DE1438076C - Stromversorgungseinrichtung fur Fahr zeuge zum Laden einer Batterie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung für Fahrzeuge mit einem mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen, permanent erregten Drehstromgenerator, einer Gleichrichteranordnung in Drehstrombrückenschaltung, einer wiederaufladbaren Batterie und mit einem Spannungsregler, dessen Stellglied im Hauptstromkreis zwischen Batterie und Generator liegt und dessen Regelgröße die Batteriespannung ist (französische Patentschrift 1 224 997).

An Stromversorgungseinrichtungen für Fahrzeuge werden hohe Anforderungen gestellt, da sie einmal an die Eigenart des Fahrzeugmotors und zum anderen an die unterschiedlichen Bedürfnisse der im Fahrzeug installierten Verbraucher angepaßt sein müssen. Außerdem hat sich die vom Generator abzugebende elektrische Leistung jeweils an den Ladezustand der Batterie anzupassen. Insbesondere unter Berücksichtigung des besonders schwierigen Winterbetriebs sind als Generatoren Drehstromgeneratoren besonders gut geeignet, da sie einen großen zulässigen Drehzahlbereich haben und schon bei Leerlauf des Fahrzeugmotors Leistung abgeben und damit die Batterie stets in gutem Ladezustand halten.

Eine wesentliche Vereinfachung der Stromversor-

gungseinrichtungen der hier in Frage stehenden Art erlauben permanent erregte Drehstromgeneratoren, da die Läuferwicklung und damit die verschleißunterliegenden Schleifringe und Kohlen wegfallen. Da ein Erregerstromkreis nicht vorhanden ist, muß die Regelung der Spannung im Hauptstromkreis des Generators erfolgen, vgl. die vorgenannte französische Patentschrift 1224 997. Dort ist das im Hauptstromkreis liegende Stellglied ein Transduktor, dessen ständiger Leistungsverbrauch, insbesondere im unteren Bereich, beträchtlich ist. Außerdem ist ein Transduktor sperrig und weist ein Gewicht auf, das etwa dem Gewicht des Wechselstromgenerators entspricht. Die Steuerung des Transduktors erfolgt entweder stetig oder nach Art eines Tirrillreglers.

Es ist an sich bekannt, daß Transduktoren in ihrer Wirkung durch steuerbare Siliziumgleichrichter ersetzbar sind und diese in halbgesteuertcn Brückenschaltungen verwendet werden können, vgl. »Technische Rundschau« vom 5. 5. 61, Seiten 9 bis 13.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Ladespannung der Batterie durch eine kontaktlose, wenig Raum beanspruchende, ein geringes Gewicht aufweisende und dennoch betriebssicher arbeitende Anordnung geregelt wird.

Diese Aufgabe ist nach einer ersten Ausführungsform, bei der der Spannungsregler ein Proportionalregler ist, dadurch gelöst, daß die Drehstrombrückenschaltung unter Verwendung von drei Siliziumgleichrichtern und drei steuerbaren Siliziumgleichrichtern halbgesteuert ist, deren Steuerelektroden jeweils über einen Gleichrichter und die Arbeitswicklung einer sättigbaren Drossel an eine Klemme des Drehstromgenerators geführt sind, und daß die Steuerwicklungen der sättigbaren Drosseln in Reihe geschaltet sind und am Ausgang des Spannungsreglers liegen.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der der Spannungsregler ein Zweipunktregler ist, wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, daß die Drehstrombrückenschaltung unter Verwendung von drei Siliziumgleichrichtern und drei steuerbaren Siliziumgleichrichtern halbgesteuert ist, deren Steuerelektroden gemeinsam mit dem Sternpunkt dreier in Stern geschalteter und an die Klemmen des Drehstromgenerators angeschlossener

Gleichrichter verbunden sind, und daß die Arbeitswicklung einer sättigbaren Drossel den untereinander verbundenen Steuerelektroden der gesteuerten Gleichrichter einerseits und den untereinander verbundenen Kathoden andererseits parallel geschaltet ist, wobei die Steuerwicklung der Drossel mit den Diagonalpunkten einer aus zwei Zenerdioden und zwei Widerständen gebildeten Brücke verbunden ist, die abhängig von der Batteriespannung gespeist ist.

Auf diese Weise wird trotz sich ändernder Drehzahl des Drehstromgenerators, also sich ändernder Frequenz des durch die Halbwellengleichrichtung gewonnenen intermittierenden Gleichstroms, eine exakte Regelung der Batterie-Ladespannung erreicht. Der Leistungsbedarf der Regelung samt der Siliziumdioden ist in allen Bereichen außerordentlich gering, weil sich hier die sättigbaren Drosseln im Nebenstromkreis befinden. Das Gewicht der Regeleinrichtung ist gegenüber dem Gewicht des Generators vernachlässigbar.

