DE2348894C3

DE2348894C3 - Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE2348894C3
Application number: DE2348894A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Koike; Keigo Naoi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-09-29
Filing date: 1973-09-28
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2348894A1; JPS5130924B2; GB1445375A; JPS4956112A; US3921057A; DE2348894B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist bekannt durch die DT-OS 21 08 179. Bei einer solchen Einrichtung wird als Regelgröße nur die Batteriespannung erfaßt. Somit leuchten die Lampen des Fahrzeugs bei niedriger Batteriespannung nur schwach. Bei hoher Batteriespannung leuchten sie zwar hell, können aber überlastet sein.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungs-Regelanordnung anzugeben, die nicht nur eine ausgezeichnete Ladekennlinie aufweist, sondern auch die an der Wechselstromlast liegende Spannung konstant hält, wenn diese angeschaltet ist.

Dies'e Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Stromversorgungseinrichtung mit einem Magnetinduktor-Generator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 von oben nach unten Signalformen der Spannungen am Thyristor in der in der F i g. I gezeigten Einrichtung, nämlich den durch den Thyristor fließenden Strom, die Klemmenspannung der Batterie und den durch die Batterie fließenden Strom,

F i g. i ein ausführliches Beispiel der in der F i g. 1 gezeigten Einrichtung,

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

F i g. 5 ein genaueres .Schaltbild des in der F i g. 4 gezeigten Beispiels,

F i g. 6 und 7 Kennlinien der erfindungsgemäßen Einrichtung, und

F i g. 8 eine Abwandlung der in der F i g. 4 gezeigten Einrichtung, mit dem Unterschied, daß anstelle eines Transistors ein zweiter Thyristor vorgesehen ist.

In den Figuren sind für sich entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

In der Fig. 1 ist ein Ende der Ankerspule 1 eines Magnetinduktors über einen Gleichrichter 2 mit der positiven Klemme einer Batterie 3 verbunden, während das andere Ende der Ankerspule 1 mit der negativen Klemme der Batterie 3 verbunden ist. Die Speisung einer Lampe 4 durch die Batterie 3 wird durch einen

ίο Schalter 5 gesteuert, und die Speisung einer Lampe 6 von der Ankerspule 1 wird durch einen Schalter 7 gesteuert. Ein Thyristor 8 ist mit seiner Anode mit dem einen Ende der Ankerspule 1 verbunden, das an die positive Klemme der Batterie 3 angeschlossen ist, und mit seiner Kathode mit dem anderen Ende der Ankerspule 1 verbunden, das an die negative Klemme der Batterie 3 angeschlossen ist. Die Steuerelektrode des Thyristors 8 ist übei einen Transistor 10 und einen Widerstand 9 mit der Batterie 3 verbunden. Die Basis des Transistors 10 ist verbunden mit einem Wechselspannungs-Steuerglied 101, das wirksam ist, wenn der Schalter 7 geschlossen ist, und mit einem Gleichspannungs-Steuerglied 102 für die Batterie 3, das wirksam ist, wenn der Schalter 7 geöffnet ist. Das Steuerglied 101 hat zwei Ausgangsanschlüsse, von denen der eine über eine Diode 11 mit einem Ende des direkt an die Lampe 6 angeschlossenen Schalters 7 und der andere mit der negativen Klemme der Batterie 3 verbunden ist. Das Steuerglied 102 hat drei Ausgangsanschlüsse, von denen der erste über die Diode 11 mit dem einen Ende des Schalters 7, der zweite mit der positiven Klemme der Batterie 3 und der dritte mit der negativen Klemme der Batterie 3 verbunden ist.

