DE1938481A1 - Vorrichtung zur Regelung einer Batteriespannung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Regelung einer Batteriespannung, das bei einer Vorrichtung zur Aufladung einer Batterie oder eines Systems mit einer Notstrombatterie verwandt wird, und insbesondere eine solches System zur Regelung einer Batteriespannung ,bei dem die elektrische Aufladung mit Hilfe eines Gleichstromes durchgeführt wird, der von einem Dreiphasenwechselstromgenerator über einen Gleichrichter zugeführt wird, während die Klemmenspannung einer Batterie, die einen Gleichstrom an einen Verbraucher

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abgibt, auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Es ist bereits ein bisher verwandtes System zur Regelung einer Batteriespannung bekannt, bei dem die Spannung der Energiequelle des Regelsystems von einem Dreiphasengleichrichter abgeleitet wurde, und ein derartiges System soll dem einzelnen näher anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben werden. Bei diesem System entstand an der Klemmenspannung der Batterie während des Betriebes des Batteriespannungsreglungssystems ein hochfrequenter pulsierender Anteil, und es war eine große Kapazität erforderlich, um dieses Pulsieren zu verringern. Dies führte zu einer längeren Schaltzeit des Schalttransitors, was wiederum zu einer erhöhten Erwärmung des Transistors führte. Weiterhin war bei einen derartigen bekannten System zur Regelung einer Batteriespannung die Arbeitsweise des Schalttransistors unstabil, und zur Verhinderung einer solchen unstabilen Arbeitsweise war es notwendig, die Kapazität des Kondensators vielter zu erhöhen, was wiederum zu einer weiteren erhöhten Erwärmung des Schalttransistors führte. Es war deshalb äußerst schwierig, ein derartiges System zur Regelung einer Batteriespannung unter Verwendung einer integrierten Schaltung herzustellen.

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BAD

Die vorliegende Erfindung bezweckt deshalb, die obenerwähnten Nachteile eines Systems zur Regelung einer Batteriespannung zu vermeiden und ein verbessertes System zur Regelung einer Batteriespannung anzugeben, das einen wesentlich vereinfachten Aufbau hat, eine stabile Arbeitsweise aufweist, eine gute Spannungsreglung besitzt und auf das die Erwärmung des Schalttransistors eine geringere Auswirkung hat.

Die vorliegende Erfindung strebt weiterhin ein |

Spannungsreglungssystem an, das unter Verwendung einer integrierten Schaltung hergestellt werden kann.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Batteriespannungsreglungssystem erreicht, das sich auszeichnet durch einen Dreiphasenwechselstromgenerator zur Aufladung einer Batterie, durch eine Gleichrichterschaltung zur Doppelweggleichrichtung des Ausganges dieses Dreiphasenwechselstromgenerator, und durch einen Transistorschaltkreis zur Feststellung der Klemmenspannung der Batterie und zur intermittierenden Unterbrechung des Feldstromes für diesen Dreiphasenwechselstromgenerator, wobei zwei Phasen dieses dreiphasigen Ausganges von dem Dreiphasenwechselstromgenerator doppelweggleichgerichtet und auf die Quellenspannungseingangsklemmen des Traneistorschaltkreises gegeben werden, so

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daß die Quellenspannung des Transistorschaltkreises während einer vorbestimmten Zeit auf Null gehalten wird, wobei die Bozugsspannung zum Unterbrechen des Feldstromes durch die Kreiskonstante von Kreisen bestimmt wird, die so ausgebildet sind, daß sie miteinander in diesem Transistorschaltkreis leitfähig werden.
. ■. ♦

Die Erfindung soll im folgenden näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden. Ih der Zeichnung zeigt :

Fig. 1 ein Schaltbild zur Erläuterung des bisher

bekannten Batteriespannungsreglungssystems;

Fig. 2, 3 und 4 Schaltbilder zur Erläuterung von

Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Batteriespannungsreglungssystems;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, in der die Bell Ziehung zwischen dem Feldstrom des Dreiphasen-

wechselstromgenerators, der durch das erfindungsgemäße System gesteuert wird, und der Klemmenspannung der Batterie gezeigt ist:

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Wellenform der Spannung der Spannungsquelle, die auf den erfindungsgemäßen Transistorschaltkreis gegeben wird.

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a ■_.■ SAD ORIGINAL

Zunächst soll ein System zur Regelung einer Batteriespannung beschrieben werden, wie es bisher bekannt war.

.In Fig. 1 wird die Klemmenspannung V, einer Batterie 1 durch Widerstände 10 und 11 geteilt und der hochfrequente Anteil, der in der Spannung enthalten ist, wird durch ein Tiefpassfilter abgeschnitten, das aus Widerständen 27 und 28 und einem Kondensator 29 gebildet wird und dazu dient, eine fehlerhafte Arbeitsweise zu verhindern.Die Spannung, die an dem Punkt a durch Spännungsteilung der Klemmenspannung V_R der Batterie 1 erhalten wird, wird über Widerstände 28 und 27 auf eine mit konstanter Sp.annung arbeitende bzw. eine Begrenzerdiode 12, gegeben. Wenn die Spannung an dem Punkt a größer als die Zug- bzw. Ansprechspannung V₂ der Begrenzerdiode 12 wird, so wird ein Transistor. '7 leitend, wodurch die Transistoren 8 und 9, die in einer Darlington-Schaltung geschaltet sind, in den nichtleitenden Zustand übergehen, wodurch der durch eine Feldwicklung 3 fliessende Strom unterbrochen wird, sodaß die Spannungserzeugung eines Dreipüasenwechselstromgenerators 2 auf hört, wodurch verhindert wird, daß dia ,Klemmenspannung Vg der Batterie 1 einen vorbestimmten Wert überschreitet . Wenn die Klemmenspannung der Batterie 1 durch ihre Energieabgabe an die Belastungswiderstände bzw. den Verbraucher fällt, und die Spannung an dem Punkt a niedriger als die Ansprechspannung V_ der Begrenzerdiode 12 wird, so gelan-

