DE2303362A1

DE2303362A1 - Elektrisches stromversorgungssystem

Info

Publication number: DE2303362A1
Application number: DE2303362A
Authority: DE
Inventors: Akio Hosaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1972-02-19
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1973-09-13
Also published as: CA959929A; DE2303362C2; GB1361897A; JPS5334491Y2; JPS4897624U; US3784841A; IT973918B; FR2172389B1; AU442059B2; FR2172389A1; AU4939072A

Description

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE TEL. (WII) S3WS3-SS TELEX) 524845 tipat CABLE ADDRESS: Germaniapatent München

8000 München 2

Bavariaring4 24. Januar 1973 Postfach 202403

Nissan Motor Company, Limited Yokohama City, Japan

Elektrisches Stromversorgungssystem

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein verbessertes elektrisches Stromversorgungssystem und insbesondere auf ein elektrisches Gleichstrom-Versorgungssystem mit einer Hilfsstromquelle zusätzlich zu einer Hauptstromquelle, die eine Betätigungseinrichtung einer Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Energie versorgen kann.

Es ist wohlbekannt, daß ein Kraftfahrzeug ge- # wohnlich mit einer Sicherheitsvorrichtung zum Schutz des Insassen vor Verletzung im Fall eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeuges versehen ist. Eine bekannte Sicherheitsvorrichtung besitzt eine Betätigungseinrichtung, die eine Sprengeinrichtung zum Zünden einer Sprengladung und einen stoßempfindlichen Fühler zum Feststellen eines Stoßes während der Kollision enthält

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und die in Reihe mit einer geeigneten Gleichstromversorgung geschaltet ist. Allgemein wird eine am Fahrzeugkörper befestigte Gleichstrombatterie als Gleichstromquelle verwendet. Dabei ist jedoch zu befürchten, daß eine solche Gleichstrombatterie aufgrund von Stößen, Schwingungen oder eines physischen Bruchs, verursacht durch die Kollision des Kraftfahrzeugs, unbrauchbar wird. Beispielsweise könnte die Gleichstrombatterie an sich zerstört oder zerbrochen werden, oder elektrische Verbindungen zwischen der Batterie und der Betätigungseinrichtung könnten abgeschnitten oder von der Batterie abgetrennt werden, so daß kein geschlossener Stromversorgungskreis gebildet werden könnte. Zur Lösung dieses Problems besitzt ein Gleichstroiüversorgungssystem· zur Anwendung bei einer Sicherheitsvorrichtung eine Hilfsstromquelle mit einem Kondensator in Verbindung mit einer Gleichstrombatterie als Hauptstromquelle.

Das bekannte-elektrische Stromversorgungssystem der oben genannten Art besitzt allgemein eine Gleichstrombatterie als Hauptstromquelle und einen Kondensator als Hilfsstromquelle, die über eine Reihenschaltung in. Serie mit der Gleichstromquelle verbunden ist, wobei die Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Gleichrichter oder einer Diode besteht, welche verhindern soll, daß ein Entladungsstrom über den Kondensator· surüek in die Gleichstrombatterie fließt. Es sei jedcsis bemerkt, daß die Diode einen Spannungsabfall an sich verursacht,

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wenn ein vorwärts gerichteter Strom durch sie fließt. Bei der obigen Anordnung, bei der der Kondensator über die Diode in Reihe mit der Gleichstrombatterie geschaltet ist, wird der Kondensator aufgrund des durch die Diode verursachten Spannungsabfalls nicht genügend aufgeladen. Im Ergebnis fließt kein ausreichender Entladungsstrom vom Kondensator in einen Verbraucher, d.h. eine Betätigungseinrichtung der Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, so daß die Betätigungseinrichtung nicht effektiv erregt werden kann.

So besteht weiterhin ein Bedarf für ein verbessertes elektrisches Stromversorgungssystem.

Erfindungsgemäß wird ein elektrisches Stromversorgungssystem geschaffen, Ö9S eine Gleichstromquelle besitzt, eine erste Diode, die mit der Stromquelle so verbunden ist, daß sie nur einen Stromfluß durch die Stromquelle in einer Richtung vom positiven zum negativen Pol der Stromquelle gestattet, eine die erste Diode überbrückende Reihenschaltung aus einem Widerstand, der mit einem Anschluß an einen Anschluß der Stromquelle angeschaltet ist, und einer zweiten Diode, die mit einem Anschluß an den anderen Anschluß des Widerstandes angeschaltet ist, weiterhin z,wei Ausgangsklemmen, von denen eine mit dem anderen Pol der Stromquelle und von denen die andere Ausgangsklemme mit dem anderen Anschluß der zweiten Diode verbunden ist, wobei die Ausgangsklemmen