Wenn der Schalter 7 geschlossen ist, verschwindet der

J5 vom Steuerglied 102 zur Basis des Transistors 10 fließende Strom />, so daß der durch das Steuerglied 101 zur Steuerung der Anschlußspannung der Lampe 6 gesteuerte Strom /Ί in die Basis des Transistors 10 fließt, um die Spannung an der Lampe 6 zu steuern. Wenn der Schalter 7 geöffnet ist, verschwindet der durch die Diode 11 in das Steuerglied 101 fließende Strom, so daß der Strom /Ί verschwindet und das Steuerglied 102 sie Spannung der Batterie 3 steuert.

Der Betrieb des Thyristors 8 wird anhand der F i g. 2 näher erläutert. Die in den Thyristor 8 einzuspeisende Ausgangsspannung V^k des Magnetinduktors hat nicht genau einen sinusförmigen Verlauf; aber zur Vereinfachung wird angenommen, daß sie einen derartigen sinusförmigen Verlauf aufweist, wie dieser teilweise durch eine ausgezogene Linie und teilweise durch eine gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn der Schalter 7 geschlossen ist, beginnt der Transistor 10 in dem Zeitpunkt zu arbeiten, wenn der Phasenwinkel ωί=θι beträgt, um den Thyristor 8 einzuschalten. Dann ist die Ausgangsspannung des Magnetinduktors, die an der Lampe 6 liegt, nahezu auf Null verringert, so daß die Ausgangsspannung nicht an der Batterie 3 liegt. Wenn der Phasenwinkel cot auf π vorrückt, wird der Thyristor 8 umgekehrt vorgespannt, so daß dieser Thyristor 8

bu abgeschaltet werden sollte. Aber der Thyristor 8 verbleibt wegen der Induktivität der Ankerspule 1 in seinem leitenden Zustand, so daß der Thyristor 8 die Spannung zwischen den Phasenwinkeln π und 2π steuert. Wenn die Ankerspule 1 keinen induktiven

h) Anteil aufweist, wird die erzeugte Leistung der Lampe 6 für die Phasendauer π bis 2π eingeprägt. Tatsächlich liegt jedoch der durch den Thyristor 8 fließende Strom für (Oi = Wi bis wf = Ö2 vor, und der Strom beeinflußt

sowohl die positiven als auch die negativen Teile des sinusförmigen Signalverlaufes. Wenn somit der Thyristor 8 lediglich entsprechend der Spannung der Batterie 3 gesteuert wäre, würde sich die Lampenspannung oder die durch die Lampe 6 verbrauchte Leistung entsprechend der Klemmenspannung der Batterie ändern. Wenn die Batterie 3 ausreichend aufgeladen ist, nähen sich θι dem Wert Null, während θ₂ kurz hinter 2.τ liegt, so daß die Lampe sehr lichtschwach würde. Wenn andererseits die Batterie 3 nicht ausreichend geladen ist, nähern sich θι und B₂ dem Wert π, so daß die Lampe überlastet wäre und die Gefahr ihres Durchbrennens bestünde. Es ist deshalb vorteilhaft, den Thyristor 8 durch die Klemmenspannung der Batterie zu steuern, wenn der Schalter 7 geöffnet ist, und durch die an der Lampe 6 liegende Spannung, wenn der Schalter 7 geschlossen ist.

F i g. 3 zeigt ein genaueres Beispiel der in der F i g. 1 dargestellten Schaltung. In der Fig.3 bilden ein Widerstand 12, eine Diode 13, ein Widerstand 14 und ein Kondensator 15, der parallel zum Widerstand 14 liegt, das Steuerglied 101 (Fig. 1), das die an der Lampe 6 liegende Spannung erfaßt und den Basisstrom des Transistors 10 steuert. Ein Widerstand 16, ein Kondensator 17, ein Widerstand 18, ein Transistor 19 und eine Diode 20 bilden einen Teil des Steuergliedes 10/ (Fig. 1), das zur Unterbrechung des Stromes ;·> dient, der vom Steuerglied 102 wegfließt, wenn der Schalter 7 geschlossen ist. Wenn der Schalter 7 geschlossen ist, fließt ein Strom in die Basis des Transistors 19 über die Diode 11 und die Widerstände 16 und 18. Der Transistor 19 wird leitend und verringert den durch die Diode 20 fließenden Strom auf »Null«. Eine aus Widerständen 21 und 22 und einer Z-Diode 23 bestehende Anordnung bildet den anderen Teil des Steuergliedes 102, der zur Erfassung der Spannung der Batterie 3 sowie zur Steuerung des Basisstromes /2 des Transistors 10 dient, während die Kathode und die Anode der Diode 20 jeweils mit der Basis des Transistors 10 und dem Fühler für die Batteriespannung verbunden sind. Das Steuerglied 102 arbeitet nur, wenn der Schalter 7 geöffnet ist und der durch die Diode 11 fließende Strom aufhört.

