DE2202832A1

DE2202832A1 - Batterieladesystem

Info

Publication number: DE2202832A1
Application number: DE19722202832
Authority: DE
Inventors: Hill William Frank
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1971-01-22
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1972-08-10
Also published as: FR2122592A1; AU453448B2; JPS4715650A; AR196488A1; IT948270B; FR2122592B1; GB1369812A; JPS5758857B1; AU3807072A; ZA72315B; US3764879A

Description

Dipl-Ing. WERNER COHAUSZ · Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK . Dipl.-Ing. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, Schumannstraße 97

JOUiKI LUÜAS
Great Kings street

GB-Bi rminghaia 20. Januar 197 2

P>atterieladesyrrbem

Die iiJrfindung betrifft ein Batterieladesystem für Kraftfahrzeuge, mit einem Uechelstromgenerator mit einer Feldwicklung, einem Z\,^reiweggleichrichter, durch den der Wechselstromgenerator Energie zu einer ersten und einer zweiten Energieleitung liefert, zwischen die die Fahrzeugbatterie gelegt ist, wobei eine dritte .^nergieleitung durch Dioden mit dem wechselstromgenerator gekoppelt ist, derart, daß bei Erzeugung eines Ausgangs durch den Wechselstromgenerator die erste und die dritte Energieleitung im wesentlichen unter der gleichen Spannung stehen, und einem spannungsregler, von dem mindestens ein Teil in den Stromkreis der Feldwicklung zwischen der ersten und der zweiten Unergieleitung eingeschaltet ist.

Bei solchen Systemen ist es üblich, die dritte und die erste EnergiGleitung über eine Kontrollampe und den Zündschalter des Fahrzeugs in lteihe miteinander zu verbinden, so daß bei Schließen des Zündschalter^, ein Stromkreis zur Kontrollampe über den Spannungsregler geschlossen wird und die Kontrollampe aufleuchtet. V/cnn der Jechselstromgenerator einen Ausgang erzeugt, stehen die dritte und die erste Energieleitung im wesentlichen unter der gleichen Spannung, so daß die Kontrollampe ausgeht. Jedoch besteht bei einer solchen Anordnung eine Schwierigkeit darin, daß es möglich ist, daß in dem System ein Fehler auftritt, so daß kein Strom in der Feldwick-

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lung äes wechsel stromgenerator fließt, der 'wechsel stioiug also mit der Urzeugung eines Ausgangs aufhört und die dritte I-nergieleitung nicht mehr unter der gleichen Spannung; steht wie die erste üJnergieleitung. T/enn noch ein lieg zwischen der Kontrollampe und der zweiten linergielei cung vorhanden ist, leuchtet die Kontrollampe auf, um den Fehler anzuzeigen, es ist jedoch recht wahrscheinlich, daß ein eventueller Fehler im spannungsregler auch den Stromkreis von der Kontrollampe zur zweiten Energieleitung untsrbricht, so daß die Kontrollampe nicht aufleuchtet und dem Fahrer leein Hinweis gegeben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeitθ zu beseitigen.

Gemäß der Erfindung ist ein Batterieladesystem der genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung hoher Impedanz die erste mit der zweiten Energieleitung verbindet, zu der der Zündschalter des Fahrzeugs und eine Verstärkung gehören, wobei die Verstärkung zur Betätigung einer Kontrollvorrichtung dient, und daß Kittel zum Verbinden der dritten Energieleitung iuit der Reihenschaltung vorgesehen sind, derart, daß die Kontrollvorrichtung außer i'unktion gesetzt wird, wenn die dritte und die erste Energieleitung im wesentlichen unter der gleichen Spannung stehen.