et

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BAD ORIGINAL

gen die Transistoren in den leitenden Zustand, so daß wieder ein Strom durch die Feldwicklung fliessen kann, wodurch die Aufladung der Batterie 1 durch den Dreiphasenwechselstromgegarator 2 beginnt. Der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich, um dadurch die Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Während der Spannungserzeugung des Dreiphasenwechselstromgenerators 2 liegt der positive Pol der Batterie 1 im wesentlichen auf demselben (^ Potential wie das Potential an dem Punkt d, wehalb eine Lampe 24 zur Anzeige des nichtaufladenden Zustandes nicht erleuchtet ist. Wenn der Dreiphasenwechselstromgenerator 2 während der Zeit, in der er keine Energie erzeugt, die Batterie 1 nicht auflädt, ist das Potential an dem Punkt d gleich Null, so daß ein Strom von dem positiven Pol der Batterie 1 zu dem Punkt d fließt, so daß die Lampe 24 aufleuchtet,um den nichtaufladenden Zustand anzuzeigen, das heißt, um anzuzeigen, daß die Batterie 1 nicht aufgeladen wird.

Bei dem bekannten System zur Regelung einer Batteriespannung, wie es oben beschrieben wurde, wird jedoch ein dreiphasiger Ausgang von dem Dreiphasenwechselstroragenerator 2 über Dioden 5a, 5b und 5c und Dioden 19» 20 und 30 in einem Dreiphasendoppelweggleichrichterkreis 5, der diesen dreiphasigen Ausgang gleichrichtet, auf die Spannungseingangsklemmen 17 und 18 für die Spannung von der Spannungs-

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quelle eines Transistorschaltkreises 6 gegeben,und dies bringt den Nachteil mit sich, daß nicht nur diese 3 Dioden, 19, 20 und 30 erforderlich sind, sondern daß auch die Verdrahtung sehr kompliziert ist.

Wenn die Transistoren 8 und 8 leitend sind, fliesst, wie oben beschrieben wurde, ein Strom durch die Feldwicklung 3, über die Dioden 19, 20 und 30. Wenn die Transistoren 8 und 9 ausgeschaltet werden, fliesst ein Teil dieses Stromes zwischen dem Kollekter und Emiter des Transistors 7 durch den Widerstand 15, während der übrige Teil dieses Stromes der Batterie 1 als Ladestrom in Form eines Ausganges von dem Dreifasendoppelweggleichrichterkreis 5 zugeführt wird. Hierdurch wird in der Klemmenspannung der Batterie nicht nur eine Hochfrequenzpulsation erzeugt, sondern es ist gleichfalls in dem Transistorschaltkreis 6 ein Tiefpassfilter erforderlich, um eine solche Hochfrequenzpulsation zu verhindern. Weiterhin führt die Verwendung eines Kondensators 29 in dem Tiefpassfilter zu einer längeren Schaltzeit für den Transistor 7 und für die Transistoren 8 und 9, was seinerseits wieder zu dem Nachteil führt\ daß eine erhöhte Erwärmung dieser Transistoren während ihrer Schaltzeit auftritt. Weiterhin enthält die Klemmenspannung V_ß der Batterie I₃ wie es oben beschrieben wurde, einen pulsierenden Anteil entsprechend der Schalthysterese ΔV des Transistorschaltkreisea 6, das heißt

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der Differenz Ay zwischen der Spannung, bei der der Transistor 7 oder die Transistoren 8 und 9 leitend werden und der Spannung, bei der diese Transistoren abgeschaltet werden. Eine solche in der Klemmenspannung V_ß der Batterie auftretende Pulsation führt zu den oben bes .hriebenen Nachteilen, weshalb die Schalthysterese^V des Transistorschalt kreises 6 auf einen kleinen Wert gebracht werden muß. Wenn jedoch die Schalthysterese-AV auf einen kleinen Wert einge-

W stellt wird, so bewirkt der pulsierende Anteil, der durch das Tiefpassfilter gelangt ist und die richtigen Merkmale aufgewiesen hat, daß der Transistorschaltkreis 6 wiederholt mit hoher Frequenz an- und ausgeschaltet wird und darüber hinaus, daß die Abschneidefrequenz des Tiefpassfilters erniedrigt wird. Aus diesem Grunde muß der Kondensator 29 in der Praxis eine große Kapazität aufweisen. Die große Kapazität des Kondensators 29 macht eine längere Schaltzeit erforderlich, was dementsprechend zu einer erhöhten Erwärmung der Transistoren

t führt. Weiterhin wird es, da 3 Dioden 19, 20 und 30 erforderlich sind, um die Spannung der Spannungsquelle dem Transistorschaltkreis 6 zuzuführen und weiterhin den Kondensator 29 vorgesehen sein muß, äußert schwierig, ein kompaktes System unter Verwendung eiper integrierten Schaltung herzustellen.

Diese Nachteile des bisher bekannten Batteriespannungsreglungssysteras können gemäß der vorliegenden Erfindung

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ausgeschaltet werden.

Im folgenden sollen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden.

