DE2056045B2 - Stromversorgungseinrichtung, insbesondere fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektrischen Generator, einer aufladbaren Batterie und mit einem Spannungsregler, der in seinem Eingangskreis einen in wärmeleitender Verbindung an der Batterie angebrachten, temperaturabhängigen Widerstand aufweist.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (US PS 32 41 028) ist ein Stapel von temperaturempfindlichen Elementen in wärmeleitender Verbindung an der Batterie angeordnet.

Bei einer weiteren bekannten Batterieladeeinrichtung (US-PS 24 21 523) ist ein temperaturempfindlicher Widerstand in dem Gehäuse der zu ladenden Batterie angeordnet.

Auderdem ist ein Batterieladesystem bekannt (FR-PS 14 30 721), bei dem ein temperaturempfindlicher Widerstand in Wärmekontakt mit der zu ladenden Batterie angeordnet ist.

Schließlich ist eir Regler für Fahn:euglichtmaschinen bekannt (DT-Gbm 18 82 064), der mit allen seinen Teilen an der Batterie angebracht ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Gattung, deren Spannungsregler auf einfache Weise einen für das Laden der Batterie unter Berücksichtigung von Änderungen der Batterietemperatur optimalen Spannungswert gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Spannungsregler aufgeteilt ist in einen den Fühler- und den Vergleichskreis enthaltenden Steuerteil und einen das Stellglied, gegebenenfalls mit Verstärker, enthaltenden Leistungsteil, und daß — zusammen mit dem temperaturabhängigen Widerstand — der Steuerteil in wärmeleitender Verbindung an der Batterie angebracht ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nicht nur der temperaturabhängige Widerstand, **> sondern auch alle übrigen Komponenten des Steuerteils des Spannungsreglers zu jeder Zeit die Temperatur der Batterie aufweisen und somit eine wesentlich genauere, optimale Kompensation von Schwankungen der Batterietemperatur möglich ist, da die Temperatur- ^6s beeinflussung der übrigen Komponenten des Steuerteils erst eine optimale Temperaturkompensation er-Es können an dem Spannungsregler verschiedene Änderungen vorgenommen werden. So können zusätzliche Komponenten bei dem. Spannungsregler vorgesehen werden, um seine Funktionsweise bzw. Leistungsfähigkeit zu verbessern oder ihn vor einer Beschädigung auf Grund einer Fehlfunktion zu schützen. In ähnlicher Weise können die dargestellten Komponenten des Spannungsreglers aus den gleichen Gründen verschiedentlich modifiziert werden. Beispielsweise können der Steuertransistor und der Leistungstransistor durch Darlington-Verstärker vorgesehen werden, zum Erreichen einer hohen Stromverstärkung für eine Stabilisierung des Regelniveaus des Spannungsreglers über eine Änderung der Bedingungen der elektrischen Last und der Generatordrehzahl.

Bevorzugt sind der Steuerteil und der Leistungsteil des Spannungsreglers als getrennte integrierte Schaltungen hergestellt. Der Steuerteil kann dann an der Batterie an einem geeigneten Ort innerhalb oder außerhalb der Batterie angebracht werden, wenn er nur in inniger Wärmeleiturigsbeziehung mit der Batterie angebracht wird. In gleicher Weise kann der Leistungsteil an jedem geeigneten Ort innerhalb oder außerhalb des Generators angebracht werden, wenn er nur außerhalb einer innigen Wärmeleitungsbeziehung mit dem Steuerteil angebracht wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung und

F i g. 2 ein schematisches Diagramm der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung.

Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung umfaßt eine Batterie 10 und einen Generator 12. Die Batterie 10 weist eine positive Klemme 14 und eine negative, geerdete Klemme 16 auf. Der Generator 12 weist eine Ladeklemme 20 und eine geerdete Klemme 22 auf. Eine Ladeleiter 23 verbindet die Ladeklemme 20 des Generators 12 mit der positiven Klemme 14 der Batterie 10, um die Batterie 10 über den Generator 12 aufzuladen. Die Batterie 10 ist mit einer nicht gezeigten Last elektrisch verbunden und der Generator 12 ist an eine nicht gezeigte Antriebsmaschine mechanisch angekuppelt. Die Batterie 10 ist eine elektrolytischc Speicherbatterie und der Generator 12 ein Wechsel stromgenerator. Jedoch kann die Batterie 10 irgendeine wieder aufladbare Batterie und der Generator 12 irgendein regelbarer Spannungserzeuger sein.

