DE2241516A1

DE2241516A1 - BATTERY CHARGING SYSTEM FOR VEHICLES

Info

Publication number: DE2241516A1
Application number: DE2241516A
Authority: DE
Inventors: Maurice James Allport
Original assignee: Lucas Electrical Co Ltd
Current assignee: Lucas Electrical Co Ltd
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1972-08-24
Publication date: 1973-03-22
Also published as: ZA724872B; ES406957A1; FR2152587B1; AU472499B2; AU4478972A; FR2152587A1; JPS4838434A; IT965361B; GB1402989A

Description

PATENTANWÄLTE
DipUng. WERNER COHAUSZ . Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK · DipL-lng. RUDOLF KNAUFPATENT LAWYERS
DipUng. WERNER COHAUSZ. Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK · DipL-lng. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, Schumannstraße 97 4 Düsseldorf, Schumannstrasse 97

Joseph Lucas <Eleetrical)Limited 2^. August 1972 Well Street
Birmingham / EnglandJoseph Lucas <Eleetrical) Limited 2 ^. August 1972 Well Street
Birmingham / England

Batterieladesystem. für Fahrzeuge Die Erfindung betrifft ein Batterieladesystem für Fahrzeuge. Battery charging system. for vehicles The invention relates to a battery charging system for vehicles.

Sin Batterieladesystem gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Generator mit einer Feldwicklung, eine Batterie, die im Betrieb vom Generator geladen wird, einen Halbleiter-Spannungsregler zum Hegeln des Ausgangs des Generators durch Inderung des Stromdurchgangs in der Feldwicklung und eine Schutzschaltung zur Verhinderung einer Beschädigung des Reglers durch Spannungsstöße im System, wobei die Schutzschaltung einen spannungsabhängigen Widerstand aufweist, der parallel zum Segler geschaltet ist und der während normaler Spannungszxistände im wesentlichen nicht leitend ist, jedoch während Spannungsstöße zum Schutz des Reglers ausreichend Stromleitend ist. A battery charging system according to the invention is characterized by a generator with a field winding, a battery that is in operation is charged by the generator, a semiconductor voltage regulator for regulating the output of the generator by changing the current passage in the field winding and a protective circuit to prevent damage to the controller by voltage surges in the system, with the Protection circuit has a voltage-dependent resistor that is connected in parallel to the glider and that during normal voltage conditions is essentially non-conductive, but is sufficiently conductive during voltage surges to protect the controller.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind rThe invention is shown below on the basis of an exemplary embodiment Referring to the drawings explained in more detail. In the drawings, r

Fig. 1 ein Schaltbild, das ein Ausführunfegsbeispiel der Erfindung darstellt, Fig. 1 is a circuit diagram illustrating an embodiment of the invention,

Fig. 2 eine Kurve, die eine Charakteristik eines der vorgesehenen Transistoren zeigt, undFig. 2 is a graph showing a characteristic of one of the provided transistors, and

Fig. 3 eine Kurve, die eine Charakteristik des spannungsabhängigen Widerstands zeigt.Fig. 3 is a graph showing a characteristic of the voltage-dependent Resistance shows.

26 28026 280

WaM 309812/0769 „ ₂ _WaM 309812/0769 " ₂ _

Eine Wechselstromlichtmaschine 11, die vom Motor eines Kraftfahrzeugs angetrieben wird, liefert einen Ausgang durch einen Zweiweggleichrichter zu Plus- bzt/. Minus-Energieleitungen 12, 13» zwischen die die Fahrzeugbatterie 14 geschaltet ist. Sie Lotung 13 ist dabei zweckmäßigerweise an Masse angelegt. Der Gleichrichter weist drei zusätzliche Dioden 15 auf, die eine weitere Plusleitung 16 versorgen, welche mit der Leitung 12 über eine Kontrollampe 17 und den Zündschalter 12 des Fahrzeugs in Reihe verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Zündschalter 12 und der Komtiilampe 17 ist mit der Leitung 13 über die Zündschaltung 18 des Fahrzeugs verbunden.An alternating current generator 11 powered by the engine of a motor vehicle is driven provides an output through a full wave rectifier to plus or /. Minus power lines 12, 13 »between the Vehicle battery 14 is switched. You plumbing 13 is expedient applied to ground. The rectifier has three additional diodes 15, which supply a further positive line 16, which with the line 12 via a control lamp 17 and the ignition switch 12 of the vehicle is connected in series. The connection between the ignition switch 12 and the Komtiilampe 17 is with the line 13 via the ignition circuit 18 of the vehicle is connected.

