DE19517742A1 - Control circuit for charge and discharge of double motor vehicle battery - Google Patents
Control circuit for charge and discharge of double motor vehicle batteryInfo
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Abstract
Description
Bei bekannten Doppelbatterieanlagen (in Kfzs) werden durch ein Relais beim Laden zwei Batterien, üblicherweise ungleicher Ladezustände, parallel geschaltet. Da für einen Ladestromregler, auch bei Parallelschalten zweier Batterien, nur eine Spannung zur Messung der Ladeschlußspannung zur Verfügung steht, werden die Batterien bei unterschiedlichen Kapazitäten bzw. unterschiedlichen Ladezuständen nicht mit maximal möglicher Geschwindigkeit geladen. Der Ladeschluß kann bereits erreicht werden, wenn nur eine der beiden Batterien geladen ist, wodurch die zweite Batterie fast keinen weiteren Generatorstrom erhält.In known double battery systems (in motor vehicles) a relay when charging two batteries, usually different State of charge, connected in parallel. As for a charge current regulator, even if two batteries are connected in parallel, only one voltage available to measure the end-of-charge voltage stands, the batteries with different capacities or different states of charge with a maximum possible speed loaded. The end of charging can can already be achieved if only one of the two batteries is charged, causing the second battery to have almost no further generator current receives.
Andere bekannte Doppelbatterien (z. B. in Sportbooten) erfordern erhöhten technischen Aufwand durch die Verwendung von zwei getrennten Stromkreisen.Other known double batteries (e.g. in pleasure boats) require increased technical effort through the use of two separate circuits.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, erst Batterie 1 (Starterbatterie), dann Batterie 2 (Versorgungsbatterie) unabhängig voneinander und so schnell wie möglich mit einer geregelten Ladestromquelle zu laden.The object of the invention is to charge battery 1 (starter battery) first, then battery 2 (supply battery) independently of one another and as quickly as possible with a regulated charging current source.
Es soll sichergestellt werden, daß zur Startsicherheit Batterie 1 (Starterbatterie) im Regelfall voll geladen dem Verbrauchernetz zum Starten zur Verfügung steht. Deshalb wird nur aus Batterie 2 (Versorgungsbatterie) Strom entnommen, wenn die Ladestromquelle abgeschaltet ist.It should be ensured that battery 1 (starter battery) is generally fully charged and ready to start for the consumer network for starting safety. Therefore, current is only drawn from battery 2 (supply battery) when the charging current source is switched off.
Die Erfindung ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs gegeben.The invention is given by the features of the main claim.
Die Anwendung des Gerätes ist bei Doppelbatterieanlagen beim Laden und Entladen von Vorteil.The device is used in double battery systems Loading and unloading an advantage.
Laden: Das Gerät ermöglicht den Einsatz von zwei Batterien an nur einer geregelten Ladestromquelle (Drehstromlichtmaschine) bei schnellstmöglicher, optimaler Ladung beider Batterien,Charging: The device enables the use of two batteries only one regulated charging current source (three-phase alternator) with the fastest possible, optimal charging of both batteries,
Entladen: Dem Verbrauchernetz steht schon nach kurzer Ladezeit eine Batterie (Verbraucherbatterie) zur Verfügung, die mit maximaler aus der Ladestromquelle zur Verfügung stehender Energie geladen werden konnte. Unloading: The consumer network is ready after a short charging time a battery (consumer battery) is available with the maximum available from the charging current source Energy could be charged.
Die Erfindung zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: Wird Anschluß 1 (Zündung) durch einen Schalter (Zündschalter) mit Spannung versorgt, schaltet das Gerät immer auf Batterie 1 (Starterbatterie). Jetzt kann der Generator gestartet werden.The invention is characterized by the following features: If connection 1 (ignition) is supplied with voltage by a switch (ignition switch), the device always switches to battery 1 (starter battery). Now the generator can be started.