In Fig. 2, in der eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt ist, sind eine Batterie 1, ein Drejphasenwechselstromgenerator 2, der die Aufladequelle für die Batterie 1 darstellt, eine Feldwicklung 3 des Generators 2, eine Diode ^ zur Aufnahme der Gegenspannung, die in der Feldwicklung 3 erzeugt wird>und ein Dredpfiasendoppelweggleichrichterkreis 5 zur Qleichrichtung des Drejphasenwechsela-trom ausganges von dem Drepüasenwechselstromgenerator 2 gezeigt. Es ist gleichfalls ein Transistorschaltkreis 6 mit Transistoren 7» 8 und 9 zur Durchführung der Schaltung vorgesehen. Die Transistoren 8 und 9 sind in einer Darlington-Schaltung geschaltet, um eine größere Verstärkung zu erzielen. Es sind -weiterhin widerstände 10 und 11 zur Spannungsteilung der Klemmenspannung der Batterie 1 und eine bei einer konstanten Spannung arbeitende bzw. eine Begrenzerdiode 12 vorgesehen» die dazu dient, ihre eigene Zug- bzw. Ansprechspannung V_ mit der Spannung V an dem Punkt a zu vergleichen, an· dem

a.

die Widerstände IQ und 11 miteinander verbunden sind. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist ₄ ist die Anordnung so getroffen» daß die Klemmenspannung der Batterie 1 durch die Widerstände 10 und 11 und die Begrenzerdiode 12 festge-

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- ίο -

stellt wird. Es sind gleichfalls Vorkehrungen getroffen, um die Widerstände 13 und 14, einen Widerstand 15 und einen Widerstand 16 vorzuspannen, um von den Kollektoren der Transistoren 8 und 9 eine positive Rückkopplung auf den Punkt a zu geben. Klemmen 17 und 18 für die Zuführung der Spannung von der Spannungsquelle sind in dem Transistorschaltkreis 6 vorgesehen, und es sind die Dioden 19 und 20 vorhanden, die zusammen mit den Dioden 5 a und 5 b des dreiphasigen Doppelweggleichrichterkreises 5 einen Gleichrichterkreis bilden, der dazu dient, zwei Phasen des dreiphasigen Ausganges von dem Dreiphasenwechselstromgenerator 2 doppelweggleichzurichten und die so doppelweggleichgerichteten Phasen an die Klemmen 17 und 18 für die Spannung der Spannungsquelle anzulegen. Mit 21 ist ein Schalter für die Spannungsquelle bezeichnet.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des obenbeschriebenen erfindungsgemäßen Systems beschrieben werden. Das vorliegende erfindungsgemäße System eignet sich für den Fall, daß eine Batterie, die in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, von einer Aufladequelle aufgeladen wird, während sie während des Aufladevorganges einen Gleichstrom an den Verbraucher abgibt. Zuerst soll die Art und Weise beschrieben werden, in der der Peldstrom des Dreiphasenwechselstromgenerators 2 intermittierend durch aie Wirkung des Transistor-

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- ii -

Schaltkreises 6ein- und ausgeschaltet wird. Wenn sich der Dreiphasenwechselströingenerator 2 in nichtarbeitendem Zustand befindet, und das Potential an dsm Punkt a , das durch Spannungsteilung der Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 erhalten wird, einen Wert annimmt, der niedriger liegt als die Ansprechspannung V„ der Begrenzerdiode 12, so befindet sich der Transistor 7 im "ausgeschalteten" Zustand, da kein Basisstrom fließt. Die Transistoren 8 und 9 befinden sich gleichzeitig, um eine positive Rückkopplung an die Basis des Transistors 7 über die bei einer konstanten Spannung arbeitenden bzw. Begrenzerdiode 12 anzulegen, im vollständig "eingeschalteten" Zustand, da an den Klemmen 17 und IjB von dem Dreiphasenwechselstromgenerator keine Spannung der Spannungsquelle anliegt, da diese sich im nicht arbeitenden Zustand befindet. Wenn der Leistungsschalter 21 geschlossen wird, um den Anker des Dreiphasenwechselstromgenerators 2 etwa durch eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine anzutreiben, so beginnt der Dreiphasenwechselstromgenerator 2 auf Grund der Erregung, die durch den Restmagnetismus in einem Feldkern erzeugt wird, auf den die Feldwicklung 3 aufgewickelt ist, mit der Energie- bzw. Spannungserzeugung, und gleichzeitig hiermit wird ein Strom, der aus zwei Phasen des Dreiphasenwechse Is tr oraaus ganges besteht und durch die Dioden 19, 20 und 5 a, 5 b doppelweggleichgerichtet ist, über den Widerstand 15 auf die Basis des Transistors 8 gegeben. Hierdurch wird

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der Transistor 8 leitfähig und sodann wird der Transistor 9 gleichfalls leitfähig, so daß im wesentlichen der gesamte doppelweggleichgerichtete Strom in die Feldwicklung3 fließt. Hierdurch steigt durch die Erregung, die durch den Strom bewirkt wird, der durch die Feldwicklung 3 fließt, die Leistung des Dreiphasenwechselstromgenerator 2 und die Spannung immer weiter an. Dadurch, daß die Transistoren 8 und 9 leitend geworden sind, werden die Kollektorspannungen dieser Transietoren im wesentlichen Null, und diese Nullspannung wird in Form einer positiven Rückkopplung über den Widerstand 16 auf die Basis des Transistors 7 gegeben. Hierdurch wird der Transistor 7 in einen vollständig ausgeschalteten Zustand gebracht. Wenn sodann die Gleichspannung, die durch Gleichrichtung der erzeugten Spannung des Dreiphasenwechselstromgenerators 2 mit Hilfe des Dreiphasendoppelweggleichrichterkreises 3 erzeugt wird, die Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 überschreitet, so beginnt sich die Batterie 1 aufzuladen. Hierdurch wird die Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 allmählich erhöht. Wenn jedoch das Potential an dem Punkt a, das aus der Klemmenspannung V_ß durch Spannungsteilung mit Hilfe der Widerstände 10 und 11 erhalten wird, die Zug- bzw. Ansprechspannung V₂ der mit konstanter Spannung arbeitenden Diode 12 überschreitet, während die Klemmenspannung V₂ der Batterie 1 erhöht wird, so beginnt ein Basisstrom in den Transistor 7 durch die mit konstanter Spannung arbeitende Diode 12 zu fHessen,