Die in Fi g. 2 dargestellte Stromversorgungseinrichtung umfaßt ferner einen Spannungsregler mit einem Steuerteil 24 und einem Leistungsteil 26. Der Steuerteil 24 ist an der Batterie 10 in inniger Wärmeleitungsbeziehung mit der Batterie 10 angebracht. Der Leistungsteil 26 ist an dem Generator 12 außerhalb einer innigen Wärmeleitungsbeziehung mit dem Steuerteil 24 angebracht. Der Steuerteil 24 umfaßt eine Eingangsklemme 28 und eine Ausgangsklemme 30. Der Leistungsteil 26 umfaßt eine Eingangsklemme 32 und eine Ausgangsklemme 34. Eine Versorgungsleitung 36 verbinder die Ausgangsklemme 34 des Leistungsteils 26 mit der Eingangsklemme 28 des Steuerteils 24, um eine Spannung von dem Leistungsteil 26 an den Steuerteil 24 anzulegen. Ein Steuerleiter 38 verbindet die Ausgangsklemme 30 des Steuerteils 24 mit der Eingangsklemme 32 des Leistungsteils 26, um eine Steuerspannung von dem Steuerteil 24 an den Leistungsteil 26 anzulegen.

Die Batterie 10 besteht aus einer Vielzahl von elektrplytischen Zellen 40, die in Reihe zwischen die positi-

ve Klemme 14 geschaltet sind. Der Generator 12 umfaßt eine Dreiphasen-Ausgangswicklung 42 und eine Feldwicklung 44. Eine erste Gruppe von Gleichrichtern 46 ist in Anoden-Kathodenschaltung von der Ausgangswicklung 42 zu der Ladeklemme 20 des Generators 12 verbunden. Eine zweite Gruppe von Gleichrichtern 48 ist in Kathoden-Anoden-Schaltunj von der Ausgangswicklung 42 zu der geerdeten Klemme 22 cies Genet9tors 12 verbunden. Eine dritte Gruppe von Gleichrichtern 50 ist in Anoden-Kathoden-Schaltung von der Ausgangswicklung 42 zu der Ausgangsklemme 34 des Leistungsteil 26 verbunden.

Der Steuerteil 24 des Spannungsreglers umfaßt eine Steuerschaltungseinrichtung, die durch einen NPN-Fiächentransistor 52 mit Basis-Emitter- und Kollektor-Elektroden vorgesehen ist. Der Kollektor des Transistors 52 ist mit der Eingangsklemme 28 des Steuerteils 24 durch einen Vorspannungswiderstand 54 verbunden. Der Emitter des Transistors 52 ist direkt mit Erde verbunden. Als spannungsabhängige Einrichtung ist eine Zenerdiode 56 mit einer Anode und einer Kathode vorgesehen. Die Anode der Zenerdiode 56 ist mit der Basis des Transistors 52 verbunden. Ein spannungsempfindlicher Kreis wird durch ein Spannungsteilernetzwerk 58 gebildet, das einen gewöhnlichen Widerstand 60 und einen temperaturabhängigen Widerstand 62 umfaßt. Die Widerstände 60 und 62 sind in Reihe zwischen die positive Klemme 14 und die negative Klemme 16 der Batterie 10 geschaltet. Die Kathode der Diode 56 ist an einen Verbindungspunkt 64 zwischen den Widerständen 60 und 62 geschaltet. Ein Filterkondensator 66 ist zwischen den Verbindungspunkt 64 und Erde geschaltet.

Der Leistungsteil 26 des Spannungsreglers umfaßt eine Leistungsschaltungseinrichtung, die von einem NPN-Flächcn-Leistungstransistor 68 mit Basis-, Emitter- und Kollektor-Elektroden gebildet wird. Die Basis des Transistors 68 ist auf die Eingangsklemme 32 des Leistungsteils 26 geschaltet. Der Emitter des Transistors 68 ist direkt mit Erde verbunden. Der Kollektor des Transistors 68 ist mit der Ausgangsklemme 34 des Leistungsteils 26 durch die Feldwicklung 44 des Generators 12 verbunden. Eine Freiiaufdiode 70 ist parallel zu der Feldwicklung 44 geschaltet.

Im Betrieb erzeugt die Ausgangswicklung 42 eine Dreiphasen-Ausgangsspannung mit einer Größe, die in Abhängigkeit vom Anlegen einer Erregungsspannung an die Feldwicklung 44 ansteigt. Ein erster Brückengleichrichter, der durch die erste und zweite Gruppe von Gleichrichtern 46 bzw. 48 gebildet wird, legt eine Ladespannung von der Ausgangswicklung 42 an die Ladeklemme 20 des Generators 12 an. Die Ladespannung ist eine vollweg-gleichgerichtete Spannung von einer Höhe, die proportional zu der Höhe der Dreiphasen-Ausgangsspannung ist. Durch die Ladeleitung 23 wird die Ladespannung von der Ladeklemme 20 des Generators 12 an die Klemme 14 der Batterie 10 angc legt, um die elektrolytischen Zellen 40 zu laden. Somit wird eine Ladespannung von der Ausgangswicklung M des Generators 12 an die Klemme 14 der Batterie 10 durch einen Ladekreis angelegt, der die erste und zweite Gruppe von Gleichrichtern 46 und 48 und die Ladeleitung 23 umfaßt.

