DE2352087C3 - Elektrische Einrichtung für ein Verbrennungskraftfahrzeug mit einer Betriebs-Batterie und einer in Reihe mit dieser geschalteten HiHs-Batterie - Google Patents

Description

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zweiten Gleitrichter (18) und die Hilfs-Batterie (4) ein Reihenwiderstand (38) eingeschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebs-Batterie (2) und die Hilfs-Sütterie (4) praktisch dieselbe Nennspannung haben ind daß der Transformator (20) ein Übersetzungsverhältnis von etwa 1,3 aufweist Bei einer anderen Einrichtung nach der DT-OS 21 62 328 ist zwischen die gleichgerichteten Phasen eines Wechselstromerzeugers und einer Batterie mindestens eine weitere Batterie geschaltet Diese Batterie 5 ist mit dem Ausgang jeder gleichgerichteten Phase des Wechselstromerzeugers über eine Schaltungsanordnung mit jeweils zwei Gleichrichtern und einem Kondensator verbunden, die mit ihr einen Spannungsvervielfacher bildet Dadurch wird eine weitere ίο Spannungsquelle im Fahrzeug zur Verfügung gestellt deren Spannungswert über der Spannung der ersten Batterie liegt und zu dieser in einem einfachen Verhältnis steht.

Neben den hohen, für die Ladekreise der Hilfs-Batterien aufzubringenden Herstellungskosten ist auch die beim rauhen Alltagsbetrieb eines Kraftfahrzeuges

auftretende und durch dauernde Erschütterungen

verstärkte Gefahr eines Ausfallens des gesamten Ladekreises durch das Versagen auch nur eines der zahlreichen Bausteine ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Einrichtung. Ein weiterer Nachteil muß auch in der durch die zahlreichen Geräte bedingten

Verlustleistung gesehen werden.

Es isi daher die Aufgabe der Erfindung, die vorbekannte elektrische Einrichtung für ein Verbrennungskraftfahrzeug mit einer Betriebs-Batterie und einer in Reihe mit dieser geschalteten Milfs-Batterie so zu verbc ssern, daß sie bei geringen Kosten eine hohe Betriebssicherheit hat.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches I.

Durch die Erfindung wird so in vorteilhafter Weise der Ladekreis für die Hilfs-Batterie vereinfacht

Die beiden Batterien können unterschiedliche Nenn-Ausgangi.spannungen haben, vorzugsweise sind sie jedoch identische Batterien mit gleicher Ausgangsspannung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Einrichtung für ein Verbrennungskraftfahrzeug mit einer Betriebs-Batterie und einer in Reihe mit dieser geschalteten Hilfs-Batterie entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer derartigen Einrichtung nach der US-PS 71 843 wird die Hilfs-Batterie durch einen Ladekreis geladen, der am Eingang durch eine Gleichspannung in der Höhe der Betriebs-Batterie-Spannung gespeist wird. Diese Gleichspannung wird von der spannungsgeregelten Wechselstrom-Lichtmaschine und einem nachgeschalteten Gleichrichter geliefert, die auch zur Ladung an der Betriebs-Batterie anliegt. Der mit dem Gleichstrom gespeiste Ladekreis der Hilfs-Batterie besteht aus einem auf eine vorbestimmte Spannung ansprechenden Schalter, einem den Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelnden Oszillator, einem Aufwärtstransformator, einem zweiten Gleichrichter und einem Spannungsregler.

Ein Vorzug der dargestellten Einrichtung ist der, daß eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch einfaches Herausführen mehrerer Windungen der Sekundärwicklung aus dem Trpnsformator erfolgen kann und dadurch, daß man diejenige Anzapfung benutzt, die dem gewünschten Übersetzungsverhältnis am nächsten kommt. Man kann die Anzapfungen auch an einen Wählschalter legen, um eine unabhängige Justierung der Ladespannung für die Hilfs-Batterie je nach den gegebenen Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Außerdem können die Wicklungen des Transformators so ausgelegt werden, daß ihre Impedanzen dem gewünschten ohmschen Widerstand äquivalent sind, der normalerweise in den entsprechenden Gleichstromkreis enthalten ist, so daß ein besonderer Widerstand, wie der Reihenwiderstand 38, im Gleichstromkreis entfallen kann.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen schematischen Schaltplan einer elektrischen Einrichtung nach der Erfindung.