Laden: Ist eine im Gerät festgelegte Schaltspannung erreicht und sind max. 5 Min. eines internen Taktes vergangen, werden die Batterien umgeschaltet. Zum Schutz für Drehstromnlichtmaschinen mit Halbleiterdiodengleichrichter werden die Batterien vor dem Umschaltvorgang für eine Sekunde parallelgeschaltet. Nun wird Batterie 2 (Versorgungsbatterie) geladen. Der Ladezyklus wird mit umgeschalteten Batterien wiederholt. Ist Anschluß 1 (Zündung) ohne Spannung und die Ladespannung unter ein im Gerät festgelegten Wert gefallen (der Generator könnte noch nachlaufen), schaltet das Gerät immer auf Batterie 2 (Versorgungsbatterie). Charging: Is a switching voltage defined in the device reached and are max. After 5 minutes of an internal cycle, the batteries are switched over. To protect three-phase alternators with semiconductor diode rectifiers, the batteries are connected in parallel for one second before the switching process. Now battery 2 (supply battery) is charged. The charging cycle is repeated with the batteries switched. If connection 1 (ignition) is without voltage and the charging voltage has fallen below a value specified in the device (the generator could still run on), the device always switches to battery 2 (supply battery).
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are in claims 2 to 6 indicated.
Nach Patentanspruch 2 sorgt das Gerät beim Entladen für einen Tiefentladeschutz beider Batterien zur Vermeidung vorzeitiger Alterung derselben.According to claim 2, the device provides for unloading Deep discharge protection of both batteries to avoid premature Aging of the same.
Nach Patentanspruch 3 kann durch einen Taster (Notschalter) nach Verbrauch der Energie der Batterie 2 (Versorgungsbatterie) auch Batterie 1 (Starterbatterie) die Versorgung des Verbrauchernetzes übernehmen.According to claim 3, battery 1 (starter battery) can also take over the supply of the consumer network after a consumption of the energy of battery 2 (supply battery) by a button (emergency switch).
Nach Patentanspruch 4 sorgt, eine interne Resetschaltung bei erster Inbetriebsnahme des Gerätes oder nach Wechsel des bistabilen Relais für den logisch richtigen Schaltzustand desselben, wodurch ein Verschalten zum Schutz der geregelten Ladestromquelle verhindert wird.According to claim 4 provides an internal reset circuit first start-up of the device or after changing the bistable Relay for the logically correct switching state of the same, thereby interconnecting to protect the regulated charging current source is prevented.
Nach Patentanspruch 5 ist die Schaltung so ausgeführt, daß die Hauptstromrelais beim Entladen keinen Strom verbrauchen. Ohne Verbraucherbetrieb bewirkt diese Energieersparnis Ladezustandserhaltung der Batterien im Bereich ihrer Selbstentladung.According to claim 5, the circuit is designed so that the main current relays do not consume electricity when discharging. Without consumer operation, this energy saving ensures that the state of charge is maintained batteries in the area of their self-discharge.
Nach Patentanspruch 6 ist die Schaltung so ausgeführt, daß der jeweilige Betriebszustand durch zwei Leuchtdioden angezeigt werden kann.According to claim 6, the circuit is designed so that the respective operating status is indicated by two LEDs can be.
Sollte beobachtet werden, daß eine durch Stromentnahme schwache Batterie in kürzester Zeit geladen wird (kurze Ladezeit), darf auf mangelnde Kapazität geschlossen werden.Should be observed that a weak one due to current draw Battery is charged in the shortest possible time (short charging time), may be concluded that there is insufficient capacity.
Sollte beobachtet werden, daß eine Batterie beständig geladen wird, darf auf Zellenschluß dieser Batterie geschlossen werden. Should be observed that a battery is constantly charged can be concluded that this battery is at the end of the cell.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawings shown and is described in more detail below. Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Doppelbatterieanlage mit Lade- bzw. Entladesteuergerät Fig. 1 is a block diagram of a double battery system with a charge or discharge control unit
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Lade- bzw. Entladesteuergerätes Fig. 2 is a block diagram of the charge or discharge control device
Fig. 3 ein Schaltbildauszug des Lade- bzw. Entladesteuergerätes. Fig. 3 is a circuit diagram extract of the charge or discharge control unit.
Die Schaltung, wie sie im folgenden näher erläutert wird, kann z. B. in einem Wohnmobil verwendet werden, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.The circuit, as will be explained in more detail below, can e.g. B. used in a motorhome, however not limited to this application.