Durch einen zweiten Brückengleichrichter, der von der zweiten und dritten Gruppe von Gleichrichtern 48 bzw. 50 gebildet wird, wird eine Erregerspannung von der Ausgangswicklung 42 des Generators 12 an die Auseangsklemme 34 des Leistungsteils 26 angelegt.

Durch den Leistungstransistor 68 wird die Erregerspannung an die Feldwicklung 44 angelegt, wenn der Leistungstransistor 68 leitend ist. Der Erregerkreis umfaßt also die zweite und dritte Gruppe von Gleichrichtern 48 und 50 und den Leistungstransistor 68.

Durch die Versorgungsleitung 36 wird die Erregerspannung von der AusgangskJemme 34 des Leistungsteils 26 an die Eingangsklemme 28 des Steuerteils 24 angelegt. Unter der Annahme, daß der Steuertransistor

ίο 52 in dem Steuerteil 24 anfänglich nichtleitend ist, wird durch den Vorspannungswiderstand 54 eine Steuerspannung von der Eingangsklemme 28 an die Ausgangsklemme 30 des Steuerteils 24 gelegt. Der Steuerleiter 38 koppelt die Steuerspannung von der Ausgangsklemme 30 des Steuerteils 24 an die Eingangsklemme 32 des Leistungsteils 26. Folglich ist die Steuerspannung an die Basis des Leistungstransistors 68 angelegt, so daß dieser leitend ist. In diesem Zustand wird durch den Leistungstransistor 68 eine Erregerspannung an die Feldwicklung 44 angelegt. Folglich wächst die durch den Generator 12 an die Batterie 10 angelegte Ladespannung.

Der Spannungsfühlkreis mit dem Spannungsteilernetzwerk 58 tastet die Größe der Ladespannung ab und legt eine Teilspannung an die Zenerdiode 56 an, die durch die Spannungsteilerwirkung der Widerstände 60 und 62 bestimmt ist. Wenn die Größe der Ladespannung über ein vorbestimmtes Niveau ansteigt, steigt die Teilspannung in der Größe über ein Bezugsniveau, das durch die Durchbruchspannung der Zenerdiode 56 bestimmt ist. In Abhängigkeit von einer Zunahme der Teilspannung über den Bezugspegel wird die Zenerdiode 56 leitend und legt eine Vorspannung an die Basis des Steuertransistor!; 52. Die Größe der Vorspannung ist gleich der Differenz zwischen der Größe der Teilspannung und des Bezugsniveaus. Der Steuertransistor 52 wird leitend, wenn die Vorspannung über ein Triggerniveau ansteigt, das durch die Spannungscharakteristik in Vorwärtsrichtung der Basis-Emitter-Verbindung des Transistors 52 bestimmt ist.

In diesem Zustand verbindet der Steuertransistor 52 die Ausgangsklemme 30 des Steuerteils 24 mit Erde. In gleicher Weise verbindet der Steuerleiter 38 die Eingangsklemme 32 des Leistungsteiles 26 mit Erde.

Infolgedessen wird die Steuerspannung von der Basis des Leistungstransistors 68 weggenommen, so daß dieser nichtleitend wird. Durch den Leistungstransistor 68 wird in diesem Zustand die an die Feldwicklung 44 angelegte Erregerspannung unterbrochen. Infolgedessen nimmt die durch den Generator 12 an die Batterie 10 angelegte Ladespannung ab.

Wenn die Ladespannung unter das vorbestimmte Niveau abnimmt, sinkt die Teilspannung unter das Bezugsniveau. In Abhängigkeit von einem Abfall der Teilspannung unter das Bezugsniveau wird die Zenerdiode 56 nichtleitend und nimmt die Vorspannung von der Basis des Steuertransistors 52 weg, so daß dieser nichtleitend wird. Infolgedessen wird der Leistungstransistor 68 und die durch den Generator 12 an die Batterie 10 angelegte Ladespannung steigt wieder an. Dieser Zyklus wiederholt sich ständig, so daß die Ladespannung auf dem vorbestimmten Niveau gehalten wird.