Im Hauptsystem, bei dem die dritte und die erste Energieleitung über eine Kontrollampe und den Zündschalter in Reihe miteinander verbunden sind, kann das vorstehend genannte Problem dadurch gelöst werden, daü man einen Widerstand zwischen die dritte und die zweite Energieleitung schaltet, so daß ein permanenter Ueg zwischen der Kontrollampe und der zweiten Energieleitung vorhanden ist, der eine Erleuchtung der Kontrollampe im Falle eines Fehlers ermöglicht. Eine solche Anordnung bringt jedoch die Schwierigkeit axt sich, daß zur Ermöglichung eines Aufleuchtens der Kontrollampe bei Ausfall des Spannungsreglers der Widerstand, der zwischen die dritte und die zweite Unergieleitung gelegt ist, einen relativ niedrigen Widerstandswert haben muß, also

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rhobliche iaiergie verbraucht, so daß ec c;:trcc cchv.-ieris i^t, dieci \;idcrctand in ,.vatou einzupassen. JJie Anordnung ^em'.lß der Hrindun^' hat den Vorteil, daß die Iteihcnsciialtunc, die Epischen die vr.zL· und die zweite EnergieIieitun£ c^lcü't wird, eine hohe Impedanz ^,b, 20 da." keine erhebliche -Incrgievcr^ciidun^· in der !aeihencchaltun^ v.itritt. Mc Verstärkung stellt jedoch sicher, da£ ausreichend Ltron orhanden ist, um die Kontrollvorrichtung zu bct/.ücen, l>ti der o: .ch vorzugsweise um eine Kontrollampe handelt.

·■ Jrfindun^· ist ia nachfolgenden an Με,ηά von .'.uciu

i.Ler Bezugnaiime auf die Sciclinun^en nühcr erlivu-uert, in c.enci drei ualtbilder dreier Aucfilhrun^cbeispielc ^esci^t rind.

Γ.:-.:'; ϊϊγ. 1 ict ein '..-echccliitrn^cnoratcr 11 vor._ ·."τ:el·.en, dei Uner^ie •.bor einen Sweiv;e£'£jleichrichter 1i, 14 zu cinci c:::ton und einer ^^r;ci-

.: in erziel ei tun^- S' bsv;. 10 leitet, zwischen die die Batterie 12 .ines Kraftfalirzeugs G'^el^c£'t ict. Die LTicr£;ieleixαϊ·.;; IC ir;t sv.^rcc:uni:^:.-i^erv.'eine an Has ce angelegt. Der \;echcclEtror,i jonerator liefert auch durch drei zuciitslichc Dioden 1p an eiric dritte n.n erziel ei-

iung 16.

t*i_fitor 27 ijöt mit seinen Kollektor über einen '.,"ice;:-tend 2e nit der

In Reihe ε vischen die Batterie sind svei Vfider^tv.nde '<12, 2; gcEchaltet, deren Verbindung über eine 15enerdiode 24 nit ucr -teucrelel:trcdc eines n-p-n-^ransictorc ί.ρ" verbunden ict, de cc cn Lniccionselelitroeic mit der Leitung 10 und dersen Kollektor über ci??cu idcr^tand 26 tiit dcr^Leitung 16 verbunden sind, v/obci der Kollektor ruch mit der £*teuorelrfctrode eines n-p-n-'Jransistors 27 verbunden ist. Ucr Lrans-

tait seiner jimissionselekxrode mit der steuerelektrode n-p-n-7ranaistors 23 verbunden, de cc en Um ic ti one elektrode :.iit t3er Lcitun^ 10 und desse-u jrollcktor mit der Leitung 16 durcl: die l'cldv:ickluiiff "^^-1 des \<cchneictrcii£eneratorc 11 verbunden sinci. Zur 1-¹CId- ■ r<- ine jiiode 32 pcrallel^- cchali et, und der KolM:tor ^ίϊ ist mit der steuerelektrode deu Transistors 25

' I]': und einen "or. ^nertor '■;■■. in ileilic verbunden.