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wodurch der Transistor 7 in den eingeschalteten Zustand gebracht wird, während die Transistoren 8 und 9 in den ausgeschalteten Zustand gelangen. Als Folge hiervon fliesst kein Strom mehr durch die Feldwicklung 3 »und der durch die Dioden 19 und 20 fliessende Strom fliesst nunmehr durch den Kollektor und den Emiter des Transistors 7. Somit wird die durch den Dreijjhasenwechselstromgenerator 2 erzeugte Spannung scharf erniedrigt, da die durch den Feldstrom bewirkte Erregung abgeschaltet ist, und es tritt lediglich eine leichte Spannungserzeugung durch den Restmagnetismus in dem Feldkern auf, der jedoch nicht ausreicht, die Batterie 1 aufzuladen. Somit überschreitet die Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 nicht einen bestimmten Wert, das heißt sie ist auf einen vorbestimmten Wert begrenzt. Die obenbeschriebene Arbeitsweise wird hierauf wiederholt, wodurch die Klemmenspannung Vg der Batterie 1 auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden kann.

. Im folgenden soll anhand der Fig. 5 und 6 der Schaltvorgang des Schaltkreises 6 beschrieben werden, der während des oben beschriebenen Arbeitsvorganges stattfindet.

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Klemmenspannung Vg der Batterie 1 und dem Feldstrom L, der durch die Feldwicklung 3 fliesst, wobei die Klemmenspannung V_ß

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- in -

auf der Abszisse und der Feldstrom I- auf der Ordinate aufgetragen ist. Fig. 6 zeigt die Wellenform der Spannung der Spannungsquelle, wenn zwei Phasen des Dreiphasenausganges von dem Dreiphasenwechselstromgenerator 2 durch die Dioden 19 und 20 und die Dioden 5 a und 5 b doppelweggleichgerichtet worden sind und an die Klemmen 17 und 18 für die Spannung der Spannungsquelle des Transistorschaltkreises 6 angelegt werden. Bei dieser Fig. stellt die Abszisse die Zeit t und die ^ Ordinate, die Spannung V dar, und V_n auf der Ordinate ist im

wesentlichen gleich einem vorbestiaiß*-^ö*i Wert, auf den die Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 begrenzt ist. Um die Transistoren 8 und 9 leitend zu machen, muß der Transistor 7 ausgeschaltet werden, das heißt es muß eine Beziehung derart hergestellt werden, daß das Potential an dem. Punkt a kleiner als die Ansprechspannung V„ der mit konstanter Spannung arbeitendenDiode 12 ist, das heißt V_& = V^. Wenn die Widerstandswerte der Widerstände 10. 11 und 16 r₄ , Γ*., bzw. r._c betra-

■ . ■ ■ * IO 11 10

genjso kann die obenerwähnte V_Q - V₇ wie folgt ausgedrückt W werden :

^rl6^r10
^rl6^+rlo

(l)

Aus der Gleichung (1) kann die Klemmenspannung V₁ der Batterie l,bei der die Transistoren 8 und 9 vom eingeschalte-

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ten Zustand in den ausgeschalteten Zustand übergehen, das heißt die Spannung V^ auf der horizontalen Achse der Fig. wie folgt angegeben werden :

^rl6 * ^r10 V_z = ^r10 ^rll + ^rll ^r15 » ^r10 ^rl6V _z (2) ^rll TlI ^(Γ10 + ^rl6^} ~"

Andererseits kann die Klemmenspannung V- der Batterie 1 bei der die Transistoren 8 und 9 vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand übergehen, das heißt die Spannung V₂ auf der horizontalen Achse der Fig. 5, durch die folgende Gleichung erhalten werden, da ein Ende des Transistors 16 über den Transistor 9 geerdet ist, wenn sich die Transistoren 8 und 9 im eingeschalteten Zustand befinden, sodann beträgt die Spannung V an dem Punkt a :

CL

^Γ10^οΓ11

(3)

^rll-^rl6
ll ^{+ r}l6

^{+ Γ}10

Aus der Gleichung (3) ergibt sich :

rirri6 ,	Γ10 \	κ Γ11 Γ16 + .10 Γ16
Γ11+Γ16		Γ11 Γ16
Γ11·Γ16
rli+rl6
	Jn - Γ10 Γ11

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Somit kann die Schalthysterese ^V des Transistorschaltkreises 6, das heißt die Differenz £V zwischen der Spannung, bei der die Transistoren 8 und 9, die intermitirend den Feldstrom steuern, leitend werden, und der Spannung, bei der diese Transistoren 8 und 9 in den nichtleitenden Zustand übergehen, dadurch erhalten werden, daß die Gleichung (3) von der Gleichung (2) subtrahiert wird. Das heißt

= V₂-V₁= ^(rio ^rn ^{+ r}n^ri6 » ^rio ^ri6^{? r}io v_z

^(rlo ^{+ r}l6^{) r}ll ^rl6

Die aus der Gleichung (5) zu entnehmende Schalthysterese ^V ist in Fig. 5 in gestrichelten Linien in Form eines Steuerdiagramms dargestellt. Diese Hysterese Δν kann ebenso durch geeignete Wahl der Widerstandswerte der Widerstände lo, 11 und 16 zu einem Wert [v] gemacht werden. Dadurch würde,selbst wenn in der Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 beim Schalten des Transistorschaltkreises 6

" eine hochfrequente Pulsation erzeugt wird,, diese Pulsation nicht dazu führen, daß der Transistorschaltkreis 6 mit hoher Frequenz schwingt. Aus diesem Grunde ist kein zusätzliches Tiefpassfilter erforderlich, um den Hochfrequenzimpuls , bzw. die Hochfrequenzschwingung in dem.Schaltkreis zu unterdrücken.

