 4 zeigt die Schaltung als Thyristor-Impuls steuerung. Wie zuvor ist dies auch mit der Transistor-Impuls steuerung möglich.In the case of a vehicle with forward and reverse shifting, the principles of the system are the same, only an additional circuit is installed to switch the field. In this case, the braking process is as follows: When braking or switching while driving, only the anchor pulse control is switched off and braked, as previously described. When reversing, the newly selected direction is only switched after the braking process which almost brings the vehicle to a standstill has ended. When switching over, gentle reversing takes place through counter-current braking. Fig. 4 shows the circuit as a thyristor pulse control. As before, this is also possible with the transistor pulse control.

Die übrigen Sekundärverbraucher des Fahrzeuges, wie Licht, Blinker und so weiter, lassen sich über einen DC-DC-Wandler speisen. Gleiches gilt für eine im Sichtbereich des Fahrers angeordnete Batterieentladeanzeige mit einer dreifachen Ab stufung, die den Entladezustand etwa wie folgt anzeigt: grün: geladen; gelb: der Motor erhält keine maximale Spannung, Ladung sollte erfolgen und rot: es sollte nicht weitergefahren werden, bzw. eine Abschaltung steht an.The other secondary consumers of the vehicle, such as light, Turn signals and so on can be controlled using a DC-DC converter Food. The same applies to one in the driver's field of vision arranged battery discharge indicator with a triple Ab gradation, which shows the discharge status as follows: green: loaded; yellow: the motor receives no maximum voltage, Charging should take place and red: it should not continue or a shutdown is pending.

Der Fahrbetrieb vollzieht sich beispielhaft wie folgt: Betätigt der Fahrer den Fahrschalter (bzw. Gaszug), schaltet das Haupt schütz ein und beide, der Feld- und Ankerstrom, steigen an, bis zu den maximal eingestellten Strömen. Beim Weiterbetätigen des Fahrschalters wird die Ankerspannung geregelt, um die gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen. Der Ankerstrom wird überwacht, und sollte dieser unter den vorher eingestellten Wert absinken (z.B. maximaler Feldstrom), wird der Feldstrom automatisch redu ziert, um eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen.The driving operation takes place as follows, for example: Operated the driver switches the throttle (or throttle cable), switches the head protect one and both, the field and armature current, rise until to the maximum set currents. When you press the Travel switch, the armature voltage is regulated to the desired To reach speed. The armature current is monitored, and should this drop below the previously set value (e.g. maximum field current), the field current is automatically reduced adorned to achieve a higher speed.

Hierbei wird der gesamte Energieverlust des Motors reduziert, weil der Ankerstrom nicht mehr durch das Feld fließt. Die maximale Drehzahl des Motors wird erhöht durch Feldschwächung, wobei das Drehmoment trotzdem konstant bleibt. Die maximale Ankerspannung wird höher als bei normal eingesetztem Reihen schlußmotor. Schließlich eignet sich das System für elektrische Bremsung mit Energierückgewinnung ohne Umschaltung. Here the total energy loss of the motor is reduced, because the armature current no longer flows through the field. The maximum engine speed is increased by field weakening, while the torque remains constant. The maximal The armature stress becomes higher than with normally used rows final motor. Finally, the system is suitable for electrical Braking with energy recovery without switching.

An dieser Stelle soll noch einmal zum Ausdruck gebracht werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beschreibenden Charakters handelt und daß ver schiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.At this point it should be expressed again that it is only in the foregoing description is of such a descriptive character and that ver various changes and modifications are possible without thereby leaving the scope of the invention.

Claims

1. Battery-operated electric vehicle with an actuatable via a switching device, out as a series motor formed DC motor for driving the vehicle, characterized by a pulse control for the motor, which is adjustable via a travel switch.

2. Electric vehicle according to claim 1, characterized ge indicates that the pulse control as a thyristor Pulse control is designed.

3. Electric vehicle according to claim 2, characterized ge indicates that the thyristor circuit is off two independent circuits for the armature on the one hand and the field on the other.

4. Electric vehicle according to claim 1, characterized ge indicates that the pulse control as Tran sistor pulse control is designed.

5. Electric vehicle according to claim 4, characterized ge indicates that the transistor pulse control from two independent circuits for the armature on the one hand and the field on the other.