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Zwischen die Leitungen 9 und 10 ist eine Reihenschaltung- hoher Impedanz gelegt, zu der der Zündschalter 21 des Fahrzeugs, der Emissionselektroden/Steuerelektroden-Weg eines p-n-p-Transistors 16, ein Widerstand 17 und ein Widerstand 55 gehören. Die Verbindung zwi schen den Widerständen 17 und 55 ist mit der Leitung 16 verbunden, und der Kollektor des Transistors 18 ist mit der Leitung 10 über zwei Widerstände $6 und 37 i^R Reihe verbunden. Die Verbindung zwischen den Widerständen 56 und 57 ist mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistors 36 verbunden, dessen Emissionselektrode mit der Leitung 10 und dessen Kollektor über eine Kontrollampe 39 mit der Emissionselektrode des Transistors 18 verbunden sind. Die Steuerelektrode des Transistors 58 ist weiter durch eine Zenerdiode 41 mit der Verbindung zwischen zwei Widerständen 42, 43 verbunden, die zwicchen dic Emissionselektrode des Transistors 18 und die Leitung 10 £^esc*^ialtet sind.

Wenn der Zündschalter 21 geschlossen wird, fließt Strom von der Batterie 12 durch dien Schalter 21, den Emissionselektroden/Steuerelektroden-Weg des Transistors 18, den Widerstand 17 und den Widerstand 26, um die Transistoren 27 und 29 einzuschalten, so daß Strom in der Feldwicklung 51 fließt, um für eine Anfangserregung des Wechselstromgenerator zu sorgen. Das'Leiten des Transistors 18 sorgt für Lteuerelektrodenstrom für den Transistor 58, der sich einaschaltet, um die Kontrollampe 39 aufleuchten zu lassen. Strom fließt auch durch den Widerstand 55» dieser Widerstand hat aber einen hohen Widerstandswert, so daß der durch ihn durchfließende Strom gering ist.

Sobald der Wechselstromgenerator die Batterie lädt, erhöhen die Dioden 15 die Spannung der Leitung 16 etwa fauf die der Leitung 9» so daß die Steuerelektrode und die Emissionselektrode des Transistors 18 unter im wesentlichen der gleichen Spannung stehen und der Transistor 18 sich ausschaltet, um Steuerelektrodenstrom vom Transietor J>G abzunehmen, so daß die Kontrollampe 39 ausgeht. £trom für die Transistoren 27 und 29 wird nun durch den Ausgang von den Dioden 15 geliefert. Solange die Satteriespannung unter einem Sollwert liegt, ist die Zenerdiode 24 nicht leitend, und die Transistoren 27 und 29 leiten weiter,

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wobei der Transistor 25 ausgeschaltet ist. Venn jedoch eine bestimmte Batteriespannung erreicht wird, leitet die Zenerdiode 24, vim den Transistor 25 einzuschalten, wodurch Steuerelektrodenstrom vom Transistor 27 abgenommen wird. Der Regulierungskreis schaltet dann auf Grund des Rückkopplungswegs 33» 34 zwischen einem Sustand, bei dem der Transistor 25 eingeschaltet ist und die Transistoren 27, 29 ausgeschaltet sind, und einem anderen Zustand, bei dem der transistor 25 ausgeschaltet ist und die Transistoren 27, 29 eingeschaltet sind. Das Impulstastverhältnis wird durch den Strom bestimmt, der durch die Zenerdiode 24 fließt, und er seinerseits wird durch die Batteriecpannung bestimmt, so daß in der Wicklung 3I ein mittlerer Ltromfluß entsteht, der ein Leiden der Batterie 12 mit einer Spannung bewirkt, die durch den Wert des Widerstands 23 bestimmt wird.

Falls irgendein Fehler in dem System auftritt, durch den der Wechselstromgenerator keinen Ausgang mehr erzeugt, fällt die Spannung an der Leitung 16 ab und die Kontrollampe 39 leuchtet erneut auf. Bs versteht sich, daß die Kontrollampe 39 auch dann aufleuchtet, wenn der Fehler den otromkreis über den Widerstand 2Θ unterbricht, beispielsweise wenn der Defekt ein Hassefehler am Transistor 29 ist. Das liegt natürlich daran, daß der !.Gg hoher Impedanz über den L'chalter 21, den Transistor 18 und die Widerstände I7» 35 immer noch geschlossen ist und der durch die Steuerelektrode/linissionselelctrode des Transistors 18 fließende Strom ausreicht, um den Transistor J/ü zu schalten, so daß die Kontrollampe 39 aufleuchtet.