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-limit einem Verbraucher verbunden werden können, und schließlich einen Kondensator, dessen einer Anschluß mit dem anderen Pol der Stromquelle und dessen anderer Anschluß mit einem Schaltungsknoten zwischen dem Widerstand und der zweiten Diode verbunden ist, wobei, der Kondensator durch die Quellenspannung der Stromquelle über den Widerstand auf eine der Quellenspannung annähernd gleiche Spannung aufgeladen wird, und wobei ein Entladungsstrom·vom Kondensator durch die zweite Diode zum Verbraucher fließt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild mit einer Gesamtanordnung, bei der ein elektrisches Stromversorgungssystem mit einem Verbraucher verbunden ist;

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines bekannten elektrischen Stromversorgungssystems;

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Stromversorgungssystems und

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer modifizierten 309837/0335

Form des elektrischen Stromversorgungssystems nach Fig. 3.

Es ist beabsichtigt, daß das erfindungsgemäße elektrische Stromversorgungssystem auf eine große Auswahl elektrischer oder mechanischer Vorrichtungen anwendbar sein soll, insbesondere auf solche, die eine Hilfsstromquelle erfordern. Die hier beschriebenen speziellen Ausführungsformen sind jedoch für die Anwendung bei einer Betätigungseinrichtung einer Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bestimmt.

Die Fig. 1 stellt eine Gesamtanordnung dar, bei der ein Gleichstromversorgungssystem, das generell mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, mit einem Verbraucher Rj-verbunden ist, d.h. mit einer Betätigungseinrichtung einer Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Betätigungseinrichtung ist mit einer Sprengeinrichtung 11 zum Zünden einer Sprengladung 12 dargestellt, wobei die Sprengeinrichtung in Reihe mit einem stoßempfindlichen Fühler 13 zur Feststellung eines von einer Kollision des Kraftfahrzeuges herrührenden Aufpralls geschaltet ist. Die Sprengkapsel 11 und der Fühler 13 sind in' Reihe mit zwei Ausgangsklemmen (a) und (b) des Gleichstromversorgungssystems 10 geschaltet.

In der Fig. 2 ist ein bekanntes elektrisches Gleichstromversorgungssystem dargestellt, das generell

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mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet ist. Bei diesem System ist die Hauptstromquelle eine Gleichstrombatterie Ba, die gewöhnlich an einem Fahrzeugkörper montiert und mit ihrem negativen Pol geerdet ist. Mit dem positiven Pol der Batterie Ba ist die Anode eines Gleichrichters oder einer Diode D. verbunden, durch die ein Strom vom positiven Pol der Batterie Ba nur in einer Richtung, d.h. in Vorwärtsrichtung, fließt. Mit der Kathode der Diode D. ist ein Anschluß eines Widerstandes R verbunden, dessen anderer Anschluß mit einem Anschluß des Kondensators C als Hilfsstromquelle verbunden ist. Der andere Anschluß des Kondensators C ist mit dem negativen Pol der Batterie Ba verbunden. Dem Widerstand R ist ein Gleichrichter oder eine Diode D₃ parallelgeschaltet, welche dazu dient, einen Entladungsstrom vom Kondensator C in Vorwärtsrichtung durchzulassen. Zwei Ausgangsquellen (a) und (b) sind vorgesehen und mit der Kathode der Diode D₂ bzw. mit dem negativen Pol der Batterie Ba verbunden. Parallel an diese Ausgangsklemmen (a) und (b) ist der Verbraucher R^ angeschaltet, d.h. eine Betätigungseinrichtung einer Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wie oben erwähnt. Der Widerstand R dient dazu, den durch den Kondensator C fließenden Ladungsstrom zu dämpfen, so daß er nicht so groß wird, um den Kondensator C oder die Batterie Ba zu beschädigen oder gar zu zerstören. Bei dieser Anordnung wird der Kondensator C durch die Quellenspannung mit einem Betrag geladen, der von den Widerstandswerten des Widerstands R und der Diode D₁ und von der Größe der

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Quellenspannung abhängt, so daß ein Betrag an elektri-· scher Gleichstromenergie im Kondensator C abhängig von dessen Kapazität gespeichert wird.

Wenn im Betrieb, falls das Kraftfahrzeug eine Kollision erfährt, die Hauptstromquelle normal arbeitsfähig ist, wird die Betätigungseinrichtung der Sicherheitsvorrichtung direkt mit im der Batterie Ba gespeicherter elektrischer Energie über die Diode D. und die Ausgangsklemmen (a) und (b) versorgt, so daß die Betätigungseinrichtung erregt wird. Wenn andererseits die
Hauptstromquelle aufgrund von Stoßen, Erschütterungen
oder eines physischen Bruchs, verursacht durch die Kollision, unbrauchbar wird, kann die Hilfsstromquelle,
d.h. der Kondensator C seinerseits effektiv wirksam
werden, und die im Kondensator gespeicherte elektrische Gleichstromenergie wird über die Diode D₂ und die Ausgangsklemmen (a) und (b) an die Betätigungseinrichtung angelegt, so daß die Betätigungseinrichtung erregt
wird.

