DE2607408A1

DE2607408A1 - Batterieladeeinrichtung

Info

Publication number: DE2607408A1
Application number: DE19762607408
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Ehrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-02-24
Filing date: 1976-02-24
Publication date: 1977-08-25
Also published as: FR2342572A1; AU2182777A; ES456226A1; IT1076595B; JPS52103616A; BR7701050A

Description

Cfu γ** ζ) &s Sf

26 Q 7^

R. 3 3 3 0

30.1.1976 Chr/Sm

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsrauster-Hilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Batterieladeeinrichtung

D^e Erfindung geht aus von einer Batterieladeeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Im Spannungsregler einer solchen Batterieladeeinrxchtung können vor allem zwei kritische Defekte auftreten, nämlich das bleibende Durchschalten oder die bleibende Unterbrechung des Leistungstransistors. Beide Fälle können die· Folge eines Schadens im Leistungstransistor selbst oder im Steuerteil sein. Bei solchen Schadensfällen ist der Generator unverzüglich zu entregen, um einen unzulässigen Anstieg der Generatorausgangsspannung über einen vorgegebenen Höchstwert hinaus zu verhindern. Ein Anstieg der Generatorausgangsspannung kann auch die Folge eines Defekts an einer der Erregerdioden sein. Auch in diesem Schadensfall ist der

709834/0241 ../2

Chr/Sm

Generator unverzüglich zu entregen. Eine Überspannung kann innerhalb kurzer Zeit beispielsweise zur Zerstörung der Pahrzeuglampen und zum Überladen der Batterie führen.

Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen der Generator dadurch entregt wird, daß der Ausgang des Erregergleichrichters (D+) an Masse gelegt wird. Diese Vorrichtungen sind jedoch schon von der Schaltung her sehr aufwendig und erfordern elektromagnetische Schalter oder aber Thyristoren für größere Leistungen mit entsprechenden Kühlkörpern. Diese Schaltungen lassen sich nicht ohne weiteres in die serienmäßigen Spannungsregler, insbesondere nicht in die Transistorregler, einbauen.

Die erfindungsgemäße Batterieladeeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den bekannten Einrichtungen gegenüber den Vorteil, einen Überspannungsschutz in einfacher Weise durch ein Kurzschließen der Erregerwicklung zu erreichen. Ist im Generator die Erregerwicklung einseitig an Masse angeschlossen, erfolgt das Kurzschließen der Erregerwicklung zwischen dem massefernen Ende der Erregerwicklung (DF) und Masse; ist die Erregerwicklung im Generator einseitig an D+ angeschlossen, erfolgt das Kurzschließen zwischen DP und D+. Da die Schaltleistung klein und nur von kurzer Dauer ist, kann das Kurzschließen mit einem elektromagnetischen Relais, mit einem Halbleiterbauelement oder mit einem integrierten Schaltkreis erfolgen. Die Ansteuerung erfolgt beispielsweise mit einem billigen Thermoschalter, einem Thermorelais, einem kleinen elektromagnetischen Schalter, einem magneto-r-estriktiven Bimetall oder durch ein ähnliches Bauelement. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so klein und entwickelt im Sicherungsfall so wenig Wärme, daß sie ohne weiteres auch in Transistorregler eingebaut werden kann. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß im Sicherungsfall gleichzeitig der Defekt durch ein Aufleuchten der Ladekontrollampe angezeigt wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Haupt-

709834/0241

2607A08

R. 3C89 Chr/Sra

anspruch angegebenen Batterieladeeinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß bei einer Unterbrechung in der Batterieladeeinrichtung, bei der der Generator nicht mehr erregt wird, die Kontrollampe ebeufalls aufleuchtet.