Die dargestellte elektrische Einrichtung umfaßt eine Betriebs-Batterie 2 und eine Hilfs-Batterie 4. Bei den nachstehenden Ausführungen wird angenommen, daß beide übliche 12-Volt-Batterien desjenigen Typs sind, der herkömmlicherweise in Kraftfahrzeuge eingebaut wird. Die positive Klemme der Betriebs-Batterie 2 ist über eine gemeinsame Klemme 6 direkt mit der negativen Klemme der Hilfs-Batterie 4 verbunden, wobei die an der Klemme 6 hergestellte Verbindung zwischen den beiden Batterien eine ständige Verbindung darstellt. Damit soll gesagt werden, daß sie zwar

zum Auswechseln der einen oder der anderen oder beider Batterien gelöst werden kann, daß sie jedoch während der Benutzung der Anlage allzeit bestehen bleibt- Es sind also die beiden Batterien über die gemeinsame Klemme 6 in Reihe miteinander geschaltet, um eine Serien-Anordnung zu erhalten, bei der sich die Spannungen der beiden Batterien addieren. Das bedeutet, daß zwischen der negativen Klemme der Betriebs-Batterie 2 und der positiven Klemme der Hilfs-Batterie 4 eine Nenn-Ausgangsspannung von '° 24 Volt liept

Die negative Klemme der Betriebs-Batterie 2 ist an Masse gelegt. Andere Klemmen oder Leitungen, die als an Masse gelegt dargestellt sind, sind demgemäß ebenfalls über die Masseleitung mit der negativen '5 Klemme der Betriebs-Batterie 2 verbunden.

An die Klemmen der Betriebs-Batterie 2 ist eine herkömmliche Betriebslast 8 angeschlossen. Die Betriebslast 8 kann bei nicht kompressionsgezündeten Motoren eine Zündanlage umfassen und auch andere *o elektrische Einrichtungen, wie Scheinwerfer, Positionslampen, Radios, Heizungsventilatoren, Motoren von Klimaanlagen usw., wie sie in das Fahrzeug eingebaut oder bei anderen Anwendungen des Motors vorhanden sein können. Zum Anlassen des zugehörigen Motors enthält die dargestellte elektrische Einrichtung einen an die Serien-Anordnung der beiden Batterien 2 und 4 angeschlossenen Anlasserkreis. Wie gezeigt, enthält dieser Anlasserkreis einen Anlassermotor 10 und einen Anlaßschalter 12. Wenn der Aniaßschalter geschlossen wird, gelangen die 24 Volt der Stromquelle, die die Serien-Anordnung der Batterien 2 und 4 liefert, an den Anlassermotor 10, um den zugehörigen Motor anzulassen.

Die bisher beschriebene Einrichtung ist insofern vorteilhaft, als sie eine hohe Spannung zum Anlassen des zugehörigen Motors liefert, wie dies im Falle vergleichsweise großer Motoren erwünscht ist, während sie auf der anderen Seite eine niedrigere Standard-Spannung zum Speisen der Betriebslast liefert, so daß diese Betriebslast aus Zubehörteilen bestehen kann, die für diese niedrigere Standard-Spannung ausgelegt sind. Der Ladekreis für die Hilfs-Batterie ist vom Ladekreis für die Betriebs-Batterie elektrisch getrennt, um kurzgeschlossene Wege zu vermeiden, insbesondere an den Ausgangsklemmen der Wechselstrom-Lichtmaschine, wenn diese Leistung abgibt.

Die Ladeeinrichtung umfaßt eine durch den zugehörigen Motor angetriebene Wechselstrom-Lichtmaschine 14 und einen ersten und einen zweiten Gleichrichter 16 bzw. 18. Der Dreiphasen-Wechselstromausgang der Wechselstrom-Lichtmaschine 14 ist direkt an die Eingangsklemmen des ersten Gleichrichters 16 und der Gleichspannungs-Ausgang des Gleichrichters 16 nur an die Betriebs-Batterie 2 angeschlossen. Der zweite Gleichrichter 18 ist mit einer Phase des Wechselstrom-Ausgangs der Wechselstrom-Lichtmaschine 14 über einen Transformator 20 und sein Gleichstrom-Ausgang nur mit der Hilfs-Batterie 4 verbunden. Demzufolge liefert der erste Gleichrichter 16 den Ladestrom für die Betriebs-Batterie 2 und der zweite Gleichrichter 18 den Ladestrom für die Hilfs-Batterie 4, wobei der Ladestromkreis für die Hilfs-Batterie elektrisch von der Wechselstrom-Lichtmaschine und dem Ladekreis für die Betriebs-Batterie 2 durch den Transformator 20 getrennt ist.

Bei der Wechselstrom-Lichtmaschine 14 handelt es sich um eine Dreiphasen-Wechselstrom-Lichtmaschine, die drei Ankerwicklungen 22, 22, 22 und eine Feldwicklung 24 hat Die Ankerwicklungen sind mit drei Ausgangsklemmen 26, 26, 26 der Wechselstrom-Lichtmaschine verbunden, so daß an den drei Klemmen deren Phasenspannungen gegeneinander um 120 elektrische Cad phasenverschoben sind. Die drei Ankerwicklungen 22, 22, 22 sind miteinander und mit den Ausgangsklemmen 26,26,26 in Sternschaltung verbunden. Das ist jedoch für die Erfindung nicht wesentlich; es kann, wenn es wünschenswert erscheint, auch eirte Dreieckschaltung verwendet werden.

