DE2645784B2 - Batterie-Ladegerät für eine Zweispannungsanlage in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Beschreibung der Erfindung

In F i g. 1 ist ein Drehstromgenerator 1 eines Kraftfahrzeuges, hier dargestellt durch seine drei Ständerwicklungen 2,3 und 4, an einen Drehstrombrükkengleichrichter 5 angeschlossen. Der Drehstrombrükkengleichrichter 5 liefert zwei Ausgangsspannungen, die von einer 12-Volt-Leitung 15 und einer 24-Volt-Leitung 16 gegenüber einer Null-Leitung 14 abzunehmen sind. Eine erste Batterie 12, im allgemeinen die Fahrzeugbatterie, ist zwischen die 12-Volt-Leitung 15 und die Null-Leitung 14 geschaltet Eine zweie. Batterie 13 liegt zwischen der 24-Volt-Leitung 16 und de: 12-VoIt-Leitung 15. Zwischen die 12-Volt-Leitung 15 und die Null-Leitung 14 ist über einen Schalter 17 ein elektrischer Verbraucher 18 schaltbar. Ein weiterer elektrischer Verbraucher 20 ist über einen Schalter 19 zwischen die 24-Volt-Leitung 16 und die Null-Leitung 14 schaltbar.

Die Schaltung des Drehstrombrückengleichrichters 5 besteht in bekannter Weise aus drei Diodenpaaren 6/7, 8/9,10/11, die an die drei Phasenwicklungen 2,3 und 4 des Drehstromgenerators 1 angeschlossen sind. Die jeweils mit ihrer Anode an der Null-Leitung 14 liegenden Dioden 7,9 und 11 werden in der Fachsprache als Minus-Dioden bezeichnet, während die mit ihrer Kathode an der 12-Volt-Leitung 15 bzw. der 24-Volt-Leitung 16 liegenden Dioden 6,8 und 10 als Plus-Dioden bezeichnet werden. Im Gegensatz zu der bekannten Schaltung eines Drehstrombrückengleichrichters sind nicht alle drei Kathoden der Dioden 6,8 und 10 mit einer gemeinsamen Leitung zum positiven Pol der Gleichspannung verbunden, sondern die Diode 6 ist mit ihrer Kathode von der 12-Volt-Leitung 15 abgetrennt und führt zu der separaten 24-Volt-Leitung 16.

Mit dem oben beschriebenen Drehstrombrückengleichrichter 5 wird die erste Batterie 12 und die zweite Batterie 13 aufgeladen. Das Aufladen der ersten Batterie 12 geschieht über die Phasenwicklungen 3 und 4 des Drehstromgenerators 1, während die zweite Batterie 13 nur über die Phasenwicklung 2 des Drehstromgenerator! 1 aufgeladen wird. Die Phasenwicklung 2 ist erheblich weniger belastet als die Phasenwicklungen 3 und 4 und erzeugt daher eine höhere, nämlich die zur Aufladung der Reihenschaltung der ersten Batterie 12 und der zweiten Batterie 13 erforderliche Spannung. Über den Schalter 17 kann der elektrische Verbraucher 18, der hier die normalen Verbraucher während des Betriebes eines Kraftfahrzeuges symbolisiert, in die 12-Volt-Leitung 15 angeschlossen werden. Wird eine höhere Spannung benötigt, nämlich die Spannung der 24-Volt-Leitung 16 für den weiteren elektrischen Verbraucher 20, so kann dieser über den Schalter 19 an die 24-Volt-Leitung 16 gelegt werden. Dies ist im allgemeinen nur während des Anlassens des Kraftfahrzeuges erforderlich. Für den weiteren Betrieb des Kraftfahrzeuges ist es dann ausreichend, den Schalter 17 geschlossen zu halten und die elektrischen Verbraucher 18 nach Bedarf zuzuschalten.

In einer weiteren Ausfiihrungsform des erfindungsgemäßen Ladegerätes ist die Phasenwicklung 2 um eine Zusatzwicklung 25 verlängert, um das Erreichen einer genügend hohen Spannung zum Laden der Reihenschaltung der beiden Batterien zu gewährleisten.