Ausgangszustand: Batterie 1 oder 2 ist mit dem Verbrauchernetz verbunden.Initial state: Battery 1 or 2 is connected to the consumer network.
Zündung wird eingeschaltet: Der positive Eingang vom Monoflop 3 wird gegen Plus geschaltet. Er erzeugt einen 1-Sek.-Impuls, der das Flipflop zurücksetzt. Dieses bewirkt, daß über OR 2 Relais 1 und über OR 1 und über NAND 1 Relais 2 anzieht. Relais 1 verbindet Batterie 1 (Starterbatterie) mit dem Verbrauchernetz (Fig. 2). Relais 2 schaltet über D1 Anschluß 1 vom Relais gegen Plus. War Batterie 2 (Versorgungsbatterie) mit dem Verbrauchernetz verbunden, dann kann C1 über Relais 3 Anschluß 2 geladen werden. C1 ist so groß bemessen, daß das bistabile Relais 3 sicher umschaltet (Fig. 3).Ignition is switched on: The positive input from Monoflop 3 is switched to positive. It generates a 1-second pulse that resets the flip-flop. This causes relay 1 to pick up via OR 2 and relay 2 via OR 1 and NAND 1 . Relay 1 connects battery 1 (starter battery) to the consumer network ( Fig. 2). Relay 2 switches via D1 connection 1 from the relay to positive. If battery 2 (supply battery) was connected to the consumer network, C1 can be charged via relay 3 connection 2 . C1 is dimensioned so large that the bistable relay 3 switches safely ( Fig. 3).
Starten: Da der Anlassermotor direkt mit Batterie 1 (Starterbatterie) verbunden ist, fließt über Relais 1 kein Starterstrom (Fig. 1).Starting: Since the starter motor is directly connected to battery 1 (starter battery), no starter current flows through relay 1 ( Fig. 1).
Laden: Überschreitet die Ladespannung 13,5 Volt, geht der Ausgang vom Komparator 1 auf 0 Volt. Dadurch gelangt der Takt vom 5-Min.-Oszillator über OR 5 zum negativen Eingang des Monoflop 4. Dieser erzeugt 1-Sek-Impulse gegen Minus. Diese schalten Batterie 1 (Starterbatterie) über NAND 2, OR 2 und Relais 1) mit Batterie (Versorgungsbatterie) (über NAND 2, Or 1, NAND 1, Relais 2 und Relais 3) für eine Sekunde parallel. Charging: If the charging voltage exceeds 13.5 volts, the output from comparator 1 goes to 0 volts. As a result, the clock from the 5-minute oscillator reaches the negative input of the monoflop 4 via OR 5 . This generates 1-second pulses against minus. These connect battery 1 (starter battery) via NAND 2 , OR 2 and relay 1 ) with battery (supply battery) (via NAND 2 , Or 1 , NAND 1 , relay 2 and relay 3 ) in parallel for one second.
Gleichzeitig bekommt der Takteingang des Flipflop, der positiv triggert, über NAND 2 einen Impuls. Durch die Kopplung Nicht-Q und D schaltet es um. Eine Sekunde später liegen 0 Volt auf beiden Eingängen von OR 2. Batterie 1 (Starterbatterie) wird über Relais 1 abgeschaltet. Überschreitet die Ladespannung erneut 13,5 V, beginnt der Schaltvorgang erneut. Diesmal schaltet Relais 3 die Battereie 2 (Versorgungsbatterie) ab. Ist die Spannung beider Batterien größer als 13,5 Volt, werden sie im 5-Min.-Takt umgeschaltet (Fig. 2). Die Ladeschlußregelung wird vom Regler der Lichtmaschine oder einer sonstigen geregelten Ladestromquelle übernommen.At the same time, the clock input of the flip-flop, which triggers positively, receives a pulse via NAND 2 . By coupling non-Q and D it switches. A second later there are 0 volts on both inputs of OR 2 . Battery 1 (starter battery) is switched off via relay 1 . If the charging voltage again exceeds 13.5 V, the switching process starts again. This time relay 3 switches off battery 2 (supply battery). If the voltage of both batteries is greater than 13.5 volts, they are switched every 5 minutes ( Fig. 2). The end of charge regulation is taken over by the regulator of the alternator or another regulated charging current source.
