DE2650851A1

DE2650851A1 - Stromversorgungseinrichtung fuer eine zweispannungsanlage in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE2650851A1
Application number: DE19762650851
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl Ing Ragaly
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-11-06
Filing date: 1976-11-06
Publication date: 1978-05-11
Also published as: GB1591946A; US4153869A; FR2370377A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Stromversorgungseinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind schon verschiedene Kraftfahrzeuge bekannt, 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, Signalgeber, usw. Das 24-Volt-Bordsystem kann in vorteilhafter Weise dazu 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 z.B. Erwärmung der elektrischen Zuleitungen, Störungen durch schadhafte Kontaktstellen usw. Auf der anderen Seite ist die Verwendung einer hohen Bordspannung in einem Kraftfahrzeug nicht für alle Verbraucher von Vorteil, da die Lebensdauer mancher Verbraucher im Kraftfahrzeug mit der Höhe der Betriebsspannung abnimmt, außerdem treten Isolationsprobleme, insbesondere bei Feuchtigkeit, auf.

Aus diesem Grunde ist es bekannt, Kraftfahrzeuge mit einer Zweispannungsanlage auszustatten, bei der eine normale Fahrzeugbatterie zur Versorgung der üblichen Verbraucher in dem Kraftfahrzeug dient. Nur bei 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 berück-

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sichtigen, 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.

In dem Buch von Kierdorf, Praxis der Autoelektrik, Band IV, Seite 195, 1970 ist eine Schaltung beschrieben und dargestellt, bei der zwei Batterien durch einen Batterieumschalter in der oben beschrieben Weise umgeschaltet werden. Nachteil dieser Anordnung ist, daß ein Hochstromumschalter notwendig ist, um die Batterien je nach Betriebsweise des Kraftfahrzeuges umzuschalten und diese Umschalter sowohl störanfällig wie teuer ist. Außerdem ist es bekannt, zur Erzeugung einer zweiten, doppelt so hohen Spannung aus der gleichgerichteten Spannung des Drehstromgenerators in einem Kraftfahrzeug eine Spannungsverdoppelungsschaltung anzuwenden. Diese, an sich bekannte Schaltung kann in diesem Falle eingesetzt werden, weil die Zusatzbatterie nur einen relativ geringen Ladestrom erfordert. Nachteil einer elektronischen Spannungsverdoppelungsschaltung ist jedoch, daß zusätzliche Einrichtungen am Drehstromgleichrichter erforderlich sind und die Schaltung entsprechend kostenaufwendig ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung für eine Zweispannungsanlage hat demgegenüber den Vorteil, im wesentlichen mit bereits vorhandenen Baugruppen und Bauelementen auszukommen. Damit werden die Kosten für die zweite Auflademöglichkeit erheblich reduziert und zudem ist durch die Verwendung bewährter Baugruppen eine störunanfällige Realisierung möglich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind

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vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist der für die Erzeugung der zweiten, höheren Ladespannung vorgesehene Gleichrichter als modifizierte Brückenschaltung mit drei Dioden ausgeführt, da die Belastung durch die Anfladung der zweiten Batterie relativ gering ist. In manchen Anwendungsfällen ist es sogar ausreichend, die zweite Batterie nur über zwei Phasen des Drehstromgenerators mit zwei Dioden aufzuladen; in diesem Falle brauchte die dritte Ständerwicklung nur bis zur Anzapfung ausgeführt zu sein. Somit sind weitere Einsparungen an Bauelementen und Bauteilen durch die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung möglich, zumal die zur Aufladung der zweiten Batterie erforderlichen Dioden geringer dimensioniert werden können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der zur Erregung der Feldwicklung des Läufers des Drehstromgenerators erforderliche Strom über einen Gleichrichter gewonnen, der an die höhere Wechselspannung der Ständerwicklungen angeschlossen ist. Durch die höhere Spannung ist.eine wesentlich höhere Durchflutung des Generators bei gleichem Erregervolumen erreichbar. Weiterhin ist es möglich, für die Gewinnung des Erregerstromes und die Aufladung der zweiten Batterie denselben Gleichrichter zu verwenden. Damit würde einer weitere Diodengruppe eingespart.