In Reihe zwischen die Leitungen 16 und 13 sind zwei Widerstände 21, 22 geschaltet, deren Verbindung über eine Zenerdiode 23 mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistors 24 verbunden ist, dessen Emissionselektrode mit der Leitung 13 und dessen Kollektor über einen Widerstand 25 mit der Leitung 16 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 23 ist mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistore 26 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand 27 mit der Leitung- 16 und dessen Emissionselektrode mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistors 28 verbunden ist. Dessen Emissionselektrode wiederum ist mit der Leitung I3 verbunden, während dessen Kollektor mit der Leitung 16 über die Feldwicklung 29 der Lichtmaschine verbunden ist. Zur Wicklung 29 ist eine Diode ?1 parallelgeschaltet. Der Kollektor des Transistors 28 ist weiter mit der Steuerelektrode des Transistors 24 über einen Kondensator 32 und einen Widerstand 33 in Reihe verbunden. Schließlich ist zwischen die Leitungen 16 und I3 ein spannungsabhängiger Widerstand 34 geschaltet.In series between the lines 16 and 13 are two resistors 21, 22 connected, their connection via a Zener diode 23 to the control electrode an n-p-n transistor 24, the emission electrode of which is connected to the line 13 and the collector of which is connected to the line 16 via a resistor 25. The collector of the transistor 23 is connected to the control electrode of an n-p-n transistor 26, its collector via a resistor 27 to the line 16 and its emission electrode with the control electrode of an n-p-n transistor 28 is connected. Whose emission electrode is in turn connected to the line I3, while its collector is connected to the line 16 is connected via the field winding 29 of the alternator. To the Winding 29 is a diode? 1 connected in parallel. The collector of the Transistor 28 is further connected to the control electrode of transistor 24 through a capacitor 32 and a resistor 33 in series. Finally, there is a voltage-dependent one between lines 16 and I3 Resistor 34 switched.

Wenn der Zündschalter 18 geschlossen wird, fließt Strom zur Leitung 16 durch den Zündschalter y18 und die Kontrollampe 17* so daß die Kontrollampe 17 aufleuchtet. Strom fließt durch den Widerstand 25 und schaltet den Transistor 26 ein, der seinerseits den Transistor 28 einschalte, um der Feldwicklung 29 Strom zuizuführen. In dieser Phase leitet die Zenerdiode 23 nicht. Wenn die Lichtmaschine einen Ausgang erzeugt, lädt sie die Batterie und erhöht auch die Spannung derWhen the ignition switch 18 is closed, current flows to the line 16 by the ignition switch y18 and the control lamp 17 * so that the Control lamp 17 lights up. Current flows through resistor 25 and turns on transistor 26, which in turn turns on transistor 28 to supply field winding 29 with current. In this Phase the Zener diode 23 does not conduct. When the alternator produces an output, it charges the battery and also increases the voltage of the

309812/0769 " ³ "309812/0769 " ³ "

Leitwag. .16, auf dfen gleichen-- Wert wie die Spannung der Leitung 12, so daß-;die Kontrollampe 17 ausgeht. Der Spannungsregler wird nun .durch die Leitungen 16. und 1J versorgt, und wenn die Spannung zwischen den Leitungen 16 und, IJ über einen Sollwert, ansteigt* leitet die Zener- . diode 25j um den Transistor 24 einzuschalten, wodurch. Steuerelektro-, denst-rom von. den, !Eransist.oren.26und 28' abgenommen wird.. Die Schaltung oszilliert in bekan&ter-Weise auf Grund des Rüekkopplungskreises durch den Kondensator J2- und den Widerstand 33» um einen mittleren Stromfluß durch die Wicklung,29 aufrechtzuerhalten, der von der Spannung zwischen den Leitungen 16 und 13 abhängt-. Es, vers.teht sich natürlich,, daß die genaue ITorm des Seglers nicht Wichtig ist» und es können eine Reihe Ton Abwandlungen vorgenommen werden* Beispielsweise ist bei vie-1 en...Regleaai dieser Art die Steuerelektrode des Transistors 24 mit der Leitung 13 durch einen Widerstand verbunden, und. sie ist mit dem KoI-lekta?or des ,Transistors über einen Kondensator verbunden^ wobei die Widerstände dazu dienen* die Steuerelektroden/Emissionselektroden-Spannung des Transistors 24 genauer einzustellen, wobei der.Kondensator eine 3?unkstörung auf ein Minimum, reduziert*Leitwag. .16, to the same value as the voltage on line 12, see above that the control lamp 17 goes out. The voltage regulator is now .by the lines 16. and 1J supplied, and if the voltage between the Lines 16 and, IJ rises above a set point * conducts the Zener. diode 25j to turn on transistor 24, whereby. Control electrical, denst-rom of. the '! Eransist.oren.26and 28' is removed .. The circuit oscillates in a well-known manner due to the feedback loop the capacitor J2- and the resistor 33 »by an average current flow through the winding, 29 to maintain that of the tension between the lines 16 and 13 depends-. It goes without saying, of course, that the exact ITorm of the sailor is not important »and one can Range of tone variations can be made * For example, at vie-1 en ... Regleaai of this type the control electrode of the transistor 24 with the Line 13 connected by a resistor, and. she is with the KoI-lekta? or des, transistor connected through a capacitor ^ being the Resistors are used to * control electrode / emission electrode voltage of the transistor 24 to be adjusted more precisely, with der.Kondensator a 3? fault to a minimum, reduced *