Ausführungsbeispieie der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur 1 zeigt den Stromlaufplan einer erfindungsgemäßen Batterieladeeinrichtung, bei der im Sicherungsfall der Generator entregt und der Defekt angezeigt wird, wobei hier die Erregerwicklung an D+ und die Kurzschlußvorrichtung parallel zur Erregerspannungsversorgung liegt, Figur 2 zeigt einen entsprechenden Stromlaufρlan, bei dem die Kurzschlußvorrichtung in Serie zur Erregerwicklung gelegt ist, Figur 3 zeigt eine Batterieladeeinrichtung für höhere Leistung, Figur. 4 seigt ein Schaltungsbeispiel für eine Batterieladeeinrichtung mit einem Wegbauregler, Figur 5 eine Variante dazu, und schließlich Figur 6 ein Beispiel für die Anwendung von Halbleiter-Bauelementen.

In Figur 1 enthält das eigentliche Generatorsystem eine Phasenwicklungsanordnung 11 und eine Erregerwicklung 12. Der Phasenwicklungsanordnung 11 ist ein Brückengleichrichter 13 nachgeschaltet, der mit seinem Minusanschlug an Masse und mit seinem Plusanschluß an dem Pluspol einer Batterie 14 gelegt ist. An die Batterie 14 sind über einen Zündschalter 15 Lasten 16, beispielsweise Lampen, anschaltbar. Ein Ende der Erregerwicklung ist an den Ausgang D+ eines Erregergleichrichters 17 angeschlossen, daß andere Ende der Erregerwicklung 12 liegt in bekannter Weise über einen Leistungstransistor 18 eines Spannungsreglers 19 an Masse. Zum Überwachen eines ordnungsgemäßen Arbeitens der Batterieladeeinrichtung ist zwischen den Anschluß D+ und den Anschluß B+ eine Ladekontrollampe 21 gelegt. Zwischen dem Anschluß D+ und Masse liegt nun der aktive Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 22. Der aktive Teil enthält eine Schalt-

../4 70 9834/0241

26074Q8

-/C- R. 3089

T Chr/Sm

strecke 23 eines als Steuerteil dienenden Thermorelais 24. Zweckmäßigerweise liegt parallel zu der Schaltstrecke 23 ein ohmscher Widerstand. 25. Das Thermorelais 24 liegt einerseits an Masse und andererseits an dem Anschluß B+.

Tritt beispielsweise im Lpistungstransistor 18 ein Kurzschluß auf so, daß der Transistor 18 bleibend leitend wird, dann fließt dauernd ein Erregerstrom durch die Erregerwicklung.12. Infolgedessen wird der Generator ständig erregt und die Phasenwicklung 11 gibt eine Spannung ab, die im Mittel über dem zulässigen Höchstwert liegt. Infolgedessen steigt auch die Spannung an der Batterie 14 laufend an. Über den Anschluß B+ erhält das Thermorelais 24 eine Spannung; die über dem normalen Wert liegt, und es fließt durch das Thermorelais 24 ein Strom, der über dem norma'en Strom liegt. Infolgedessen biegt sich die Bimetallanordnung des Thermorelais weiter durch als normal und betätigt die zweckmäßigerweise als Schnappsehalter ausgebildete Schaltstrecke 23. Sobald die Schaltstreeke 23 geschlossen ist, ist auch die Erregerwicklung 12 dann kurzgeschlossen, wenn der Leistungstransistor 18 leitend ist. Das heißt, daß die Erregerwicklung 12 jedenfalls dann kurzgeschlossen ist, wenn der Leistungstransistor 18 bleibend in einem leitenden Zustand ist. Wenn die Schaltstrecke 23 ge~ schlossen wird, fließt die in der Erregerwicklung 12 gespeicherte Energie bis zum Abbau des magnetischen Feldes entweder voll über die Schaltstrecke 23 oder aber teils über die Schaltstrecke 23 und teils über die- Lasten 16.

Sollte der Regler 19 infolge eines Defekts, beispielsweise eines Drahtbruches, keine Verbindung der Erregerwicklung 12 mit Masse mehr herstellen können, dann wird der Generator nicht mehr erregt und die Phasenwicklung 11 kann keine Spannung mehr abgeben. Dies ist ein Fall, bei dem die Generatorausgangsspannung unter einen vorgegebenen Wert absinkt. In diesem Fall fließt von B+ über die Ladekontrollampe 21 und den Widerstand

../5 709834/0241

R. 3089 Chr/Sm

ein Strom nach Masse. Die Ladekontrollampe leuchtet dann - je nach der Dimensionierung des Widerstandes 25 beispielsweise mit halber Leuchtkraft - auf.