Zeichnungen

Drei Prinzipschaltbilder von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 das Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung; Figur 2 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung; Figur 3 das Schaltbild einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung.

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Beschreibung der Erfindung

Das in Figur 1 dargestellte Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung enthält einen Drehstromgenerator 1, der hier durch seine Ständerwicklungen 2, 3 und 4 und seine Erregerwicklung 5 des Läufers symbolisiert ist. Die Ständerwicklungen 2, 3 und 4 sind im Stern geschaltet, dies bedeutet, daß Wicklungsenden 6, 7 und 8 der Ständerwicklungen 2, 3 und 4 miteinander verbunden sind. Die Ständerwicklungen 2, 3 und 4 sind mit Anzapfungen 12, 13 und 14 versehen. Ein erster Drehstromgleichrichter 15 ist an die Anzapfungen 12, 13 und 14 der Ständerwicklungen 2, 3 und 4 angeschlossen. An den Gleichspannungsausgang des ersten Drehstromgleichrichters 15 ist eine erste Batterie 16, beispielsweise die Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeuges angeschlossen. Parallel zur ersten Batterie 16 ist ein erster elektrischer Verbraucher 17 über einen Schalter 18 zuschaltbar. Der erste elektrische Verbraucher 17 soll die normalen Verbraucher während des Betriebes eines Kraftfahrzeuges symbolisieren.

An Wicklungsenden 9, 10 und 11 der Ständerwicklungen 2, 3 und 4 ist ein zweiter Drehstromgleichrichter 19 angeschlossen, dessen Katode mit dem Pluspol einer zweiten Batterie 20 verbunden ist, die in Reihe mit der ersten Batterie 16 geschaltet ist. Parallel zur Reihenschaltung der ersten Batterie 16 und der zweiten Batterie 20 ist ein zweiter elektrischer Verbraucher 21 über Schaltkontakte 22 zuschaltbar, die von einem Relais 23 geschlossen werden können, das durch Schließen eines Schalters 24 mit der Spannung der Reihenschaltung der ersten Batterie 16 und der zweiten Batterie 20 erregt werden kann.

An die Anzapfungen 12, 13 und 14 der Ständerwicklungen 2, 3 und 4 ist ferner ein dritter Drehstromgleichrichter 34 angeschlossen, der über einen Regler 35 mit der Erregerwicklung 5 im Läufer des Drehstromgenerators 1 verbunden ist.

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Die Katode des dritten Drehstromgleichrichters 34 ist weiterhin über eine Ladekontrolleuchte 37 und einen Schalter 36 mit dem positiven Pol des ersten Drehstromgleichrichters 15 verbunden.