Laden beenden: Ist Schalter 1 unterbrochen und die Spannung der gerade eingeschalteten Batterie kleiner als 13,5 Volt, wird der Eingang vom Monoflop 2 über OR 3 gegen Masse gezogen. Der Monoflop erzeugt einen 1-Sek.-Impuls gegen Minus. Dieser schaltet Batterie 1 (Starterbatterie) (über NAND 2, OR 2 und Relais 1) mit Batterie 2 (Versorgungsbatterie) (über NAND 2, OR 1, NAND 1, Relais 2 und Relais 3) für eine Sekunde parallel. Gleichzeitig setzt der Impuls den Seteingang des Flipflop. Danach fällt Relais 1 ab und schaltet Batterie 1 (Starterbatterie) aus.End charging: If switch 1 is interrupted and the voltage of the battery that is currently switched on is less than 13.5 volts, the input from monoflop 2 is pulled to ground via OR 3 . The monoflop generates a 1-second pulse against minus. This connects battery 1 (starter battery) (via NAND 2 , OR 2 and relay 1 ) with battery 2 (supply battery) (via NAND 2 , OR 1 , NAND 1 , relay 2 and relay 3 ) in parallel for one second. At the same time, the pulse sets the set input of the flip-flop. Then relay 1 drops out and switches off battery 1 (starter battery).
- 1.) Batterie 1 (Starterbatterie) ist dem Verbrauchernetz zugeschaltet. Fällt die Spannung von Batterie 1 (Starterbatterie) unter die Haltespannung von Relais 1, fällt dieses ab. Dadurch ist das Verbrauchernetz stromlos (Fig. 2).1.) Battery 1 (starter battery) is connected to the consumer network. If the voltage of battery 1 (starter battery) falls below the holding voltage of relay 1 , it drops. As a result, the consumer network is de-energized ( Fig. 2).
- 2.) Batterie 2 (Versorgungsbatterie) ist dem Verbrauchernetz zugeschaltet. Fällt die Spannung von Batterie 2 (Versorgungsbatterie) unter einen im Gerät eingestellten Wert, schaltet der Schmitt-Triggereingang des NAND 1 den Ausgang von NAND 1 auf eins. Dadurch wird Relais 3 ausgeschaltet und Batterie 2 (Versorgungsbatterie) abgeschaltet, so daß das Verbrauchernetz stromlos wird (Fig. 2).2.) Battery 2 (supply battery) is connected to the consumer network. If the voltage of battery 2 (supply battery) falls below a value set in the device, the Schmitt trigger input of NAND 1 switches the output of NAND 1 to one. As a result, relay 3 is switched off and battery 2 (supply battery) is switched off, so that the consumer network is de-energized ( FIG. 2).
Entladen: Das Verbrauchernetz wird von Batterie 2 (Versorgungsbatterie) über Relais 3 versorgt. Wird der Taster (Notschalter) gegen Masse betätigt, so wird der Eingang von Monoflop 1 über OR 4 auf Masse gelegt. Der Monoflop erzeugt einen 1-Sek.-Impuls, wodurch Batterie 1 (Starterbatterie) (über NAND 2, OR 2 und Relais 1) mit Batterie 2 (Versorgungsbatterie) (über NAND 2, OR 1, NAND 1, Relais 2 und Relais 3) für eine Sekunde parallel geschaltet wird. Gleichzeitig bekommt der Takteingang des Flipflop, der positiv triggert, über NAND 2 einen Impuls. Durch die Kopplung von Nicht-Q und D schaltet es um. Abhängig vom Schaltzustand des Flipflop schaltet entweder Relais 1 über OR 2 die Batterie 1 (Starterbatterie) oder Relais 3 über Relais 2, NAND 1 und OR 1 die Batterie 2 (Versorgungsbatterie) ab (Fig. 2).Discharging: The consumer network is supplied by battery 2 (supply battery) via relay 3 . If the button (emergency switch) is pressed against ground, the input of monoflop 1 is connected to ground via OR 4 . The monoflop generates a 1-second pulse, which means battery 1 (starter battery) (via NAND 2 , OR 2 and relay 1 ) with battery 2 (supply battery) (via NAND 2 , OR 1 , NAND 1 , relay 2 and relay 3 ) is connected in parallel for one second. At the same time, the clock input of the flip-flop, which triggers positively, receives a pulse via NAND 2 . By coupling non-Q and D it switches. Depending on the switching state of the flip-flop, either relay 1 via OR 2 switches off battery 1 (starter battery) or relay 3 via relay 2 , NAND 1 and OR 1 switches off battery 2 (supply battery) ( Fig. 2).