Gemäß I¹Xg* 2 und 3 hängt der durch den Widerstand 34 fließende Strom von der Spannung am Widerstand 34 ^a*>· Bie Werte für YA und TDR betragen beispielsweise 6ö ToIt bzw* 100 ToIt, während die Stromstärken IA und IB 3 Amp exe bzw« 10 Ampere betragen. Bei der normalen Systemspannung von 12 YoIt leitet der Widerstand 34 fast garn nicht, und der durch ihn, durchfließende Strom kann außer acht gelassen werden.According to I ¹ Xg * 2 and 3, the current flowing through resistor 34 depends on the voltage at resistor 34 ^a *> Bie values for YA and TDR are, for example, 6ö ToIt and * 100 ToIt, while the currents IA and IB 3 Amp exe or «10 amps. At the normal system voltage of 12 YoIt, resistor 34 hardly conducts at all, and the current flowing through it can be disregarded.

Pig. 2 zeigt einen Seil der Charakteristik eines typischen Transistors, der in dem System verwendet wird, und dort ist geaezgeigt, wie die maximale Kollektor/Eimissionselektroden-Spannung YCE die Kollektorstromstärke IG ändern kann« Die Charakteristik hat Ruhepuhkte bei den Spannungen VA und YB, bei denen es sich wiederum um.60 YoIt und 100 YoIt handelt. Bei normalem Betrieb arbeiten die Transistoren an dem Teil der Kurve, der in Fig. 2 nicht gezeigt ist, und wenn der Regler ausgeschaltet wird,, verfällt der Strom, der durch den jeweiligen TransistorPig. 2 shows a rope of the characteristic of a typical transistor, which is used in the system and there is indicated how the maximum collector / emission electrode voltage YCE the collector current IG can change “The characteristics have rest periods in terms of tensions VA and YB, which are again .60 YoIt and 100 YoIt acts. During normal operation, the transistors work on the part of the curve, which is not shown in Fig. 2, and when the controller is switched off becomes, the current that goes through the respective transistor expires

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3098 12/076 9 '3098 12/076 9 '

fließt, längs des angezeigten Teils.flows along the indicated part.

Es gibt zwei Arten von Fehlern, die von dem spannungsabhängigen Widerstand 34 aufgefangen werden müssen. Zunächst gibt eis einen Zündstromstoß, der erscheint, vrenn aus irgendeinem Grund die Batterie 14 nicht in den Stromkreis eingeschaltet ist, und er ist aus einem Zug an Impulsen geringer Energie gebildet, bei denen die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung sehr shhnell ist. Wenn ein Zündungsstromstoßfehler auftritt, wird der entstehende Spannungsanstieg an den Leitungen 16, 13 an den Regler angelegt und gelangt an die Kollektor/Emissionselektrodenwege der Transistoren. Dieser Spannungsanstieg ist extrem schnell, und deshalb hat der Regler keine Zeit sich auszu«halten, und die Spannung an dem Kollektor und der Emissionselektrode jedes Transistors wird etwa VA. Mit dieser Spannung fäällt der Transistor aus, wenn die Stromstärke durch den entsprechenden Transistor IX überschreitet. Der Widerstand 34 hat jedoch eine solche Charakteristik, daß bei der Spannung VA der durch den Widerstand 34 fließende Strom eine Stromstärke IA hat, und die Stromstärke IA ist derart, daß sichergestellt wird, daß eine Stromstärke von weniger als IX durch den Traneistor fließt, so daß der Transistor nicht beschädigt wird.There are two types of faults caused by the voltage dependent resistor 34 must be caught. First there is an ignition current surge, which appears when for some reason the battery 14 is off circuit and it is off a train formed on pulses of low energy, in which the rate of rise of the voltage is very rapid. When an ignition surge fault occurs, the resulting increase in voltage is applied to lines 16, 13 to the controller and reaches the collector / emission electrode paths of the transistors. This voltage rise is extremely fast, and therefore the regulator has no time to endure, and the voltage on the collector and the emission electrode of each transistor becomes about VA. With this voltage the transistor fails, when the current through the corresponding transistor exceeds IX. However, the resistor 34 has such a characteristic that at the voltage VA, the current flowing through the resistor 34 has a current intensity IA, and the current IA is such as to ensure that a current of less than IX through the transistor transistor flows so that the transistor is not damaged.