Die Vorrichtung 22 kann in einem zusätzlichen Schaltkästchen, beispielsweise in einem Plastikgehäuse, untergebracht werden. D".s zusätzliche Schaltkästchen mit der "Vorrichtung 22 wird dann lediglich an die Generatoranschlüsse D+, B+ und Masse angeschlossen. Diese Generatoranschlüsse sind ohne weiteres zugänglich.

In Figur 2 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Ausführungsbeispxel nach Figur 2 ist die Schaltstrecke 23 zwischen das masseferne Ende der Erregerwicklung und den Anschluß D+ gelegt. Die sonstige Konfiguration entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Im Unterschied zum Ausführungsbeispxel nach Figur 1 kann das masseferne Ende des Thermorelais 24 statt an B+ auch an D+ gelegt sein. Die Schaltstrecke 23 ist beim Ausführungsbeispxel nach Figur 2 im normalen Betrieb geschlossen. Im Sicherungsfall wird die Schdltstrecke 23 geöffnet. Nach dem öffnen der Kontakte wird der parallel zu der Schaltstrecke 23 liegende Wiederstand in Reihe mit der Erregerwicklung 12 geschaltet, durch diese Maßnahme entregt sich der Generator auf einen unbedeutenden Wert. Zweckmäßigerweise schaltet man im Sicherungsfall einen Kondensator 26 parallel zur Erregerwicklung 12. In Figur 2 ist auch angedeutet, daß man statt des Thermorelais 24 ein gebräuchliches elektromagnetisches Relais 27 oder einen Transistor 28 verwenden kann. Die Schaltungsanordnung nach Figur ist vor allem bei Generatoren mit einer höheren Leistung von Vorteil. ■

• . f

In Figur 3 ist ein Schaltungsbeispiel gezeigt, daß etwas auf-, wendiger ist, aber noch genauere Schaltbedingungen liefert. Ein "schleichender" Thermobimetailschalter 29 dient zum Ansteuern. Zwischen den Thermobimetallschalter 29 und die Schalt-

../6 709834/0241

R. 3089 Chr/Sm

strecke 23 ist noch ein elektromechanisches Relais 31 geschaltet, dessen Wicklung ein Elektrolytkondensator 32 parallel geschaltet ist. Der Elektrolytkondensator soll ein Rattern des Relais 31 verhindern. Wird allerdings auch hier ein Thermobimetall-Schnappschalter für den Thermobimetallschalter 29 vorwendet, kann der Elektrolytkondensator 32 entfallen.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das besonders für Wegbauregler geeignet ist. Bei einer Batterieiadeeinrichtung mit einem Wegbauregler pflegt die Erregerwicklung 12 einseitig an Masse zu liegen. In diesem Fall ist der Anschluß DF an eine von außen zugängliche Klemme herausgeführt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 bleibt der Überspannungsschutz über die Vorrichtung 22 bleibend eingeschaltet, die Kontrollampe leuchtet und der Generator bleibt entregt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fip.ur 5 ist die Erregerwicklung nicht - wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 - einseitig an Masse, sondern über den Spannungsregler 19 an Masse angeschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Ansteuerung über den Anschluß D+. Im Sicherungsfall leuchtet die Kontrolllampe 21 nicht konstant, sondern sie blinkt dauernd. Die Ausgangsspannung des Generators steigt periodisch auf die eingestellte Ansprechspannung an, dann wird die Erregerwicklung 12 kurzgeschlossen und der Generator entregt sich, schließlich beginnt das Schaltspiel von neuem. Das Blinken der Kontrolllampe 21 ist auffälliger als ein gleichmäßiges Leuchten. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 hat außerdem den Vorteil, daß die Batterie 14 bei jedem Schaltvorgang einen Ladeimpuls erhält; die Gefahr, daß das Fahrzeug auf der Strecke liegen bleibt, ist damit geringer.