Da bistabile Relais sich vorab in undefinierten Zuständen befinden, wird gemäß Schaltungsauszug nach Fig. 3 verfahren. Über die Schaltung nach Fig. 3 wird Batterie 2 (Verbraucherbatterie) in Abhängigkeit von der Eingangsspannung an Relais 2 ein- bzw. ausgeschaltet.Since bistable relays are in undefined states beforehand, the circuit extract according to FIG. 3 is used. Battery 2 (battery) off in response to the input voltage to relay 2 on or off via the circuit of FIG. 3.
Fließt Strom über Relais 2, schaltet sein Ausgang gegen Plus, so daß Batterie 2 mittels Relais 3 vom Verbrauchernetz getrennt wird.If current flows through relay 2 , its output switches to plus, so that battery 2 is disconnected from the consumer network by means of relay 3 .
Wenn über das bistabile Relais 3 das Verbrauchernetz mit Batterie 2 verbunden ist und der Ausgang von Relais 2 auf Masse liegt, wird Kondensator C1 über den Widerstand R1 entladen. Die Spule von Relais 3 ist dadurch stromlos. Batterie 2 bleibt mit dem Verbrauchernetz verbunden.If the consumer network is connected to battery 2 via the bistable relay 3 and the output of relay 2 is at ground, capacitor C1 is discharged via resistor R1. The coil of relay 3 is therefore de-energized. Battery 2 remains connected to the consumer network.
Wenn über das bistabile Relais 3 das Verbrauchernetz nicht mit Batterie 2 verbunden ist und der Ausgang von Relais 2 auf Masse liegt (verbotener Zustand für diesen Schaltungsteil), wird Batterie 2 mit dem Verbrauchernetz verbunden. Es fließt Strom vom Verbrauchernetz über den Schaltkontakt von Relais 3 und D2 an den Spulenanschluß 2 von Relais 3, der Kondensator C1 wird aufgeladen; weiter fließt er vom Anschluß 1 von Relais 3 über R2 und den Schalter von Relais 2 gegen Masse. R2 ist so groß bemessen, daß Relais 3 sicher anzieht. Während des Schaltvorganges übernimmt C1 die Spannungsversorgung an Kontakt 2 von der Relaisspule 3. Da die Diode 2 jetzt abgeschaltet ist, entlädt C1 über R1 und Relais 3, wodurch Relaisspule 3 stromlos wird.If the consumer network is not connected to battery 2 via the bistable relay 3 and the output of relay 2 is at ground (prohibited state for this circuit part), battery 2 is connected to the consumer network. Current flows from the consumer network via the switching contact of relays 3 and D2 to the coil connection 2 of relay 3 , the capacitor C1 is charged; it also flows from terminal 1 of relay 3 via R2 and the switch of relay 2 to ground. R2 is dimensioned so large that relay 3 picks up safely. During the switching process, C1 takes over the voltage supply at contact 2 from relay coil 3 . Since the diode 2 is now switched off, C1 discharges via R1 and relay 3 , as a result of which the relay coil 3 is de-energized.