Die Ständerwicklungen 2, 3 und 4 des Drehstromgenerators 1 sind in diesem Falle so ausgelegt, daß an ihren Wicklungsenden 9j 10 und 11 eine Spannung abgenommen werden kann, die gleichgerichtet zur Aufladung der Reihenschaltung zweier Batterien ausreicht. Die Spannung an den Anzapfungen 12, 13 und 14 ist so gewählt, daß sie nach einer Gleichrichtung zur Aufladung der ersten Batterie l6 und für die Versorgung des ersten elektrischen Verbrauchers 17 ausreicht. Auf diese Weise können mit Ständerwicklungen, die mit Anzapfungen versehen werden, die beiden für eine Zweispannungsanlage in einem Kraftfahrzeug erforderlichen Gleichspannungen, beispielsweise 12 Volt und 24 Volt erzeugt werden.' Im normalen Betrieb des Kraftfahrzeuges werden die erste Batterie 16 und der elektrische Verbraucher I7 versorgt. Wird zu bestimmten Zeiten die Zuschaltung eines zweiten elektrischen Verbrauchers 21 besonders hoher Leistung, beispielsweise des Anlassers, erforderlich, so wird dieser zweite elektrische Verbraucher 22 in der Regel kurzzeitig über ein Relais 23 an die Reihenschaltung der ersten Batterie l6 und der zweiten Batterie 20 gelegt. Während dann die erste Batterie l6 weiter den ersten Verbraucher 17 versorgt, kann die zweite Batterie 20 um die Ladungsmenge wieder aufgeladen werden, die sie während des kurzzeitigen Zuschaltens des zweiten elektrischen Verbrauchers 21 abgeben mußte. Dies bedeutet, daß der Ladestromkreis der zweiten Batterie 20 erheblich geringer dimensioniert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher der zweite Drehstromgleichrichter I9, bestehend aus Dioden 28, 29 und 30 durch einen Zweiphasengleichrichter, bestehend aus den Dioden 28 und 29, die an die Wicklungsenden 9 und 10 der Ständerwicklungen 2 und 3 angeschlossen sind, ersetzt. Die Ständerwicklung 4 ist in dieser Ausführungsform nur bis zur Anzapfung 14 ausgeführt.

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In einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung ist für den ersten Drehstromgleichrichter 15 statt eines Vollweggleichrichters j bestehend aus Dioden 25 - 27₃ 31 - 33> ein Einweggleichrichter_s bestehend aus den Dioden 25 - 27 verwendet. In diesem Fall werden Wicklungsenden 6, 7 und 8 der Ständerwicklungen 2, 3 und 4 mit Masse verbunden.

Die Versorgung der Erregerwicklung 5 im Läufer des Drehstromgenerators 1 erfolgt in bekannter Weise über dei dritten Drehstromgleichrichter 34, der an die Anzapfungen 12, 13 und 14 der .Ständerwicklungen 2, 3 und 4 angeschlossen ist. Die Ausgangsgleichspannung des dritten Drehstromgleichrichters 34 gelangt über den hier nicht näher beschriebenen Regler 35 auf die Erregerwicklung 5 und außerdem in bekannter Weise über die Ladekontrolleuchte 37 und den Schalter 36 auf den positiven Pol der ersten Batterie l6.

Das in Figur 2 dargestellte Schaltbild einer weiteren Ausfüh-r rungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung zeigt im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform, daß in diesem Falle der dritte Drehstromgleichrichter 34 an die Wicklungsenden S₃ 10 und 11 der Ständerwicklungen 2, 3 und 4 angeschlossen ist. Der Gleichspannungsausgang des dritten Drehstromgleichrichters 34 ist mit dem Regler 35 verbunden, sowie über die Ladekontrolleuchte 37 und den Schalter 36 mit dem positiven Pol der zweiten Batterie 20. Auf diese Weise wird der Erregerstromkreis auf der höheren Spannung der Reihenschaltung von erster Batterie l6 und zweiter Batterie 20 betrieben. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich auf diese Weise eine wesentlich höhere Durchflutung des Generators bei gleichem Erregervolumen erreichen läßt.

In Figur 3 ist das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung dargestellt. Die Katode des zweiten Drehstromgleichrichters 19

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ist mit dem Regler 35 verbunden und liegt außerdem über eine Diode 38 am positiven Pol der zweiten Batterie 20. Die Diode 38 ist von der Reihenschaltung des Schalters und der Ladekontrolleuchte 37 überbrückt. Auch in diesem Falle wird der Erregerstromkreis auf der höheren Spannung der Reihenspannung der ersten Batterie 16 und der zweiten Batterie 20 betrieben, jedoch ist bei dieser Schaltung der zweite Drehstromgleichrichter 19 sowohl zur Aufladung der zweiten Batterie 20 wie zur Speisung der Erregerwicklung vorgesehen. Damit kann im Gegensatz zu der in Figur 2 darge stellten Schaltung eine weitere Einsparung von Bauelementen erfolgen. Selbstverständlich können die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Schaltungen auch in der oben beschriebenen Weise bezüglich des ersten Drehstromgleichrichters und des zweiten Drehstromgleichrichters I9 variiert werden.