Die beiden Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform.

Bei den Ausführungsbeispielen ist A ein den Ladestrom erzeugender Drehstromgenerator mit Ferrit-Dauermagneten, während mit B die Batterie bezeichnet ist, die eine regulierte Aufladung erhalten soll. Die Gleichrichteranordnung ist halbgesteuert; sie besteht aus sechs Elementen, die in Form einer Drehstrombrückenschaltung angeordnet sind, nämlich drei Siliziumgleichrichter D₁, D₂ und D₃ und drei steuerbare Siliziumgleichrichter DC₁, DC, und DC.,.

Die steuerbaren Silizumgleichrichter DC₁, DC₂ und DC₃ haben bekanntlich die gleiche Funktionsweise wie gasgefüllte Thyratrons. Jeder der steuerbaren Silizumgleichrichter DC₁, DC₂ und DC₃ besitzt drei Elektroden, nämlich eine Anode, eine Kathode und eine dritte, sogenannte Steuerelektrode. Wenn ein gegenüber der Kathode positiver Steuerstrom an die Steuerelektrode gelegt wird, ist der jeweilige steuerbare Siliziumgleichrichter DC₁, DC₂ oder DC₃ in Richtung Anode—Kathode stromdurchfässig, während er in der anderen Richtung sperrt. Wenn keine Erregung stattfindet, sperrt er den Stromdurchgang in beiden Richtungen, infolgedessen ist es möglich, die gesamte Drehstrombrückenschaltung durch Steuerung der drei steuerbaren Siliziumgleichrichter DC_v DC₂ und DC₃ mit Hilfe eines Steuerteiles C zu steuern.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 weist der Steuerteil C im wesentlichen außer drei Schutzwiderständen A₁, R₂ und R₃ sowie drei gegen die Umkehrspannung schützenden Schutzdioden d_v d₂ und d₃ noch die Arbeitswicklungen na_t bis na_s von drei sättigbaren Drosseln TS₁, TS₂ und TS₃ auf, deren Steuerwicklungen nc_v nc₂ und nc₃ hintereinander und an einem Stromkreis geschaltet sind, dessen Strom abhängig ist von der Differenz zwischen einer der Batteriespannung proportionalen Spannung und einer durch eine Zenerdiode Z festgelegten Schwellenspannung.

Der Stromkreis weist ein Potentiometer P, die Zenerdiode Z, einen Transistor TR und vier Widerstände R_A, R₅, R₀ und R₇ auf.

Die Sollspannung kann durch das Potentiometer F eingestellt werden, das der Batterie B parallel geschaltet ist.

Durch Veränderung des Gleichstroms in den Steuerwicklungen nc_v nc, und nc₃ wird gleichzeitig für jede sättigbare Dros'sel TS₁, TS₂ und TS₃ der Zeitpunkt verändert, zu dem sie ihren Sättigungszustand erreicht. Wenn der Sättigungszustand erreicht ist, gelangt die Generatorspannung an die

ίο Steuerelektroden, so daß die steuerbaren Silizumgleichrichter DC₁, DC₂ oder DC₃ leitend werden.

Je früher der Sättigungszustand in der Halbperiode erreicht ist, desto größer ist der Durchschnittsladestrom.

Wenn die Batteriespannung den Sollwert nicht erreicht, ist der Strom in den Steuerwicklungen so groß, daß der Sättigungszustand innerhalb der Halbperiode sehr schnell erreicht wird und der Ladestrom seinen Höchstwert hat. Wenn aber der Sollwert überschritten wird, wird der Strom in den Steuerwicklungen /7C₁, nc, und nc₃ in gleichem Maße, wie die Batteriespannung zunimmt, schwächer, die Phasenverschiebung nimmt zu und der gleichgerichtete Durchschnittsladestrom wird schwächer. Die resultierende Phasenverschiebung kann maximal bis zu 180° betragen. Die Veränderung ist kontinuierlich.

Die Batterie weist einen Überspannungsschutz auf, der durch den Ruhekontakt K₁ dargestellt ist und der eine Korrektur des Sollspannungswertes in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie B gestattet, indem er den Widerstand R- entweder überbrückt oder nicht.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 erhält der Steuerteil C eine einzige sättigbare Drossel TS. Die Steuerspannung für die Steuerelektroden wird von den drei Phasen des Wechselstromgenerators A abgenommen, und die drei steuerbaren Siliziumgleichrichter DC₁, DC₂ und DC₃ sind leitend, solange ihren Anoden die positive Wechselspannung aufgedrückt wird.