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Der Transistorschaltkreis 6, der diese Hysterese ^V aufweist, ist nicht frei von der Pulsation, die in der Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 erzeugt wird, wenn dieser seine Schaltung ausführt. Die Spannung, die auf die Klemmen 17 und 18 des Transistorschaltkreises 6 von der Spannungsquelle aus angelegt wird, weist die in Fig. 6 dargestellte rechteckige Impulswellenform auf, und die von der Spannungsquelle an den Transistorschaltkreis 6 angelegte Spannung ist synchron mit dem Zweiph&senausgang von dem Dreipfiasenwechselstromgenerator 2 während einem Drittel einer Periode jeder ihase, nämlich während einer Zeit t^ - 1/3 T gleich Null. In diesem Stadium ist ein Ende des Widerstandes 16 durch die Diode 4 und die Widerstände 15 und Ik geerdet, und die Spannung V„, die jetzt an dem Punkte a herrscht, wird durch die Kreiskonstanten der Kreise, die so angeordnet sind, daß -sie miteinander leitend werden, wie folgt ausgedrückt :

V₁₁ (r_lh + V₁₅ -f V₁₆ + r_D)

^{+ r}15 ^{+ r}l6 ^{+ r}D

^rD⁾

^{10 r} ii ^{+ r}i4 ^{+ r}i5 ^{+ r}ie ⁺

Worin r_Q den Widerstandswert der Diode ¹J in der Vorwärtsrichtung und r^ + r^c die Widerstandswerte der

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Widerstände Ik bzw. 15 bedeuten. In diesem Stadium bzw. Zustand wird die Klemmenspannung V, der Batterie 1 wie folgt durch die Gleichung (7) unten gegeben.

r10	,Γ11<	Γ14 +	Γ15 +	rl6	♦ν
Γ11			hr15	+ Γ16	*rD
Γ11	(Γ14 *		h rl6	+ r )
■ ♦ rlk	+ r15	+ Γ16	+ rD

(7)

Mit anderen Worten, mit V, aer Gleichung (7) als Bezugsspannung und mit einer solchen Bezugsspannung V- als Grenze führt der Transistorschaltkreis 6 seine Schaltung aus, um den FeIdtrom intermittierend zu unterbechen. Somit befindet sich in Fig. 5, wenn die Klemmenspannung V_Q der Batterie 1 in dem Gebiet A liegt, das durch die Schraffierung nach rechts oben dargestellt ist, der Transistor 7 im vollständig ausgeschalteten Zustand, während die Transistoren und 9 sich im vollständig eingeschalteten Zustand selbst dann befinden, wenn die an die Klemmen 17 und 18 von der Spannungsquelle angelegte Spannung auf Null abgesenkt wird, da sich die Spannung an dem Punkt a auf einem kleineren Wert als die Ansprechspannung V, der mit einer konstanten Spannung arbeitenden Diode 12 befindet. Deshalb fließt, wenn wieder eine Spannung an.die Klemmen 17 und 18 zum Anlegen einer Spannung von der Spannungsquelle angelegt wird,ein Strom I_L in die Feldwicklung 3 über'die Transistoren 8 und

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9, um den Dreiphasenwechselstromgenerator 2 zur Spannungserzeugung zu speisen und die Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 steigt stetig an. Wenn jedoch die Klemmenspannung V„ der Batterie 1 in den Bereich B kommt, der durch die Schraffierung nach rechts unten gekennzeichnet ist, so überschreitet die Spannung an dem Punkt a die Ansprechspannung V„ der mit einer konstanten Spannung arbeitenden Diode 12, so daß plötzlich der Transistor 7 eingeschaltet und die Transistoren 8 und 9 ausgeschaltet werden, wodurch das Fliessen des Feldstromes Lr unterbunden wird, und die erzeugte Spannung des Dreiphasenwechselstroragenerators 2 fällt plötzlich ab. Somit sinkt die Klemmenspannung V„ der Batterie 1 gleichfalls ständig dadurch ab, daß Gleichstrom an den Verbraucher abgegeben wird. Wenn die Klemmenspannung V_ß wieder in den Bereich A gelangt, unterschreitet die Spannung V. an

dem Punkt a die Ansprechspannung V₂ der mit konstanter Spannung arbeitenden Diode 12, so daß der Transistor 7 ausgeschaltet und die Transistoren 8 und 9 wieder eingeschaltet werden, so daß wieder ein Feldstrom Ί^- flieseen kann»:und der Dreiphasenwechselstromgenerator beginnt wieder die Batterie 1 aufzuladen. Der oben beschriebene Arbeitsvorgang wird hierauf wiederholt, wodurch die Klemmenspannung V„ der Batterie 1 auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird« Folglich wird in der Klemmenspannung V_ß der Batterie-1 keine Pulsation erzeugt.