Die zweite Art eines Fehlers ist ein Ausgangstrennungsfehler, was auftritt, wenn die Schaltung zwischen der Lichtmaschine und der Batterie unterbrochen wird, beispielsweise durch Abnahme einer Batteriestromzuführung oder durch einen Bruch derselben. Unter diesen Umständen wird die Ausgangsspannung der Lichtmaschine veranlaßt, abnomral anzusteigen, verglichen mit der normalen Betriebsspannung. Dieser Spannungsanstieg ist im Vergleich zum Spannungsanstieg für den Fahl eines Zündungsstromstoßfehlers langsamer, und der Regler findet Zeit sich auszuschalten, so daß die Spannung zwischen dem Kollektor und der Emissionselektrode eines Transistors etwa VB ist. Unter diesem Umständen fällt der Transistor aus, wenn die Stromstärke IY überschritten wird. Bei der Spannung VB jedoch h=t der Widerstand 34 eine solche Charakteristik, daß eine Stromstärke von IB durch den Widerstand 3-1 {jeht, und die Stromstärke IB reicht aus, um sicherzustellen, daß eine L'tx'omstärke von we-The second type of error is an output isolation error, which occurs when the circuit between the alternator and the battery is interrupted, for example by removing a battery power supply or through a break in the same. Under these circumstances the output voltage of the alternator will be caused to increase abnormally, compared to the normal operating voltage. This voltage rise is in comparison to the voltage rise for the absence of an ignition current surge fault slower, and the regulator finds time to switch off, so that the voltage between the collector and the emission electrode of a transistor is about VB. Under these circumstances, the transistor fails when the current IY is exceeded. In the Voltage VB however h = t the resistor 34 has such a characteristic that a current strength of IB through the resistor 3-1 {goes, and the current strength IB is sufficient to ensure that a L'tx'om strength of

- 5 30981 2/0769- 5 30981 2/0769

niger als IY durch den Transistor fließt, so daß keine Beschädigung auftritt.Less than IY flows through the transistor, so no damage occurs.

Ein geeigneter spannungsabhängiger Widerstand zur Verwendung in dieser Schaltung ist jener, der unter dem Warenzeichen "Ceramsil" vertrieben wird.A suitable voltage dependent resistor for use in this Circuit is that sold under the trademark "Ceramsil" will.

Die beschriebene Anordnung ist besonders von Vorteil_s wenn die zu scüützenden Transistoren i'lachtransi stören sind.The described arrangement is particularly advantageous when _s that are interfering with i'lachtransi to scüützenden transistors.

Patentansprüche Patent claims

309812/0769309812/0769

Claims

1. \ Battery charging system for vehicles, characterized by a generator (11) with a field winding (29), a battery (14) which is charged by the generator (11) during operation, a semiconductor voltage regulator to control the output of the generator (11) by changing the current passage in the field winding (29) and a protective circuit for Prevention of damage to the controller by voltage surges in the system, whereby the protective circuit has a voltage-dependent resistor (34), which is connected in parallel to the controller and during under normal voltage conditions is essentially non-conductive, but - during voltage surges, it is sufficiently conductive to protect the controller is.

2. Battery charging system for vehicles, characterized by a generator (11) with a field winding (29), a battery (14) which is charged by the generator (11) during operation, a semiconductor voltage regulator with an output transistor in series with the field winding (29) of the generator (11) for regulating the current flowing therein and a protection circuit to prevent damage to the controller due to voltage surges in the system, whereby the protective circuit has a voltage-dependent function Has resistor (34) which is connected in parallel to the regulator and which is essentially non-conductive during normal voltage states wherein the output transistor has a sustained collector / emitter breakdown voltage (VA), at which the maximum collector current that can be passed through is IX, also a higher maximum collector / emission electrode voltage (VE), at which a maximum current strength (IY), which is greater than IX, can be passed through is, wherein the voltage-dependent resistor (34) conducts a current IA when the voltage across it is VA, the current intensity IA is sufficient to ensure that in the event of such a fault that the voltage between the collector and the Emission electrode of the output transistor VA is the current intensity passing through the collector / emission electrode path of the output transistor is less than IX, the voltage dependent resistance

Ua / Ti - 2 -

309812/0769

"derives at the voltage YB a higher current IB, such that is sufficient for the case of a fault which causes the voltage at the collector / Emissionselektrodenweg of the output transistor TB, the current IB that ensures ₉ that the maximum by the The current intensity flowing through the collector / emission electrode path of the output transistor is less than IY.

3098 12/07 6 93098 12/07 6 9