Der Widerstand R₁ begrenzt den über die Steuerelektroden fließenden Strom, und die drei Schutzdioden d_v d_o und d₃ schützen die Steuerelektroden vor der zerstörenden Umkehrspannung.

Die sättigbare Drossel TS hat eine Steuerwicklung nc und eine Arbeitswicklung na, die zwischen Kathode und Steuerelektrode der steuerbaren Siliziumgleichrichter parallel geschaltet ist. Durch ihre Sättigung werden die Steuerelektroden an das Kathodenpotential gelegt und die Ladung blockiert. Ein durch die Steuerwicklung fließender schwacher Gleichstrom bewirkt die magnetische Sättigung des Kerns. Diese Sättigung findet automatisch statt, wenn die Batteriespannung einen vorherbestimmten SoIlwert erreicht. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

An die Batterieklemmen ist das Potentiometer P angeschlossen, dem eine aus den beiden Widerständen R₃ und /?₄ sowie aus zwei Zenerdioden Z₁ und Z., bestehende Brückenschaltung nachgeschaltet ist. Bei einer über dem durch die Zenerdioden Z₁ und Z₀ und das Potentiometer P gegebenen Wert liegenden aufgedrückten Spannung ist die Brückenschaltung verstimmt.

An die Diagonalpunkte der Brückenschaltung ist die Steuerwicklung nc der sättigbaren Drossel TS angeschlossen.

Wenn die Batteriespannung unter dem Sollwert

liegt, wird die Batterie aufgeladen. Sobald der Sollwert erreicht ist, setzt die Aufladung aus, die Spannung fällt, die Aufladung setzt wieder ein und der Zyklus beginnt von neuem. Das System arbeitet trägheitslos. Der Ladestrom wird in eine Impulsfolge zerhackt. Der Mittelwert des Ladestroms ändert sich kontinuierlich in Abhängigkeit von der Spannung der Batterie B.

Ebenso wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 weist die Batterie einen Überspannungsschutz auf, der auf den Ruhekontakt K₂ einwirkt, welcher den Widerstand R₂ entweder überbrückt oder nicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Stromversorgungseinrichtung für Fahrzeuge mit einem mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen, permanent erregten Drehstromgenerator, einer Gleichrichteranordnung in Drehstrombrückenschaltung, einer wiederaufladbaren Batterie und mit einem Proportional-Spannungsregler, dessen Stellglied im Hauptstromkreis zwischen Batterie und Generator liegt und dessen Regelgröße die Batteriespannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstrombrückenschaltung (D₁ bis D₃, DC₁ bis DC₃) unter Verwendung von drei Siliziumgleichrichtern (D₁ bis D₃) und drei steuerbaren Siliziumgleichrichtern (DC₁ bis DCJ halbgesteuert ist, deren Steuerelektroden jeweils über einen Gleichrichter (d_v d.„ d₃) und die Arbeitwicklung (na_v na.₂, ηα._Λ) einer sättigbaren Drossel (TS₁, TS.,, TS₃) an eine Klemme des Drehstromgenerators (A) geführt sind, und daß die Steuerwicklungen (nc_v nc.,, nc₃) der sättigbaren Drosseln in Reihe geschaltet sind und am Ausgang des Spannungsreglers liegen (F i g. 1). .

2. Drehstromversorgungseinrichtung für Fahrzeuge mit einem mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen, permanent erregten Drehstromgenerator, einer Gleichrichteranordnung in Drehstrombrückenschaltung, einer wiederaufladbaren Batterie und mit einem Zweipunkt-Spannungsregler, dessen Stellglied im Hauptstromkreis zwischen Batterie und Generator liegt und dessen Regelgröße die Batteriespannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstrombrückenschaltung (D₁ bis D₃, DC₁ bis DC₃) unter Verwendung von drei Siliziumgleichrichtern (D₁ bis D₃) und drei steuerbaren Siliziumgleichrichtern (DC₁ bis DC₃) halbgesteuert ist, deren Steuerelektroden gemeinsam mit dem Sternpunkt dreier in Stern geschalteter und an die Klemmen des Drehstromgenerators (A) angeschlossener Gleichrichter (d_v d.,, d_z) verbunden sind, und daß die Arbeitswicklung (na) einer sättigbaren Drossel (TS) den untereinander verbundenen Steuerelektroden der gesteuerten Gleichrichter einerseits und den untereinander verbundenen Kathoden andererseits parallel geschaltet ist, wobei die Steuerwicklung ^c) der Drossel (TS) mit den Diagonalpunkten einer aus zwei Zenerdioden (Z₁, Z₂) und zwei Widerständen (R₃, R₄) gebildeten Brücke verbunden ist, die abhängig von der Batteriespannung gespeist ist (F i g. 2).