Die dargestellte Anordnung ist auch so ausgelegt, daß eine Warnung erteilt wird, wenn die Batterie überladen wird. Der Widerstand 42 und 43 bilden einen Spannungsteiler parallel zur Batterie, und dabei entsteht eine Spannung am Widerstand 43i die normalerweise zu gegring ist, um ein nennenswertes Leiten in der Zenerdiode 4I zu. ermöglichen. Wenn die Batterie jedoch überladen wird, erhöht die daraus resultierende Erhöhung in der Batteriepsannung die Spannung am Widerstand 43 so ausreichend, daß die Zenerdiode 4I leiten und den Trans-

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istor 38 einschalten kann, so daß die Kontrollampe 39 aufleuchtet. Die Kontrollampe 39 kann zur Anzeige eines anderen bestimmten Zustands im Fahrzeug verwendet werden, beispielsweise geringere Kraftstoff reserve, oder auch irgendeinen Defekt, indem dafür gesorgt wird, daß der Zustand einen schwingenden Steuerelektrodenstrom an den Transistor 38 anlegt, um ihn ein- und auszuschalten, so daß die Lampe 39 blinkt. Unter diesen Umständen könnte die Lanpe 59 drei „arnungen erteilen. Sin blinkender Hinv/eis gibt die erwähnte Anzeige. Eine ständiges Brennen der Lampe 39 bedeutet beispielsweise entweder, daß die Batterie nicht geladen wird, oder daß sie überladen wird. Diese beiden Zustände lassen sich ohne weiteres dadurch unterscheiden, daß man den Motor auf Leerlauf gehen läßt und dann eine erhebliche elektrische Last einschaltet, beispielsweise die Scheinwerfer, woraufhin die Lampe 39 brennen bleibt, wenn die Batterie nicht geladen wird, aber ausgeht, wenn die Batterie überladen ist. In einem anderen Beispiel ist der Transistor 38 einer Anzahl von Punktionen zugeordnet, derart, daß der Transistor 38 leitet, wenn irgendeine der Funktion nicht zufriedenstellend arbeitet. Unter diesen Umständen können Testschalter vorgesiehen sein, so daß bei brennender Lampe 39 die Schalter verwendet werden könnai, um festzustellen, welche funktion defekt ist.

Gegebenenfalls kann die Anordnung so ausgelegt sein, daß die Kontrolllampe 39 getestet wird, wenn der Motor zuerst angeworfen wird. Das kann einfach daduroh geschehen, daß der Wert für den Widerstand 17 so gewählt wird, daß der Motor beschleunigt werden muß, ehe die Spannung an der Leitung 16 ausreicht, um den Transistor 38 ausreichend auszuschalten, damit die Lampe 59 ausgeschaltet wird.

Gemäß Fig. 2 ist die Anordnung des V/echselstromgenerators mit seinen Energieleitungen 9ι 10 und 16 und des Spannungsreglers genau die gleiche wie in Fig. 1. Die Reihenschaltung hoher Impedanz jedoch, die zwischen die Leitungen 9 und 10 geschaltet ist, enthält nun den Zündschalter 51 des Fahrzeugs, den ünissionselektroden/Steuerelektroden-Weg eines p-n-p-Transistors 52 und einen V/iderstand 55 hohen Viderstandswerts. Die erforderliche Verbindung zwischen diesem Weg hoher