In Fig.2 ist die Kathode der Diode 6 über einen Schalter 21 an die Plus-Leitung 15 schaltbar. Damit kann der Brückengleichrichter bei normalem Betrieb des Kraftfahrzeuges, d. h. ohne Zuschaltung von Verbrauchern besonders hoher Leistung, in bekannter Weise mit den Dioden 6 bis ti betrieben werden. Um eine Entladung der zweiten Batterie 13 bei geschlossenem Schalter 21 zu verhindern, ist eine Schutzdiode 22 vorgesehen.

In F i g. 3 ist der mechanische Schalter des in F i g. 2 dargestellten Brückengleichrichters durch einen elektronischen Schalter, hier einen Transistor 23. ersetzt. Die Ansteuerung des Transistors 23 erfolgt über seine Basis von einer Steuereinheit 24. Die Steuereinheit 24 kann beispielsweise von einem Schwellwertschalter.

z. B. einem Transistor mit einer Zenerdiode in der Basisleitung, gebildet sein. Die Steuereinheit 24 ist zweckmäßigerweise mit der 24-Volt-Leitung 16 verbunden. Damit kann das Nachladen der zweiten Batterie 13 in der Weise gesteuert werden, daß der Nachladevorgang dann einsetzt, wenn die Spannung der zweiten Batterie 13 unter einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Ist die zweite Batterie 13 genügend aufgeladen, wird der Transistor 23 in den leitenden Zustand gesteuert; er erfüllt damit jedoch nicht nur die Funktion des mechanischen Schalters 21, sondern auch die einer Diode, da seine Kollektor-Emitter-Strecke nur in einer Richtung leitend ist. Die Diode 6 erfüllt bei diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig die Funktion einer Schutzdiode zum Schlitze der zweiten Batterie 13.

Selbstverständlich ist das erfindungsgcmäße Ladegerät nicht auf die Erzeugung der Spannungen 12 Volt und 24 Voll hrsrhränkl rs können viplmrhr aiirh hpjjebige andere Spannungswerte bei geeigneten Bauelementen gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Batterie-Ladegerät für eine Zweispannungsanlage in einem Kraftfahrzeug, mit einem Drehstromgenerator, einem Drehstrombrückengleichrichter, einer ersten Batterie und einer zu dieser in Reihe geschalteten zweiten Batterie, bei dem die erste Batterie an den gleichgerichteten Ausgang zweier Phasenwicklungen und die zweite Batterie in Reihe mit der ersten Batterie an den gleichgerichteten ι ο Ausgang der dritten Phasenwicklung des Drehstromgenerators angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Diodenpaare (8,9; 10,

11) des Drehstrombrückengleichrichters (5) mit zwei Phasenwicklungen (3, 4) des Drehstromgenerators

(1) verbunden, sowie zueinander und mit der ersten Batterie (12) parallel geschaltet sind und daß das dritte Diodenpaar (6, 7) des Drehstrombrückengleichrichters (5) mit der dritten Phasenwicklung (2) verbunden sowie parallel zur Reihenschaltung der ersten Batterie (12) und der zweiten Batterie (13) liegt

2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kathode der einen Diode (6) des dritten Diodenpaares und der Kathode der einen Diode (8) des zweiten Diodenpaares eine Verbindung mit einem Schalter (21) angeordnet ist und daß zwischen dem positiven Pol der zweiten Batterie (13) und die Diode (6) des dritten Diodenpaares eine Schutzdiode (22) geschaltet ist.

3. Ladegerä. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dri'*.en Phasen wicklung

(2) des Drehstromgenerators (1) und der Anode der einen Diode (6) des dritten Diod·" apaares (6, 7) der Kollektor eines Transistors (23) angeschlossen ist, dessen Emitter mit den Kathoden der Dioden (8,10) verbunden ist und dessen Basis von einer Steuereinheit (24) angesteuert wird, die mit dem positiven Pol der zweiten Batterie (13) verbunden ist.

4. Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Phasenwicklung (2) des Drehstromgenerators (1) gegenüber den beiden anderen Phasenwicklungen (3,4) mit einer Zusatzwicklung (25) ausgestattet ist.

5. Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Batterie (12) über einen Schalter (17) an einen ersten elektrischen Verbraucher anschließbar ist.

6. Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der ersten Batterie (12) und der zweiten Batterie (13) über einen Schalter (19) an einen zweiten elektrischen Verbraucher (20) anschließbar ist.

7. Ladegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Verbraucher (20) der Anlasser eines Kraftfahrzeuges ist.

Zusammenfassung

Es wird ein Ladegerät für Kraftfahrzeuge mit einer Zweispannungsanlage vorgeschlagen, bei der die erste Spannung von der Fahrzeugbatterie erzeugt wird und die zweite, höhere Spannung durch Reihenschaltung einer zusätzlicher Batterie und der Fahrzeugbatterie geliefert wird. Die Erzeugung der für den Ladevorgang der beiden Batterien erforderlichen Gleichspannung; geschieht in der Weise, daß der Drehstrombrückengleichrichter zwischen zwei Diodenpaaren aufgetrennt wird. Die Fahrzeugbatterie wird nun über die von zwei Phasenwicklungen des Drehstromgenerators und zwei Diodenpaaren des Drehstrombrückengleichrichters gelieferte Spannung aufgeladen. Die dritte Phasenwicklung des Drehstromgenerators erzeugt über ein drittes Diodenpaar des Drehstrombrückengleichrich'ers die erforderliche Spannung zum Aufladen der Reihenschaltung von Fahrzeugbatterie und zusätzlicher Batterie. Die Fahrzeugbatterie ist zur Versorgung aller normalen, im Kraftfahrzeug vorkommenden, Verbraucher vorgesehen, während die Reihenschaltung von Fahrzeugbatterie und zusätzlicher Batterie zum kurzzeitigen Betrieb von Verbrauchern hoher Leistung im Kraftfahrzeug vorgesehen ist

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ladegerät nach der Gattung des Anspruchs 1.

Ein solches Ladegerät ist bekannt, durch die US-PS 38 09 995.

Es sind schon verschiedene Kraftfahrzeuge bekannt geworden, die mit einem Zweispannungssystem ausgestattet sind. Die beiden Spannungen können z. B. 12 Volt und 24 Volt betragen. Bei diesen Fahrzeugen dient das 12-Volt-Bordsystem in bekannter Weise zur Versorgung der im Kraftfahrzeug üblichen Verbraucher, wie Scheinwerfer und Signalgeber. Das 24-Volt-Bordsystem kann in vorteilhafter Weise verwendet werden, um Verbraucher besonders hoher Leistung zu betreiben, insbesondere den Anlasser eines Kraftfahrzeuges. Bei Verbrauchern hoher Leistung werden um so höhere Betriebsströme benötigt, je geringer die Batteriespannung ist. Die hohen Betriebsströme bringen jedoch zahlreiche Probleme mit sich, wie Erwärmung der elektrischen Zuleitungen und Störungen durch senadhafte Kontaktstellen. Auf der anderen Seite ist die Verwendung einer hohen Bordspanming in einem Kraftfahrzeug nicht für alle Verbraucher von Vorteil, da die Lebensdauer mancher Verbraucher im Kraftfahrzeug mit der Auslegung für höhere Nennspannung abnimmt, außerdem treten Isolationsprobleme, insbesondere bei Feuchtigkeit, auf.