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Im folgenden soll anhand der Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, bei der die mit den Bezugszeichen 1 bis 21 bezeichneten Elemente mit den Elementen identisch sind, für die diese Bezugszeichen in der obenbeschriebenen Ausführungsform verwandt wurden. Mit 22 ist ein Widerstand bezeichnet, der ein Widerstandselement bildet, das einen Widerstandswert aufweist, der größer als der Widerstandswert in Vorwärtsflussrichtung der Diode 5 des Dreiphasendoppelweggleichrichterkreises ist, zu

Bf der der Widerstand 22 parallel geschaltet ist. Ein Ende des Widerstandes 22 ist mit der,Batterie 1 über einen Leistungsschalter 21 und das andere Ende mit einem Punkt b an der Anodenseite der Diode 19 verbunden. Es ist gleichfalls ein Amperemeter 23 vorgesehen. Bei dieser Anordnung ist die Arbeitsweise insofern ähnlich wie bei der beschriebenen ersten Ausführungsform, als zwei Phasen des Dreiphasenausganges von dem Dreiphasenwechselstroragenerator 2, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, durch die Dioden 19, 20, 5 a und 5 b doppel-

^ weggleichgerichtet und auf die Klemmen 17 und 18 zum Anlegen der Spannung der Spannungsquelle des Transistorschaltkreises gegeben werden und insofern als der Feldstrom durch eine intermittierende Unterbrechung gesteuert wird, um die Klemmenspannung V_B der Batterie auf einem vorbestimmten Wert zu halten.

Während hei der ersten, in der Fig. 2 gezeigten Aus-

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führungsform die anfängliche Energieerzeugung des Dreiphasenwechselstromgenerators 2 mit Hilfe der anfänglichen Erregung aufgrund des Restmagnetismus in dem Feldkern, auf den die Feldwicklung 3 aufgewickelt ist, durchgeführt wurde, wird bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform ein anfänglicher Erregungsstrom durch Schließen des Leistungsschalters 21 durch die Feldwicklung 3 über das Amperemeter 23, den Leistungsschalter 21, den Widerstand 22 und die Diode 19 geleitet, wodurch die anfängliche Energieerzeugung des Dreiphasenwechselstromgenerators 2 sanft ausgeführt werden kann. Durch die Einfügung des Amperemeters in den Aufladekreis von dem DreiphasenwechseIstromgenerator zu der Batterie 1 kann der Wert des Aufladestromes zu der Batterie 1 und der Wert des Entladestromes auf dem Amperemeter 23 abgelesen werden, weshalb die Verwendung eines Amperemeters 23 äußerst nützlich ist. In diesem Falle fließt in dem Amperemeter 23 ein Strom, der eine leicht pulsierende Komponente des Dreiphasenausganges von dem Dreiphasenwechselstromgenerators 2 enthält, der durch den Dreiphasendoppelweg gleichrichterkreis 5 doppelweggleichgerichtet ist. Es wurde jedoch festgestellt, daß der Zeiger des Amperemeters 23 durch das Vorhandensein eines solchen Stromes nicht derart nachteilig beeinflußt/wird, daß die Ablesung des Zeigers erschwert wird, überdies fließt während der Spannungserzeugung in dem Dreiphasenwechselstromgenerator 2 ein doppel-

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weggleichgerichteter Einphasenstrom von dem Generator über den Widerstand 22 durch das Amperemeter 23, jedoch ist dieser Strom zu klein, als daß er die Bewegung des Zeigers in dem Amperemeter 23 beeinflussen könnte, da die Spannung an dem Punkt b an der Anodenseite der Diode 19 im wesentlichen gleich der Spannung an dem Punkt c ist, an dem der Widerstand 22 und der Leistungsschalter 21 miteinander verbunden sind. Weiterhin ist, wenn die Batterie 1 nicht aufgeladen wird,

^ wenn der Dreiphasenwechselstromgenerator nicht zur Spannungserzeugung arbeitet, die Spannung an dem Punkt b an der Anodenseite der Diode 19 um den Wert des Spannungsabfalles, der durch den Widerstand 22 hervorgerufen wird, niedriger als die Klemmenspannung Vg der Batterie 1. Deshalb fließt ein Strom durch denselben Kreis, durch den auch der Strom für die Anfangserregung fließt, und deshalb kann die Tatsache, daß keine Aufladung der Batterie 1 stattfindet, durch die Abweichung des Zeigers in dem Amperemeter 23 festgestellt werden. Während des oben beschriebenen Arbeitsvorganges

ψ fließt, wenn die Spannung der Spannungsquelle, die an die Klemmen 17 und 18 des Transistorschaltkreises 6 angelegt wird, auf Null abgesenkt wird oder während der Zeit T^ in der in Fig. 6 gezeigten Wellenform, ein Stron von dem positiven Pol der Batterie 1 zu der Klemme 17 zur Anlegung der Spannung von der Spannungsquelle über das Amperemeter den Leistungsschalter 21, den Widerstand 22 und die Diode

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wodurch die Wellenform der Spannung,die an die Klemmen 17 und 18 angelegt wird, nicht beeinflußt wird. Dies beruht darauf, daß während der Zeit T₁ das Potential an dem Punkt b an der Anode der Diode 19 Null ist, so daß der Strom, der von dem positiven Pol der Batterie 1 über das Amperemeter 23» den Leistungsschalter 21 und den Widerstand 22 fließt, in die Ankerwicklung des Dreiphasenwechselstromgenerators 2, die sich über den Punkt b gleichfalls auf Null-Potential befindet, und nicht zu der Klemme 17 fließt.