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Impedanz und der Leitung 16 wird über einen n-p-n-Transisbor 54 "bewirkt, dessen Emissionselektrode mit der Steuerelektrode dec Transistors 52, dessen Kollektor mit der ünissionselektrode des Transistors 52 und dessen Steuerelektrode mit der Leitung 16 über einen Widerstand 55 verbunden sind. Der Transistor 52 ist mit einem Kollektor weiter mit der Leitung 10 über Widerstände 56 und 57 iⁿ Heine verbunden, und die Verbindung zwischen den "widerständen 56 und 57 ist mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistors 56 verbunden, dessen :jmissionselektrode mit der Leitung 10 und dessen Kollektor axt der jiiuissionselektrode des Transistors 52 über eine Kontrollmape 59 verbunden sind. Die Emissionselektrode des Transistors 52 ist veiter über ~..ider~t incie 61 und 62 in Reihe mit der Leitung 10 verbunden, und die Verbindung zwischen den Uiderrrt^nden 61 und 62 inl \Vb<^\ ^r.ire Scnerdiodr 6J- uiit der Steuerelektrode des Transistors 5'i verbunden. Ferner ist die Leitung 16 mit der Verbindung zwischen oen behälter 51 und der Lampe ^rfj über eine Diode 65 und einen widerstand 64 in ^eihe verbunden.

Wenn der Schalter 5I geschlossen wird, flieCt oi;rom durch die 'widerstände 64 und die Diode 65 zur Leitung 16 und ölarm über den Understand

26 und den Eteuerelektrouen/liiuissionselekiro:^!en-'iD^ zu den Transistoren

27 und 29, um die Feldwicklung 3I zu erregen und die erforderliche Anfangserregung hervorzurufen. Der Wert des Widerstands βζ ist jedoch derart, daß der durch ihn durchfließende Strom nicht ausreichend ist, um den Transistor 54 einzuschalten. Strom fließt auch durch den Zündschalter 5'I und den Emissionselektroden/Steuerelektroden-Weg dec Transistors 52 und den Widerstand 55» um den Transistor ^rj2 einzuschalten.

In diesem Stadium ist der Transistor 54 ausgeschaltet. Durch den Transistor 52 fließender Ltrom schaltet den Transistor 5ö ein, um die Kontrollampe 59 aufleuchten zu lassen.

Wenn der Wechselstromgenerator einen Ausgang erzeugt, fließt Strom von der Leitung 16 durch den Widerst?„nd 55 ^un(i ^zun Steuerelektroder./Emis-Bionselektroden-Veg des Transistors 54» um den Transistor 54 einzuschalten, wobei Cteuerelcktrodenstrom vom Transistor 52 abgenommen wird, so de.; die Transietoren 5- und ^t ausgeschaltet werden und die Lmape 59 ausgeht.

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Falle ein Defekt ein Abfallen der Spannung an der Leitung 16 bewirkt, schaltet sich der Transistor 54 aus, aber der Veg hoher Impedanz bleibt nach wie vor vorhanden, um die Transistoren 52 und 5& einzuschalten und die Lampe 59 brennen zu lassen.

Die Widerstände 61, 62 und die Zenerdiode 6~'j arbeiten in der gleichen Weise wie die äquivalenten Teile 42, 43 und 41 in Fig· 1» um ein Überladen der Batterie anzuzeigen.

Gemäß Pig. 3 sind erneut die Verbindungen des Vechselstroiageneratorc und des Spannungsreglers die glecihen wie in Fig. 1. In diesem Ausführungsbeispiel jedoch gehört zur Reihenschaltung hoher Impedanz, die zwischen die Leitungen 9 und 10 geschaltet ist, der Zündschalter 71 des Fahrzeugs, der Emissionselektroden/Steuerelektroden-Weg eines p-n-p-Transistors 72, ein Widerstand 90 und ein Widerstand 72 hohen Wertes. Die Verbindung zwischen der Leitung 16 und der Reihenschaltung weist einen Widerstand 74 auf, der die Leitung 16 mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Taransistors 75 verbindet, dessen Emissionselektrode mit der Leitung 10 über einen Widerstand 76 und auch über zwei Dioden 77» 78 iⁿ Reihe mit der Emissionselektrode des Transistors 72 verbunden ist, wobei die Dioden 77 und 78 dazu dienen, die Emissionselektrodenspannung des Transistors 75 einzustellen. Der Kollektor des Transistors 75 ist über einen Widerstand 81 mit der Emissionselektrode des Transistors 72,auch mit der Steuerelektrode eines p-n-p-Transistors 79 verbunden, dessen Emissionselektrode mit der Emissionselektrode des Transistors 72 und dessen Kollektor mit der Verbindung zwischen den Widerständen 90 und 73 verbunden sind. Der Transistor 72 ist mit seinem Kollektor über die Kontrollampe 70 mit der Leitung 10 verbunden, und zwischen die Leitungen 9 und 10 sind zwei Widerstände 82 und 8^ gelegt, deren Verbindung über eine Zenerdiode 84 mit der Steuerelektrode des Transistors 72 verbunden ist. Ferner ist die Verbindung zwischen dem Schalter 7I und der finissionselektrode des Transistors 72 über einen Widerstand 64 und eine Diode 65 in Reihe mit der Leitung 16 verbunden.