Der erste Gleichrichter 16 ist ein Dreiphasen-Brükkengleichrichter mit drei Eingangsklemmen 28, 28, 28, die jeweils mit den entsprechenden Ausgangsklemmen 26, 26, 26 der Wechselstrom-Lichtmaschine 14 verbunden sind. Die beiden Ausgangsklemmen 29, 29 des Gleichrichters 16 sind mit der Betriebs-Batterie 2 verbunden, d. h„ die negative Ausgangsklemme 29 liegt an Masse, und die positive Ausgangsklemme 29 ist an die Klemme 6 zwischen den beider? Batterien angeschlossen. Ein Spannungsregler 3Oi ist ebenfalls mit der Betriebs-Batterie 2 verbunden und regelt die Erregung der Feldwicklung 24 der Wechselstrom-Lichtmaschine 14 in Abhängigkeit von der abgetasteten Spannung der Betriebs-Batterie 2 so, daß die Ausgangsspannung des GleichricMers 16 und damit auch die Spannung, die an der Betriebs-Batterie 2 anliegt, bei einem praktisch konstanten Wert gehalten wird. Beim Spannungsregler 30 handelt es sich um eine herkömmliche Ausführung. Der Spannungsregler 30 sorgt unabhängig von der Größe der Betriebslast innerhalb des Leistungsvermögens der Wechselstrom-Lichtmaschine 14 dafür, daß an der Betriebs-Batterie 2 und an der Betriebslast 8 stets eine praktisch konstante Spannung liegt. Diese Spannung liegt normalerweise etwas höher als die Nennoder Ausgangsspannung der Betriebs-Batterie 2, so daß bei laufendem Motor und sich drehender Wechselstrom-Lichtmaschine der Betriebs-Batterie 2 ein Ladestrom zugeführt wird.

Der Transformator 20 ist ein Einphasentransformator mit einer Primärwicklung 32, deren entgegengesetzte Enden an jeweils zwei der Ausgangsklemmen 26, 26 der Wechselstrom-Lichtmaschine 14 angeschlossen sind, so daß nur eine Phase der Ausgangsspannung der Wechselstrom-Lichtmaschine 14 an den Transformator 20 geht. Die Sekundärwicklung 34 des Transformators 20 ist mit den Eingangsklemmen 35, 35 des Gleichrichters 18 verbunden, bei dem es sich um einen Zweiweg-Einphasen-Brücken-Gleichrichter handelt, dessen Ausgangsklemmen 36,36 mit der HilfsBatterie 4 verbunden sind. Eine der Ausgangsklemmen 36, 36 des Gleichrichters 18 ist mit der entsprechenden Klemme der Batterie 4 über einen Reihenwiderstand 38 und einen Stromkreisunterbrecher 40, ζ. Β. eine Schmelzsicherung, verbunden.

Das Übersetzungsverhältnis des Transformators 20 ist so gewählt, daß der Mittelwert der vom Einphasen-Gleichrichter 18 an die Hilfs-Batterie 4 gelieferten gleichgerichteten Ausgangsspannung praktisch gleich dem Mittelwert der vom Dreiphasen-Gleichrichter 16 an die Betriebs-Batterie 2 gelieferten gleichgerichteten Spannung ist. Dieses Übersetzungsverhältnis beträgt etwa 1,3. Dies ergibt sich daraus, daß der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung eines Dreiphasen-Gleichrichters gleich der effektiven Eingangs-Wechselspannung mal 1,17 und der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung eines Einphasen-Brücken-Gleichrichters gleich der effektiven Eingangs-WechselsDannune mal

O₁Q ist. Da nun die effektive Eingangs-Wechselspannung für beide Gleichrichter dieselbe ist, wird ein Trenntransformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 1,3 benutzt, um die mittlere Ausgangsspannung des Gleichrichters 18 an die mittlere Ausgangsspannung des Gleichrichters 16 anzupassen,da 9,0 · 1,3 = 1,17.

Da die Hilfs-Batterie 4 nur zeitweise benutzt wird, wenn die Anlaßbelastung aufgenommen werden muß, ist normalerweise nur ein recht geringer Ladestrom erforderlich, um diese Batterie in einem aufgeladenen Zustand zu halten. Der maximale Ladestrom wird durch den Wert des Reihenwiderstandes 38 bestimmt. So kann z. B. für die Hilfs-Batterie 4 ein Ladestrom von maximal acht bis zehn Ampere erforderlich sein. In diesem Falle kann der Reihenwidersland 38 einen Wert von etwa 0,2 Ohm haben. In diesem Falle wird vorzugsweise auch der Einphasen-Brücken-Gleichrichter 18 für einen Maximalstrom von zehn Ampere ausgelegt und der Stromkreisunterbrecher 40 ebenfalls so ausgelegt, daß er bei einem Strom von zehn Ampere oder etwas mehr als zehn Αϊ/ipere anspricht, um die Anlage gegen Kurzschlüsse oder ein Versagen der Hilfs-Batterie 4 zu schützen.