Betrachtet man jedoch dieses bekannte Stromversorgungssystem 20, so erhebt sich das Problem, daß der Kondensator C nicht genügend aufgeladen werden kann, weil der Kondensator C über die Diode D^ an die Batterie Ba angeschaltet ist. Dies soll im folgenden diskutiert werden.

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Bekanntlich dient der Kondensator generell als energiespeichernde Vorrichtung. Der Betrag der in einem Kondensator gespeicherten elektrischen Energie ist durch die Gleichung

J = 1/2 CV²
gegeben, wobei

J die elektrische Energie in Joule oder Wattsekunden·,

C die Kapazität in Farad und

V die Spannung oder das Potential am Kondensator in Volt bedeutet. Diese Gleichung zeigt, daß die im Kondensator gespeicherte elektrische Energie dem Quadrat der an den Kondensator angelegten Spannung direkt proportional ist. Das spielt bei diesem System eine bedeutende Rolle; je höher nämlich die Spannung ist, umso vollständiger wird ein voller Betrag an elektrischer Energie dem Kon-Kondensator C zugeführt. In anderen Worten, es ist erwünscht, den Kondensator C mit der Quellenspannung der Gleichstrombatterie Ba auf eine Spannung aufzuladen, die der Quellenspannung annähernd gleich ist.

Für Fachleute ist es jedoch einzusehen, daß die Diode D. einen beträchtlichen Spannungsabfall an sich verursacht, wenn ein Durchlaßstrom durch sie fließt, was eine geringe Aufladung des Kondensators zur Folge hat. Wenn die Diode D. beispielsweise eine Siziliumdiode ist, beträgt der Spannungsabfall etwa 0,6 bis 1,0 Volt. Entsprechend verringert sich bei Verwendung einer solchen

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Siziliumdiode in diesem System die an den Kondensator C angelegte Ladespannung um die Größe, die dem von der Siziliumdiode verursachten Spannungsabfall entspricht, was zur Folge hat, daß die im Kondensator gespeicherte Energie geringer wird. Wenn die Diode außerdem bei niedriger Temperatur arbeiten muß, ist ihr Spannungsabfall äußerst erheblich. Zum Beispiel vermindert sich bei einer Temperatur von -4O°C die am Kondensator anliegende Ladespannung um' 10 % gegenüber der Quellenspannung der Gleichstrombatterie Ba. Im Ergebnis ist der durch die Diode D₁ verursachte Spannungsabfall für einen Verlust von etwa 20 % der im Kondensator C gespeicherten Energie verantwortlich. Das ergibt sich aus der oben erwähnten Gleichung, die eine Abhängigkeit zwischen der Ladespannung am Kondensator und einer im Kondensator gespeicherten elektrischen Energie zeigt. So ist das herkömmliche Gleichstromversorgungssystem unzulänglich, und es bleibt ein ernstes Problem zu lösen. Um dieses Oben genannte Problem zu überwinden, wird erfindungsgemäß ein verbessertes Gleichstromversorgungssystem geschaffen.

In der Fig. 3 wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromversorgungssystems dar-.gestellt, das generell mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt eine Gleichstrombatterie Ba darstellungsgemäß mit ihrem negativen Pol an Masse. An den positiven Pol der Batterie Ba ist die Anode eines Gleichrichters oder einer Diode D. ange-

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schaltet, durch welche ein Durchlaßstrom fließt. Eine zur Diode D₁ parallel liegende Reihenschaltung wird von einem Widerstand R, der mit einem Anschluß am positiven Pol der Batterie Ba liegt, und einer Diode D₂ gebildet, die mit ihrer Anode mit dem anderen Anschluß des Widerstands R verbunden ist. Die Diode D₂ gestattet ebenfalls den Durchlaß für einen Vorwärtsstrom. Zwischen den negativen Pol der Batterie Ba und eine Verbindung von Widerstand R und Diode D ist ein Kondensator C als Hilfsspannungsquelle geschaltet. Der Kondensator C wird nur über den Widerstand R aufgeladen aufgrund eines Ladestroms, der vom positiven zum negativen Pol der Batterie Ba fließt. Ein Verbraucher Rr , in diesem Fall eine Betätigungseinrichtung einer Sicherheitsvorrichtung für ein Motorfahrzeug', ist an die zwei Ausgangsklemmen (a) und (b) angeschaltet, die mit der Kathode der Diode D₁ bzw. mit dem negativen Pol der Batterie Ba verbunden sind. Die bei diesem System verwendeten Elemente arbeiten ähnlich wie die entsprechenden Elemente, die das bekannte Stromversorgungssystem 20 gemäß obiger Beschreibung anhand der Fig. 2 bilden. Entsprechend werden detailliertere Beschreibungen der Einfachheit halber weggelassen.