Wenn der Zündschalter 7I geschlossen wird, fungieren der Widerstand

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und die Diode 65 in der gleichen Weise v/ie in I¹Ig. 2, um χ ar eine Anfangserregung zu sorgen, sie schalten aber den Transistor 75 nicht ein. Ein schließen des Schalters 7I führt auch zu einem Einschalten des Transistors 'J2, um die Lampe '/0 brennen zu lassen, ,cmi dio Leitung 16 einen Ausgang vom "Jechsel stromgenerator¹ erhält, ίließt Ltrom durch den "Widerstand 74» um den Transistor 75 einzuschalten, der ijteuorelektrodenstroa für den transistor 79 liefert, so cLau sich der Transistor 79 einschaltet und Gteuerelektrodenstroiu vom Transistor T<ri wegnimmt, so daß die Kontrollampe 70 ausgeht. Eei einen Defekt bleiben die Transistoren 75 und79 aus, der Transistor ^rj2 ist aber immer noch eingeschaltet, und zw r durch btrom, der durch die Reihenschaltung hoher Impedanz fließt, so daß die Kontrollampe 70 aufleuchtet. Die ^r.,iderstände 82, 35 und die Zenerdiode 84 fungieren in der gleichen Weise wie die Teile A2, 43 und 4I in lig. 1.

Patentansoriic'.ie

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Claims

Patentansprüche

ί Oüatterieladesystem für Kraftfahrzeuge, mit einem Vechselstromgenerator mit einer Feldwicklung, einem Zweiweggleichrichter, durch den der Wechselstromgenerator Energie zu einer ersten und einer zweiten 2nergieleitung liefert, zwischen die die Fahrzeugbatterie gelegt ist, wobei eine dritte Energieleitung durch dioden mit dem t/echsGletromgenerator gekoppelt ist, derart, daß bei Erzeu^-ung -sines Ausgangs durch den Wechselstromgenerator die erste und die dritte Lnergieleitung im wesentlichen unter der gleichen Spannung stehen, und einem Spannungsregler, von dem mindestens ein Teil in den Stromkreis der Feldwicklung zwischen der ersten und der zweiten üiergieleitung eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung hoher Impedanz die erste mit der zweiten Energieleitung- verbindet, zu der der Zündschalter des Fahrzeugs und eine Verstärkung gehören, wobei die Verstärkung zur Betätigung einer Kontrollvorrichtung dient, und daß Kittel zum Verbinden der dritten Energieleitung· rait der iieihenschaltung vorgesehen sind, derart, daß die Kontrollvorrichtung außer Funktion gesetzt wird, wenn die dritte und die erste Energieleitung im wesentlichen unter der gleichen Spannung stehen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Energieleitung mit der Steuerelektrode eines Transistors verbunden ist, der die Verstärkung bildet und dessen Emissionselektrode über den Zündschalter mit der ersten Snergieleitung verbunden ist, und daß die Reihenschaltung hoher Impedanz durch einen Widerstand hohen V/iderstandswerts geschlossen ist, der zwischen die dritte und die zweite Energieleitung gelegt ist.
3. System nach Anspruch 1 oder $2, gekennzeichnet durch Mittel zur Betätigung der Kontrollvorrichtung bei Überschreiten eines Sollwerts durch dio Batteriespannung.
4. üysteü nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Mittel zur intermittierenden Betätigung der Kontrollvorrichtung in Abhängigkeit von einem Sollzustand im Kraftfahrzeug.

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