Auf Grund des Übersetzungsverhältnisses des Transformators 20 von 1,3 ist die mittlere Ausgangsspannung des Einphasen-Gleichrichters 18 stets etwa gleich der mittleren Ausgangsspannung des Dreiphasen-Gleichrichters 16. Wie bereits erwähnt, wird die Ausgangsspannung des Dreiphasen-Gleichrichters 16 durch den Spannungsregler 30 stets innerhalb enger Grenzen geregelt. Damit wird die Ausgangsspannung des Einphasen-Gleichrichters 18 durch den Spannungsregler 30 ebenfalls innerhalb enger Grenzen geregelt; es wird demgemäß keine zusätzliche Regeleinrichtung für den Ladekreis der Hilfs-Batterie 4 benötigt.
Wenn die Hilfs-Batterie 4 nur schwach geladen ist könnte sie vorübergehend einen Aufgangsladestrom aufnehmen, der die zehn Ampere oder einen anderer bevorzugten Grenzwert überschreitet. Nimmt man an daß der Spannungsregler 30 dafür sorgt, daß an der

Betriebs-Batterie und der Belriebslast eine normale Spannung (etwa 14 Volt) liegt, so wird ein Laststrom von zehn Ampere im Ladekreis der Hilfs-Batterie am 0,2-Ohm-Widerstand einen Spannungsabfall von etwa zwei Volt hervorrufen, wodurch die an die Hilfs-Batterie 4 gelangende Spannung auf etwa 12 Volt herabgesetzt wird. Bei diesem Spannungspegel kann auch eine seht schwach geladene 12-Volt-Batterie nicht mehr als einige wenige Ampere Ladestrom aufnehmen. Wenn sich die Hilfs-Batterie 4 auflädt, steigt die an ihren Klemmer

liegende Spannung, bis die Batterie aufgeladen ist. Vor diesem Zeitpunkt an bleibt die Batterie mehr odei weniger genau bei etwa 14 Volt. Der vorgeschlagen« Wert von 0,2 Ohm für den Reihenwiderstand 38 is lediglich ein Richtwert und kann je nach Bedarf größei

oder kleiner sein. Auch das Übersetzungsverhältnis vor 1,3 des Transformators 20 kann um Bruchteile nacr oben oder unten variiert werden, um die an dei Hilfs-Batterie liegende, geregelte Ladespannung so zi variieren, wie es die Anwendung oder die Auslegung dei

ganzen Anlage erfordern kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

h 991

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   -.' 1, Elektrische Einrichtung für ein Verbrennungs-

   Ί kraftfahrzeug mit einer Betriebs-Batterie und einer

   T^ in Reihe mit dieser geschalteten Hilfs-Batterie, mit

   * einem mit der vollen Spannung der in Reihe

   geschalteten Batterien betreibbaren elektrischen

   Gleichstrom-Anlassermotor, mit einer mit der

   • Spannung der Betriebs-Batterie betreibbaren Betriebslast des Fahrzeuges, mit einer mit Felderregung versehenen Wechselstrom-Lichtmaschine und einem nachgeschalteten ersten Gleichrichter, dessen Ausgangsklemmen mit den Klemmen der Betriebs-Batterie verbunden sind, mit einem mit den Klemmen der Betriebs-Batterie verbundenen Spannungsregler zur Spannungsregelung der Lichtmaschine durch Steuerung der Erregung der Feldwicklung in Abhängigkeit von der Spannung der Betriebs-Batterie und mit einem mit den Klemmen der Hilfs-Batterie verbundenen zweiten Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemmen des zweiten Gleichrichters (18) mit der Sekundärwicklung (34) eines Transformators (20) verbunden sind, dessen Primärwicklung (32) an die Ausgangsklemmen der Wechselstrom-Lichtmaschine (14) angeschlossen ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrom-Lichtmaschine (14) eine Dreiphasen-Wechselstrom-Lichtmaschine, daß der erste Gleichrichter (16) ein Dreiphascn-Gleichrichter. dessen drei Eingänge mit den drei Ausgängen der Lichtmaschine verbunden sind, und daß der zweite Gleichrichter (18) ein Einphasen-Gleichrichter ist, der über den Transformator (20) nur mit einer Phase der Dreiphasen-Wechselstrom-Lichtmaschine (14) verbunden ist.