Anhand der Fig. Ί soll im folgenden nunmehr eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, die eine Abwandlung der obenbeschriebenen zweiten Ausführungsform darstellt. In Fig. ¹J sind die mit den Bezugszeichen 1 bis 21 bezeichneten Kreiselemente dieselben wie die bei der ersten Ausführungsform mit diesen Bezugszeichen bezeichneten Elemente. Bei der dritten Ausführungsform sind eine Anzeigelampe 2k zur Anzeige des nichtaufladenden Zustandes, ein Nebenschlußwiderstand 25, der parallel zu der Lampe 24 geschaltet ist, und eine Spule 26 vorgesehen, die in Reihe mit dem Parallelkreis geschaltet ist, der aus der Lampe 2k und dem Widerstand 25 gebildet wird. Dieser Serienkreis ist zwischen den positiven Pol der Batterie 1 und die Feldwicklung 3 eingefügt. Der Widerstandsbestandteil des Widerstandes 25 und der Wicklung 26 entsprechen dem Widerstand 22 in der beschriebenen zweiten Ausführungsform. Für die in Fig. ¹I ge-

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zeigte Anordnung gilt gleichfalls wie bei der ersten Ausführ ungs for in, daß eine Spannung mit rechteckiger Impulswellenform, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, auf die Klemmen 17 und 18 zum Anlegen der Spannung der Spannungsquelle des TransistorSchaltkreises 6 angelegt wird, und daß der Feldstrom so gesteuert wird, daß er intermittierend unterbrochen wird, so daß die Klemmenspannung V_ß der Batterie 1 auf einem vorbestimmten Wert V, gehalten wird. Der anfängliche Erreger-

A strom fließt wiederum von der Batterie 1 zu der Feldwicklung über den Leistungsschalter 21, die Anzeigelampe 2k für eine Nicht-Aufladung, den Widerstand 25 und die Wicklung 26. Ebenso ist die Spannung an dem positiven Pol der Batterie 1 während der Spannungserzeugung des Dreiphasenwechselstromgenerators 2 im wesentlichen gleich der Spannung an dem Punkt d an den gemeinsamen Kathodenseiten der Dioden 19 und 20, und der Wert des Stromes, der von dem Punkt d zu dem positiven Pol der Batterie 1 fließt, ist viel zu klein, um die Anzeigelampe 2k für einen Nicht-Aufladezustand aufleuchten zu lassen. Wenn je-

" doch die Spannung an dem positiven Pol der Batterie 1 größer als die Spannung an dem Punkt d wird, fließt ein Strom von dem positiven Pol der Batterie 1 über den Leistungsschalter 21, die Anzeigelampe 2k für den Nicht-Aufladezustand, den Widerstand 25, die Spule 26, die Feldwicklung 3 und die Transistoren 8 und 9, so daß die Anzeigelampe 2k für einen Nicht-

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aufladezustand aufleuchtet, wodurch nunmehr angezeigt wird, daß keine Aufladung der Batterie 1 stattfindet. Eine solche Anzeigelampe 24 für einen Nicht-Aufladezustand kann durch ein Amperemeter ersetzt werden, das jedoch nur digital den Auflade- oder Nicht-Auflädezustand anzeigen kann.

Bei dieser dritten Ausführungsform kann ebenfalls

. eine Gegenmessung in der zu beschreibenden Art und Weise -

durchgeführt werden, um zu verhindern, daß die Wellenform der Spannung der Spannungsquelle in dem Transistorschaltkreis 6 durch einen Strom beeinflusst wird, der von dem positiven Pol der Batterie 1 zu den Klemmen 17 zum Anlegen der Spannung der Spannungsquelle über den Leistungsschalter 2X₃ die Anzeigelampe 24 zur Anzeige des Nicht-Aufladezustandes,den Widerstand 25 und die Spule 26 fließt, wenn die Spannung der Spannungsquelle an dem Transistorkreis 6 auf Null abgesenkt wird. Dies kann durch die Verwendung der Spule 26 erreicht werden, die eine Induktivität L aufweist, ' die eine Anstiegszeit aufweist, die größer als die Zeit T. in der Wellenform der Spannung ist, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, die auf die Klemmen 17 und 18 zum Anlegen der Spannung der Spannungsquelle gegeben wird. Hierdurch kann gleichfalls immer während der Spannungserzeugung des Drejpbasenwechselstromgenerators 2 eine Spannung mit der Wellenform,'wie sie in Pig.6 gezeigt ist, auf die Klemmen 17 und 18 zum Anlegen

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der Spannung der Spannungsquelle gegeben werden. Hierdurch wird wiederum verhindert, daß eine derartige fehlerhafte Anzeige auftritt, bei der die Anzeigelampe 2k für den Nicht-Aufladezustand jedesmal dann aufleuchtet, wenn die Spannung, die an den Klemmen 17 und 18 von der Spannungsquelle her anliegt, Null erreicht.

Wie bereits bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert wur*te, kann durch den Transistorschaltkreis, der dazu dient, die Klemmenspannung der Batterie festzustellen, und den Feldstrom des Dreiphasenwechselstromgenerators, durch den die Batterie aufgeladen wird, intermittierend zu unterbrechen, die Ausgangsspannung des die Batterie aufladenden DreiphasenwechseIstromgenera·* tors gesteuert werden. Weiterhin ergibt sich dadurch, daß zwei Phasen des Dreiphasenausganges von dem Dreiphasenwechselstromgenerators doppelweggleichgerichtet und auf die Klemmen für die Spannung der Spannungsquelle des Transistorschaltkreises gegeben werden, die Möglichkeit, daß die so angelegte Spannung der Spannungsquelle während eines Sechstels einer Periode für jede de"r beiden Phasen auf Null gebracht wird. Weiterhin können zwei der 4 Dioden, die in dem Gleichrichterkreis zur Doppelweggleichrichtung zweier Phasen des Dreiphasenausganges vorgesehen sind, mit zwei d?r sechs Dioden gemeinsam sein, die in den Dreiphasendoppelweggleichrichterkreis vorgesehen sind, um die Wechselausgangsspannung des Drei-