Aus diesem Grunde sind bestimmte Kraftfahrzeuge mit einer Zweispannungsanlage ausgestattet, bei der eine normale Fahrzeugbatterie zur Versorgung der üblichen Verbraucher in dem Kraftfahrzeug dient. Nur beim Zuschalten von Verbrauchern besonders hoher Leistung wird eine zweite Batterie zur ersten in Reihe geschaltet und der Verbraucher hoher Leistung von der Reihenschaltung beider Batterien versorgt. Diese Verfahrensweise wirft jedoch eine Reihe von Problemen auf, da für die verschiedenen Betriebsarten des Kraftfahrzeuges entsprechende Umschaltungen der Batterien vorgenommen werden müssen; außerdem bedarf es besonderer schaltungstechnischer Hilfsmittel, um beide Batterien durch den Generator des Kraftfahrzeuges laden zu lassen, der normalerweise für die Spannung einer Batterie ausgelegt ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß für den normalen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges eine Batterie ausreichend ist und die zweite zu ihr in Reihe geschaltete Batterie, die im wesentlichen beim Anlassen des Kraftfahrzeuges verwendet wird, im normalen Betrieb nicht belastet wird. Dies bedeutet für die Ladeschaltung, daß für die zweite Batterie nur eine Ladung entsprechend geringerer Leistung vorgesehen werden muß.

Aus der US-PS 38 98 995 ist ein Batterieladegerät für eine Zweispannungsanlage bekannt, bei der ein Drehs tromhrijckengleichrichter an zwei Phasen wicklungen eines Drehstromgenerators angeschlossen ist und zur Aufladung einer ersten Batterie dient und ein s Gleichrichter an die dritte Phasenwicklung angeschlossen ist, der zur Aufladung einer zweiten, in Reihe mit der ersten liegenden Batterie vorgesehen ist Nachteil dieser Vorrichtung ist jixioch, daß ein zusätzlicher Gleichrichter zur Aufladung der zweiten Batterie benötigt wird und daß auch kein Aufladen der ersten Batterie in der üblichen Weise möglich ist, wenn die zweite Batterie voll geladen ist

Weiterhin ist aus der DE-OS 21 62 328 ein Batterieladegerät für eine Zweispannungsanlage bekannt, bei der die zweite, höhere Spannung aus der gleichgerichteten Spannung des Drehstromgenerators mit einer Spannungsverdopplungsschaltung gewonnen wird. Diese, an sich bekannte Schaltung kann in diesem Falle zwar eingesetzt werden, weil die zweite Batterie in der Regel nur einen relativ geringen Ladestrom e""fordert. Nachteil einer elektronischen Spannungsverdopplungsschaltung ist jedoch, daß zusätzliche Einrichtungen am Drehstromgleichrichter erforderlich sind und die Schaltung aufgrund der erforderlichen Anzahl von ?i zusätzlichen Bauelementen entsprechend kostenaufwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ladegerät einfacher Bauart für eine Zweispannungsanlage zu finden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspmchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Ladegerät für eine Zweispannungsanlage in einem Kraftfahrzeug hat gegenüber den bekannten Ladegeräten den Vorteil, im wesentlichen mit bereits vorhandenen Baugruppen und Bauelementen auszukommen. Damit kann ein besonders kostengünstiges und störunanfälliges Ladegerät für ein Zweispannungssystem realisiert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßrahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das an die dritte Phasenwicklung angeschlossene Diodenpaar, das von den beiden anderen Diodenpaaren abgetrennt ist, über einen mechanischen Schalter dem Brückengleichrichter zugeschaltet werden. Hierdurch ist es möglich, die Fahrzeugbatterie über den normalen Drehstrombrückengleichrichter zu versorgen, wenn die Zusatzbatterie aufgeladen ist. Eine Schutzdiode sorgt in diesem Fall dafür, daß sich keine der beiden Batterien gegen die andere entladen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mechanische Schalter durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors ersetzt, dessen Basis von einer Steuerschaltung angesteuert wird. Diese Steuerschaltung kann von verschiedenen Fahrzeugparametern ausgehen, zweckmäßigerweise wird sie jedoch an die 24=Yolt*Leitung angeschlossen. Damit kann der oben beschriebene Umschaltvorgang auf Normalladung von dem Ladezustand der zusätzlichen Batterie abhängig gemacht werden.

Drei verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ladegerätes sind in der Zeichnung 6b dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung ausführlich erläutert Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles des erfindiingsgemäßen Ladegerätes mit den daran angeschlossenen Batterien und Verbrauchern;

F i g. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladegerätes, beschränkt auf den Gleichrichterteil;

F i g. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ladegerätes, wiederum beschränkt auf den Gleichrichterteil.