Die Diode 13 wirkt wie folgt: Wenn die Diode 13 nicht vorgesehen wäre, würde bei geöffnetem Schalter 7 ein Strom in die Basis des Transistors 19 über einen Stromweg aus dem Widerstand 21, der Z-Diode 23, der Diode 20, dem Widerstand 12, dem Widerstand 16 und dem Widerstand 18 fließen, um den Transistor 19 leitend zu machen. Die Diode 13 verhindert, daß der Transistor 19 so leitend wird.

Die Fig. 6 zeigt die Beziehungen der Batteriespannung Va des Batteriestromes Ib und der Lampenspannung Vl zur Drehzahl (U/min) des Generators, wenn der Schalter 5 geöffnet und der Schalter 7 zur Speisung der Lampe 6 geschlossen ist. In dieser Figur stellen die ausgezogenen Linien die Kennlinien der erfindungsgemäßen Einrichtung und die gestrichelten Linien die Kennlinien herkömmlicher Einrichtungen dar.

Aus der F i g. 6 geht hervor, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Lampenspannung Vj. oberhalb bo 3000 U/min flach wird, während sich die Lampenspannung Vl bei einer herkömmlichen Einrichtung abhängig von der Drehzahl stark verändert, und daß die Helligkeit der Lampe konstant bleibt. Als Ergebnis wird die Nutzlcbcnsdauer der Lampe verlängert. Darüber ir, hinaus werden die Kennlinien von Batteriespannung und -strom oberhalb 3000 U/min nahezu flach, so daß eine Überladung der Batterie verhindert wird.

Fig. 7 zeigt die Beziehungen der Batteriespannung Vb und des Batteriestromes Ib zur Drehzahl des Generators. In dieser Figur stellen die ausgezogenen Linien die Kennlinien der erfindungsgemäßen Einrichtung und die Strichiinien die Kennlinien einer herkömmlichen Einrichtung dar.

Aus der F i g. 7 geht hervor, daß die Kennlinien von Batteriespannung und -strom bei der erfindungsgemäßen Einrichtung oberhalb 2000 U/min mit einem Ladestrom von weniger als 0,5 A flach werden, während sich die Kennlinien von Batteriespannung und -strom abhängig von der Drehzahl bei einer herkömmlichen Einrichtung stark verändern. Somit kann mit der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Ladekennlinie erhalten werden, während bei einer herkömmlichen Einrichtung die Gefahr einer Überladung der Batterie besteht.

In Fig.4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die F i g. 5 zeigt ein genaueres Schaltbild der Fig.4. Der Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 und 4 ist der folgende: In der F i g. 1 ist einer der Anschlüsse des Gleichspannungs-Steuergliedes 102 direkt mit der positiven Klemme der Batterie verbunden, während in Fig.4 der entsprechende Anschluß des Steuergliedes 102 mit dem Verbindungspunkt der Diode 2 und des Thyristors 8 verbunden ist, um die Batteriespannung und den Poten'.ialabfall über der Diode 2 zu erfassen. In der Schaltung der F i g. 3 fließt immer ein Leckstrom durch die Widerstände 21 und 22, so daß sich bei einem lange ruhenden Generator die Batterie zu stark entlädt, während bei der in der F i g. 5 gezeigten Schaltung die Diode 2 einen derartigen Leckstrom unterbindet.