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Claims

Patentansprüche

l.J Stromversorgungseinrichtung für eine Zweispannungsanlage "xn einem Kraftfahrzeug mit einem Drehstromgenerator, einem ersten Drehstromgleichrichter, einer ersten Batterie und einer zu dieser in Reihe geschalteten zweiten Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Drehstromgleichrichter (19) vorgesehen ist und der erste Drehstromgleichrichter (15) an Anzapfungen (12, 13, 1*J) von Ständerwicklungen (2, 3, ¹O des Drehstromgenerators (1) angeschlossen ist.
2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Drehstromgleichrichter (19) an Wicklungsenden (9, 10, 11) der Ständerwicklungen (2, 3, k) des Drehstromgenerators (1) angeschlossen ist.
3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Batterie (l6) an den Gleichspannungsausgang des ersten Drehstromgleichrichters (15) angeschlossen ist.
■4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 3> dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß der zweite Drehstromgleichrichter (19) .aus drei Dioden (28, 29, 30) besteht, deren Anoden an die Wicklungsenden (9, 10, 11) der Ständerwicklungen (2, 3, 4) des Drehstromgenerators (1) angschlossen sind.
5. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß der Pluspol der zweiten Batterie (20) mit den Katoden von Dioden (25, 26, 27) des zweiten Drehstromgleichrichters (19) verbunden ist.
6. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur ersten Batterie (16) ein erster elektrischer Verbraucher (17) zuschaltbar ist.
7. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung der ersten Batterie (16) und der zweiten Batterie (20) ein zweiter elektrischer Verbraucher (21) zuschaltbar ist.
8. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehstrom- . 'gleichrichter (15) ein Einweggleichrichter ist, und V7icklungsenden (6, 7, 8) der Ständerwicklungen (2, 3, ¹O mit Masse verbunden sind.
9. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der' zweite Drehstromgleichrichter (19) nur aus zwei Dioden (28, 29), deren Anoden an die Wicklungsenden (9, 10) der Ständerwicklungen (2, 3) angeschlossen sind, besteht, und die Ständerwicklung (4) nur bis zur Anzapfung (14) ausgeführt ist.
10. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Drehstromgleichrichfeer (3*1) vorgesehen ist, dessen Anode an die An-

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zapfungen (12, 13, 14) der Ständerwicklungen (2, 3, 4) angeschlossen ist und dessen Katode über einen Regler (35) mit einer Erregerwicklung (5) des Läufers des Drehstromgenerators" (1) und über eine Ladekontrolleuchte (37) und einen Schalter (36) mit dem Pluspol der ersten Batterie (l6) verbunden ist.
11. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des dritten-Drehstromgleichrichters (34) an die Wicklungsenden (9, 10, 11) der Ständerwicklungen (2, 3, 4) angeschlossen ist und seine Ka- · tode. über den Regler (35) mit der Erregerwicklung (5) und über .die Ladekontrolleuchte (37) und den Schalter (36) mit dem Pluspol der zweiten Batterie (20) verbunden ist.
12. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1·bis 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Katode des zweiten Drehstromgleichrichters (19) über den Regler (35) mit der Erregerwicklung (5) verbunden ist.
13. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung von der Katode des zweiten Drehstromgleichrichters (19) zum Pluspol des zweiten Batterie (20) eine Diode (38) geschaltet ist, die mit dem Schalter (36) und der Ladekontrolleuchte (37) überbrückbar ist.
14. Stromversorgungseinrichtung nach einem der.vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verbraucher-(21) der Anlasser eines Kraftfahrzeuges ist.

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