Zu der Schaltungsanordnung des in Fig. 3 dargestellten Systems ist zu bemerken, daß ein Ladekreis für den Kondensator C die Diode D₁ nicht einschließt, die einen Spannungsabfall an sich verursacht, wie oben erwähnt. Das heißt, der Kondensator C wird direkt durch

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die Quellenspannung der Batterie Ba geradewegs über den Widerstand R ohne die Diode D₁ geladen, so daß die Ladespannung am Kondensator C annähernd gleich der Quellenspannung der Batterie Ba wird. In anderen Worten, es kann ein voller Betrag an elektrischer Energie im Kondensator C gespeichert werden, der über die Diode Dp und die Ausgangsklemmen (a) und (b) an den Verbraucher FL angelegt wird. Entsprechend kann der Verbraucher R_L , d.h. eine Betätigungseinrichtung der Sicherheitsvorrichtung, genügend erregt werden, selbst wenn die Batterie Ba als HauptSpannungsquelle infolge von Stößen, Erschütterungen oder eines physischen Bruchs, verursacht durch die Kollision des Kraftfahrzeugs, unbrauchbar wird. Zusätzlich ist der Kondensator C nach dem Aufladen bis zu einem gewissen Grad dem Einfluß eines durch die Anordnung des Widerstands R verursachten Spannungsabfalls aufgrund eines Leckstroms des Kondensators C unterworfen. Dieser ist jedoch nur wenig zu beachten, wenn man ihn gegenüber dem Einfluß des durch die Diode D. verursachten Spannungsabfalls abwägt. Weiterhin sei noch bemerkt, daß der Widerstand R einen beträchtlich höheren Widerstandswert als der Verbraucher R^ besitzt, insbesondere als die Sprengeinrichtung 11 (siehe Fig. 1), so daß der größte Teil der im Kondensator C gespeicherten elektrischen Energie über die Diode D₂. an die Betätigungseinrichtung angelegt werden kann.

Eine modifizierte Form des Gleichstromversor-309837/0335

gungssystems ist in Fig. *J dargestellt und generell mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet. Bei dieser Abwandlung ist die Gleichstrombatterie Ba als Hauptstromquelle mit ihrem positiven Pol geerdet, wobei die Dioden D^ und D₂ in ihrer Richtung umgedreht geschaltet sind. Dieses abgewandelte Gleichstromversorgungssystem arbeitet und funktioniert im wesentlichen ähnlich wie die vorher beschriebene Ausführungsform des Stromversorgungssystems gemäß Fig. 3. Entsprechend können die speziellen Erläuterungen ihrer Arbeitsweise und Funktion weggelassen werden.

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Claims

Patentansprüche:

ι 1. Elektrisches Stromversorgungssystem, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (Ba), eine erste Diode (D.), die mit der Stromquelle (Ba) so verbunden ist, daß sie einen Stromfluß durch die Stromquelle nur in einer Richtung vom positiven zum negativen Pol der Stromquelle (Ba) gestattet, eine die erste Diode (D-) überbrückende Reihenschaltung aus einem Widerstand (R), der mit einem Anschluß an einen Pol der Stromquelle (Ba) angeschaltet ist, und einer zweiten Diode (Dp), die mit einem Anschluß an den zweiten Anschluß des Widerstandes (R) angeschaltet ist, zwei Ausgangsklemmen (a,b), von denen die eine (b) mit dem anderen Pol der Stromquelle Oa) und die andere (a) mit dem anderen Anschluß der zweiten Diode (Dp) verbunden ist, wobei die Ausgangsklemmen (a,b) mit einem Ver-

braucher (R_L) verbunden werden können, und einen Kondensator (C), dessen einer Anschluß mit dem anderen Pol der Stromquelle (Ba) und dessen anderer Anschluß mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand (R) und der zweiten Diode (Dp) verbunden ist, wobei der Kondensator (C) durch die Quellenspannung der Stromquelle (Ba) über den Widerstand (R) auf eine der Quellenspannung annähernd gleiche Spannung aufgeladen wird, und wobei ein Entladungsstrom vom Kondensator (C) durch die zweite Diode (D₂) zum Verbraucher (R^) fließt.

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2. Elektrisches Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (Ba) mit ihrem negativen Pol geerdet ist.
3. Elektrisches Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (Ba) mit ihrem positiven Pol geerdet ist.

k. Elektrisches Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R) einen höheren Widerstandswert als der Verbraucher besitzt.

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