Es wird also eine Wechselspannungsregelung durchgeführt, wenn eine Wechselspannungslast mit den Ausgangsanschlüssen des Generators verbunden ist. und eine Regelung der Batteriespannung durchgeführt, wenn keine Wechselspannungslast angeschlossen ist.

In den Schaltungen der Fig. 1, 3 4 und 5 ist die Steuerelektrode des Thyristors 8 durch den Transistor 10 gesteuert; aber der Transistor 10 ist nicht das einzige mögliche Bauelement zur Ansteuerung des Thyristors 8, sondern kann durch einen anderen Halbleiter-Schalter, wie beispielsweise einer Z-Diode oder einen gesteuerten Halbleitergleichrichter (Thyristor) ersetzt werden. In der F i g. 8 ist eine abgewandelte Schaltung dargestellt, bei der der Transistor 10 durch einen Thyristor 80 ersetzt ist.

Wenn der Schalter 7 geschlossen ist, liegt die Spannung an der Ausgangsspule 1 an der Lampe 6 und an der Batterie 3 über die Diode 2. Die an der Lampe 6 liegende Spannung wird durch das Steuerglied 101 erfaßt. Wenn die Lampenspannung einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Thyristor 80 eingeschaltet, um den Thyristor 8 in seinen leitenden Zustand zu steuern. Wenn der Schalter 7 geöffnet ist, erfaßt das Steuerglied 102 die Spannung der Batterie 3, und der Thyristor 80 wird eingeschaltet, um den Thyristor 8 entsprechend dem geladenen Zustand der Batterie 3 leitend zu machen. In der Schaltung der F i g. 8 kann der Thyristor 8 auch durch Verbindung des Übergangspunktes A der Steuerglieder 101 und 102 mit der Steuerelektrode des Thyristors 8 betrieben werden; aber mit einem derartigen Fall ist der Betrieb des Thyristors 8 etwas instabil. In den Schaltungen der Fig. 3 und 5 dient die Z-Diode 23 für einen genauen Betrieb des Transistors 10, aber die Schaltung der F i g. 8 kann ohne eine derartige Z-Diode 23 arbeiten. Ohne

/.-Diode hat die Schaltung jedoch eine weniger günstige Temperaturkennlinie und eine geringere Stabilität im IkM rieb.

In den Schaltungen der l-'ig. J und 5 bilden der Kondensator 15 und der Widerstand 14 ein/ur Glattung dienendes Lade- inn! Iintladeglied. Der Transistor wird durch die im Kondensator 15 gespeicher Ladungen betrieben, d. h. durch die am Kondensat» liegende Spannung, und danach Hießen die Ladun über den Widerstand 14 ab.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem permanentmagnetisch erregten Wechselstrom-Generator, einer über einen Gleichrichter an diesen angeschlossenen aufladbaren Satterie, mit einem Spannungsregler, der als Stellglied einen parallel zur Generatorwicklung liegenden Thyristor aufweist und der von einem an der Batterie oder an der Generatorwechselspannung liegenden ersten Spannungsteiler steuerbar ist, bei der ein Teil der Verbraucher von der Batterie speisbar und ein weiterer Teil (z. B. Beleuchtung für die Fahrbahn) über einen Schalter anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Spannungsteiler (12, 14) an die weiteren Verbraucher (6) angeschlossen ist, die mit dem Wechselstrom-Generator (1) über den Schalter (7) verbunden sind, um in dessen Schließstellung den Thyristor (8) anzusteuern (F i g. 3—5,8).

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltglied (18,19), das bei Schließstellung des Schalters (7) ein Signal durch den ersten Spannungsteiler (21,22) sperrt, und ein weiteres Schaltglied (13), das ein Signal vom ersten Spannungsteiler (21, 22) sperrt, vorgesehen ist.