Der Filterkondensator 66 leitet Störrauschsignale von der Verbindungsstelle 64 auf Erde, so daß die Rauschsignale bzw. Störsignale daran gehindert sind, die Betriebsweise der Zenerdiode 56 zu beeinflussen. Die Freiiaufdiode 70 beseitigt die Stoßspannung oder Rückspannung, die durch die Feldwicklung 44 erzeugt

wird, wenn der Leistungstransistor 68 nichtleitend wird. Der Steuerteil 24 des Spannungsreglers ist nicht von der Batterie 10 gespeist, sondern von den Gleichrichtergruppen 46, 48. Da jedoch das Spannungsteilernetzwerk 58 direkt zwischen die positive und negative Klemme 14 und 16 der Batterie 10 geschaltet ist, sind die Spannungswerte der Widerstände 60 und 62 so gewählt, daß die Stromentnahme durch das Spannungsteilernetzwerk 58 auf ein Minimum herabgesetzt ist.

Bei dem Spannungsregler nach der F i g. 2 sind Variationen in der Temperatur der Batterie 10 vollständig kompensiert. Da der Steuerteil 24 des Spannungsreglers in inniger Wärmeleitungsbeziehung mit der Batterie 10 angebracht ist, wird die Temperatur in diesem Teil durch den Thermistor 62, der einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, kompensiert. Somit nimmt, wenn die Temperatur der Batterie 10 ansteigt, der Widerstand des Thermistors 62 ab und die durch das Spannungsteilernetzwerk 58 erzeugte Teilspannung nimmt zu für eine gegebene Ladespannung. Infolgedessen wird das Niveau des Spannungsreglers entsprechend herabgesetzt, so daß die Variationen in der Temperatur der Batterie 10 in dem Spannungsregler kompensiert sind. Jedoch ist die Temperaturkompensation des Spannungsreglers nur teilweise wirksam.

Die Durchbruchspannung der Zenerdiode 56 und die Vorwärtsspannung der Basis-Emitterverbindung des Steuertransistors 52 sind ebenfalls temperaturabhängig. Folglich nimmt, wenn die Temperatur der Batterie 10 ansteigt, das Bezugsniveau, das durch die Durchbruchspannung der Zenerdiode 56 bestimmt ist, ab und das Triggerniveau, das durch die Vorwärtsspannung der Basis-Emitterverbindung des Steuertransistors 52 be stimmt ist, zu. Durch die Temperaturempfindlichkei sowohl der Zenerdiode 56 als auch des Steuertransi stors 52 wird infolgedessen das Niveau des Spannungs reglers beeinflußt. Jedoch sind, da der Steuerteil 24 de: Spannungsreglers in inniger Wärmeleitungsbeziehunj mit der Batterie 10 angebracht ist, die Zenerdiode 5( und der Steuertransistor 52 direkt der Temperatur dei Batterie 10 ausgesetzt. Somit werden das Bezugsniveai

Ό und das Triggerniveau teilweise durch die Temperatu der Batterie 10 bestimmt. Infolgedessen kann die Tem peraturcharakteristik des Thermistors 62 so gewähl werden, daß die Temperaturempfindlichkeit der Zener diode 56 und des Steuertransistors 52 in dem Span

'5 nungsregler genau kompensiert ist.

Zusätzlich wird, da der Leistungsteil 26 des Span nungsreglers an dem Generator 12 außerhalb einer in nigen Wärmeleitungsbeziehung mit dem Steuerteil 2' angebracht ist, die durch den Leistungstransistor 6) und die Freilaufdiode 70 erzeugte Wärme nicht auf dei Steuerteil 24 übertragen. Folglich sind die Durchbruch spannung der Zenerdiode 56 und die Vorwärtsspan nung der Basis-Emitterverbindung des Steuertransi stors 52 gegenüber der in dem Leistungsteil 26 erzeug ten Wärme unempfindlich. Das Niveau des Spannungs reglers, wie es durch die spannungsempfindlichei Komponenten des Steuerteils 24 bestimmt ist, wird in folgedessen nicht durch die wärmeerzeugenden Korn ponenten des Leistungsteils 26 beeinflußt. Diese Eigen schaft ist dann von besonderer Bedeutung, wenn eini sehr genaue Spannungsregelung erreicht werden soll.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektrischen Generalor, einer aufladbaren Batterie und mit einem Span-Bungsregler, der in seinem Eingangskreis einen in wärmeleitender Verbindung an der Batterie angebrachten temperaturabhängigen Widerstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der ,o Spannungsregler aufgeteilt ist in einen den Fühlerund den Vergleichskreis enthaltenden Steuerteil (24) und einen das Stellglied, gegebenenfalls mit Verstärker, enthaltenden Leistungsteil (26) und daß — zusammen mit dem u-mperaturabhängigen Wideretand (62) — der Steuerteili (24) in wärmeleitender Verbindung an der Batterie (10) angebracht ist.