In Figur 6 ist noch gezeigt, wie die Thermoschalter und Relais ganz durch Halbleiterbauelemente ersetzt werden können. Parallel zur Erregerwicklung 12 ist die Schaltstrecke eines Transistors 33 gelegt. Der Transistor 33 kann über einen Spannungsteiler

..Il 709834/0241

^R-3O89 Chr/Sm

mit den Widerständen 34 und 35 angesteuert werden. Zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers 34, 35 und der Basis des Transistors 33 ist in Sperrichtung eine Zenerdiode 36 und in Durchlaßrichtung eine Diode 37 angeordnet. Die Zenerdiode 36 dient dazu, eine Ansprechschwelle zu realisieren, die Diode dient zur Korrektur des Temperaturganges der Zenerdiode 36.

709834/0241

Claims

R. 3089 Chr/Sin

Ans ρ r ü c h e

( 1.)Batterieladeeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem eine Erregerwicklung enthaltenden Generator, mit einer der Phasenwicklung des Generators nachgeschalteten Gleichrichtereinrichtung, mit einem den Strom in der Erregerwicklung steuernden Spannungsregler, mit einer die Punktion der Ladeeinrichtung anzeigenden Anzeigelampe, und gegebenenfalls mit einem eine Batterie mit der Batterieladeeinrichtung verbindenden Zündschalter, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (22) zum Kurzschließen der Erregerspannung für die Erregerwicklung (12) bei einem nicht kurzfristigen Anstieg der Ausgangsspannung des Generators (11) über einen vorgegebenen Höchstwert.
2. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (22) zusätzlich zum Einschalten der Kontrollampe (21) bei einem nicht kurzfristigen Abfall der Ausgangsspannung des Generators (11) unter einen vorgegebenen Mindestwert vorgesehen ist.
3. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (22) ein Thermorelais (24), das zwischen dem batteriefernen Ende des Zündschalters (15) und Masse angeschlossen ist, und eine vom Thermorelais (24)

709834/0241. . ■ ' ORSGlNAL INSPECTED

^R· 3089

Chr/Sm

gesteuerte Schaltstrecke (23), die über die Erregerwicklung (12) gelegt ist, enthält (Figur 1, 4).
4. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-

. kennzeichnet,, daß die Vorrichtung (22) ein Thermorelais (24), das zwischen dem batteriefernen Ende des Zündschalters (15) und Masse angeschlossen"ist und eine vom Thermorelais (24) gesteuerte Schaltstrecke (23), die in Serie mit der Erregerwicklung (12) gelegt und der ein ohmscher Widerstand (25) parallel geschaltet ist, enthält (Figur 2).
5. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermorelais (24) als schleichender Bimetallschalter (29) ausgebildet ist, daß der Bimetallschalter (29) ein elektromagnetisches Relais (31) steuert und daß das Relais (21) die Schaltstrecke (23) betätigt (Figur 3).
6. Battei'xeladeeinrxchtung nach Anspruch 4 mit einem einen Erregergleichrichter enthaltenden Gleichrichtereinrinhtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermorelais (24) zwischen dem Ausgang (D+) des Erregergleichrichters (17) und Masse angeschlossen ist (Figur 5).
7. Batterxeladeexnrxchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Schaltstrecke (23) von einem Transistor (33) und die Funktion des

../10

■ 70983 A /0 24.1

- yf - R. 3089

~ Chr/Sm

Thermoschalters (24) von einem Spannungsteiler (3^₃ 35) und einer zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers (3^, 35) und die Basis des Transistors (33) geschaltete Zenerdiode (36) übernommen ist (Figur 6).
8. Bätterieladeeinrichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Zenerdicde (36) eine Diode (37) in Durchlaßrichtung geschaltet ist.
9. Batterieladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (22) zum Vermindern des Einflusses des Kühlwindes in ein Plastikgehäuse eingebaut ist.

70983A/0241