Wird die Spule von Relais 2 mit Strom versorgt, schaltet der Ausgang von Relais 2 gegen Plus. Relais 3, Anschluß 1 wird über D1 mit Spannung versorgt. Da C1 entladen ist, fließt über Anschluß 2 von Relais 3 Strom, der Relais 3 sicher umschalten läßt. Nun wird C1 über D2 mit Plus der Versorgungsbatterie verbunden. Da Anschluß 2 und 1 von Relais 3 auf Plus liegen, ist die Spule von Relais 3 stromlos. Dadurch daß Relais 3 nur während seiner kurzen Schaltphasen Strom verbraucht, reduziert sich der Stromverbrauch der ge samten Schaltung während der Entladung der Verbraucherbatterie auf ein Maß unterhalb ihres Energieverlustes durch Selbstentladung (Fig. 3).If the coil of relay 2 is supplied with power, the output of relay 2 switches to plus. Relay 3 , connection 1 is supplied with voltage via D1. Since C1 is discharged, current flows through connection 2 of relay 3 , which allows relay 3 to switch over safely. Now C1 is connected via D2 to the plus of the supply battery. Since connections 2 and 1 of relay 3 are positive, the coil of relay 3 is de-energized. The fact that relay 3 consumes electricity only during its short switching phases, reduces the current consumption of the entire circuit during the discharge of the consumer battery to a level below its energy loss through self-discharge ( Fig. 3).
Betriebszustandsüberwachung durch Leuchtdioden: Ist Relais 1 angezogen, so leuchtet LED 1 und zeigt damit an, daß Batterie 1 mit dem Verbrauchernetz verbunden ist. Ist Relais 3 angezogen, so leuchtet LED 2 und zeigt damit an, daß Batterie 2 mit dem Verbrauchernetz verbunden ist (Fig. 1).Operating status monitoring by LEDs: If relay 1 is energized, LED 1 lights up, indicating that battery 1 is connected to the consumer network. If relay 3 is energized, LED 2 lights up, indicating that battery 2 is connected to the consumer network ( FIG. 1).
Zur Verwendung des Gerätes in einem Wohnmobil ist es notwendig, die Generatorversorgungsleitung (D+) von der Fahrzeugbatterie zu trennen und mit dem Geräteanschluß 1 zu verbinden. Anschluß 2 des Gerätes ist mit dem Zündschloßschalter zündungsseitig, Anschluß 3 mit dem Pluspol der Fahrzeugbatterie, Anschluß 4 mit dem Pluspol der Zusatz- bzw. Versorgungsbatterie mit der Fahrzeugmasse zu verbinden. Anschluß 5 ist über einen Taster (Notschalter) gegen Masse zu legen; ebenso wird Anschluß 6 gegen Masse gelegt. Anschluß 7 ist über LED 1, Anschluß 8 über LED 2 mit Masse zu verbinden. Blockschaltbild eines Schaltvorschlages für den Einbau in einem Wohnmobil zeigt Fig. 1.To use the device in a motorhome, it is necessary to disconnect the generator supply line (D +) from the vehicle battery and to connect it to the device connection 1 . Connection 2 of the device is to be connected to the ignition switch on the ignition side, connection 3 to the positive pole of the vehicle battery, connection 4 to the positive pole of the additional or supply battery with the vehicle earth. Connection 5 is to be connected to earth via a button (emergency switch); connection 6 is also connected to ground. Connection 7 is to be connected to earth via LED 1 , connection 8 via LED 2 . Block diagram of a switching proposal for installation in a motor home FIG. 1.
Claims (6)
- a) beim Laden automatisch ein geregelter Ladestrom separat auf zwei Batterien unterschiedlicher Ladezustände bzw. Kapazitäten verteilt wird, unter voller Ausnutzung einer im Kfz üblichen, geregelten Drehstromlichtmaschine oder sonstigen geregelten Ladevorrichtung mit der Priorität, eine der beiden Batterien immer zuerst zu laden und daß
- b) beim Entladen automatisch die Batterie ohne Priorität dem Verbrauchernetz zur Verfügung steht und während des Generatorstarts automatisch auf die Prioritätsbatterie umgeschaltet wird.
- a) when charging, a regulated charging current is automatically distributed separately to two batteries of different charge states or capacities, with full utilization of a regulated three-phase alternator or other regulated charging device that is common in motor vehicles, with the priority of always charging one of the two batteries first and that
- b) when discharging, the battery is automatically available to the consumer network without priority and is automatically switched to the priority battery during generator start.
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