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phasenwechselstromgenerators in eine Gleichspannung umzuwandeln,: wenn die erstere Ausgangsspannung zur Aufladung der Batterie dient, und dies bedeutet einen großen Vorteil, da zwei zusätzliche Dioden eingespart werden und dementsprechend die Verdrahtung wesentlich vereinfacht werden kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Batteriespannungsregelungssystem, bei dem drei solcher zusätzlichen Dioden erforderlich wären. Darüber hinaus bestimmt die Kreiskonstante der Kreise, die so angeordnet sind, daß sie miteinander in i dem Transistorschaltkreis leitend sind, die Schalthysterese V, das heißt, die Differenz zwischen der Bezugsspannung zum Unterbrechen des Feldstromes oder der Spannung, bei der die Transistoren, die in der Endstufe des Transistorschaltkreises zur Unterbrechnung des Feldstromes liegen, leitend werden, und der Spannung, bei der diese Transistoren in den nicht leitenden Zustand übergehen, wodurch die Klemmenspannung V_ß der Batterie entsprechend dieser Schalthysterese gesteuert werden kann. Aus der Tatsache, daß die Schalthysterese ihrer-

i seits durch die Bezugsspannung bestimmt wird, bei der der Feld3trom intermittierend unterbrochen wird, wenn die Spannung der Spannungsquelle an dem Transistorschaltkreis auf Null gebracht wird, ergibt sich die ausgezeichnete Wirkung daß der Feldstrom selbst bei dem geringsten überschreiten der Klemmenspannung der Batterie über diese Bezugsspannung unterbrochen wird, und daß der Feldetrom selbst bei dem leichtesten Absinken

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der Klemmenspannung unter diese Bezugsspannung wieder zu fliessen beginnt, so daß die Klemmenspannung der Batterie in der Tat durch die Bezugsspannung so gesteuert werden kann, daß sie einen vorbestimmten Wert einnimmt, und in der Klemmenspannung der Batterie keine Pulsation erzeugt wird. Dies trägt ebenfalls dazu bei, daß ein Tiefpassfilter mit einem Kondensator, der in dem Transistorschaltkreis liegt, entbehrlich wird, und man erhält durch die A Ausschaltung eines derartigen Kondensators den großen Vorteil, daß die Erwärmung der Transistoren während der Schaltzeit der Transistoren, die bedeutend kürzer als in dem Fall sein kann, bei dem ein solcher Kondensator in den Schaltkreis eingefügt ist, wesentlich verringert werden kann. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Transistorschaltkreis frei von hochfrequenten Schwingungen ist, die durch die Pulsation in der Klemmenspannung der Batterie erzeugt werden und eine Abweichung des Zeigers des Amperemeters wird dadurch verhindert, daß das Amperemeter in den Aufladekreis von dem Dreiphasenwechselstromgenerätor zu der Batterie eingeschaltet wird, so daß der Aufladestrom direkt mit Hilfe des Amperemeters abgelesen werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Transistorschaltkreis da .er keinen Kondensator enthält, was aus den oben beschriebenen Ausfuhrungsformen hervor geht, äußert leicht in Form einer integrierten Schaltung hergestellt werden kann.

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Bei der zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Bauelementen, wie sie in der ersten Ausführungsform verwandt wurden, ein Element verwandt,das einen bestimmten Widerstandswert aufweist, und das zwischen die Batterie und den Gleichrichterkreis zur Doppelweggleichrichtung zweier Phasen des Dreiphasenausganges von dem Dreiphasenwechselstromgenerator geschaltet ist, und hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, daß man nicht nur die Wirkung der ersten Ausführungsform erhält, sondern daß man auch den anfänglichen Erregerstrom für die Feldwicklung des Dreiphasen· wechselstromgenerator über dieses Element und den Gleichrichterkreis leiten kann. Das bedeutet, daß die Spannungserzeugung des Dreiphasenwechselstromgenerators sanft beginnen kann, ohne daß man auf den Restmagnetismus in dem Feldkern, auf dem die Wicklung aufgewickelt ist, zurückgreifen muß. Ebenso kann der Strom, der von der Batterie durch das Element fließt, das zwischen den Gleichrichterkreis und die Batterie geschaltet ist, wenn die Spannung der Spannungsquelle an dem Transistorschaltkreis auf Null abgesenkt wird, in die Ankerwicklung des Dreiphasenwechselstromgenerators fließen, die sich auf Null-Potential befindet, und die Spannung der Spannungsquelle an dem Transistorschaltkreis wird nicht beeinflußt.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   ΛVorrichtung zur Regelung einer Batteriespannung, gekennzeichnet durch einen Dreiphasenwechselstromgenerator (2) zur Aufladung einer Batterie (1), durch einen Gleichrichterkreis (5) zur Doppelweggleichrichtung des Ausganges dieses Dreiphasenwechselgenerators, und durch einen Transistorschaltkreis (6) zur Feststellung der Klemmenspannung an der Batterie und zur intermittierenden Unterbrechung des Feldstromes für den Dreiphasenwechselstromgenerator, wobei zwei Phasen des Dreiphasenausganges von dem Dreiphasenwechselstromgener at or doppelweggleichgerichtet und auf Eingangsklemmen (17* 18) für die Spannung der Spannungsquelle des Transistorschaltkreises angelegt werden, so daß die Eingangs spannung des Transistorschaltkreises während einer vorbestimmten Zeit Null ist wobei eine Bezugsspannung sum Unterbrechen des Feldstromee durch die Konstanten der Schaltelemente bestimmt wird, die so angeordnet sind, daß sie in dem Transistorschaltkreis zusammen leitend werden.
2. 2. Vorrichtung zur Regelung einer Batteriespannung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element (22; 25 und 26), das einen bestimmten Wideretandswert besitzt, zwi-

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   sehen die Batterie (1) und den Gleiehrichterkreis (19, 20) zur Doppelweggleichrichtung zweier Phasen des Dreiphasenwechselstromgenerators geschaltet ist, wodurch ein Anfangserregerstrom über dieses Element und den Gleiehrichterkreis zu der Feldwicklung (3) dieses Dreiphasenwechselstromgenerators geleitet wird.

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