DE2809712C2

DE2809712C2 - Batterieladesystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2809712C2
Application number: DE2809712A
Authority: DE
Inventors: Willi Ing.(grad.) 7014 Kornwestheim Gansert; Edgar Dipl.-Ing. 7016 Gerlingen Kuhn; Ulrich Ing.(grad.) 7125 Kirchheim Munz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1978-03-07
Publication date: 1985-03-21
Also published as: DE2809712A1; GB1603886A; FR2419603B1; FR2419603A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Batterieiadesystem mit einer Ladekontrolleinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein solches Batterieiadesystem aus der DE-OS 22 02 832 bekannt, bei dem zwei Schweliwertstufen zur LadekontroUe (Minimalwert und Maximalwert) vorgesehen sind.

Weiterhin ist aus der DE-OS 23 54 796 ein Batterieiadesystem bekannt, bei der die Ladekontrolleinrichtung nur dann einen Störfall anzeigt, wenn ein Kurzschluß im Spannungsregler auftritt. Darüber hinaus leuchtet die Kontrolleuchte nur dann auf, wenn der Wechselstromgenerator unterhalb einer bestimmten Drehzahl arbeitet (Anlaßvorgang).

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechschwellen für die Ladekontrolleinrichtung näher an den Regler-Sollwert legen zu können, ohne daß bei kurzzeitigen Spannungsabweichungen bei intaktem Regler Fehlmeldungen erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß durch die logische Verknüpfung des Schaltzustandes des Leistungshalbleiterschalters mit den auftretenden Spannungen eine we-

sentlich größere Sicherheit bei der Überwachung des Batterieladesystems bei gleichzeitig erweitertem Anwendungsbereich erreicht werden kann. Es können insbesondere Störungen bei intaktem Regler erkannt und von kurzzeitigen Spannungsabweichungen unterschieden werden. Die meisten denkbaren Störungen des gesamten Batterieladesystems können auf diese Weise eindeutig erkannt werden.

Durch die in den Untcransprüchen aufgeführten

Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Batterieladesystems möglich. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines ohnehin im Halbleiter-Spannungsregler verwendeten Spannungsteilers zur Einstellung des Regler-Sollwerts zur Vorgabe der Schwellen der beiden Schwellwertstufen. Der Spannungsteiler soll dabei vorzugsweise aus mehreren gleichartigen Reihenwiderständen br-stehen, und der Abgriff für den Reglersollwert soll vorzugsweise symmetrisch zwischen den Abgriffen für die beiden Schwellwertstufen liegen. Dadurch ist bei geeigneter Wahl der Schaltschwellen nur ein einziger Abgleich für den Reglersollwert und kein Abgleich mehr für die Schwellwerte erforderlich.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die aus Iogi- \5 sehen Verknüpfungsschaltungen und Schwellwertstufen bestehende Sicherheitsschaltung sowie den Halbleiter-Spannungsregler als einzigen integrierten Schaltkreis (IC) auszubilden, da dann eine gemeinsame Temperatur und ein gemeinsamer Temperaturgang vorliegen. Die Schaltschvveüen der Sicherheitsschaltung können daher noch dichter an die Reglerkennlinie angenäher- werden.

Vorteilhaft ist weiterhin die Reihenschaltung der Ladekontrolleinrichtung mit einem Halbleiterschalter zur Steuerung dieser Ladekontrolleinrichtung parallel zur elektrischen Batterie zu schalten und die Erregerwicklung zur Vorerregung über einen vorzugsweise als Kaltleiterwiderstand ausgebildeten Widerstand an die Batterie anzuschließen. Bei geschlossenem Zündschalter und stehendem Wechselstromgenerator wird durch den Kaltleiter eine Batterieentladung über das Erregerfeld verhindert. Darüber hinaus steht dieser Erregerwicklung im Startfal! ein erhöhter Erregerstrom zur Verfügung.

35 Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung n.her erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels und

F i g. 2 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Beschreibung der Erfindung

Ein Drehstrom-Generator-System 10 enthält in bekannter Weise den aktiv<-7i Teil 11 des Generators mit nicht näher dargestellten Drehstromwicklungen, der mit Hilfe einer Erregerwicklung 12 erregbar ist. Dem aktiven Teil 11 ist ein Drehstrom-Brückengleichrichter 13 mit Plusdioden 13a und Minusdioden t3b nachgeschaltet, wobei die Anoden der Minusdioden 13£> an Masse und die Kathoden der Plusdioden 13a an einer Plusleitung 14 liegen. Zwischen der Plusleitung 14 und Masse ist eine Batterie 15 geschaltet. Über einen Lastschalter 16, der symbolisch für mehrere Schalter angegeben ist, sind Lasten 17 an die Batterie 15 angeschlossen. Weiterhin enthält das Generätörsystem 10 Zusätzdiöden 19, deren Kathoden an einer Klemme 20 (Anschluß D+) und deren Anoden am aktiven Teil 11 des Generators liegen. Ein an sich bekannter Spannungsregler 21 ist mit dem Generator 10 über die Klemme 20 sowie über eine weitere Klemme 22 (Anschluß DF) verbunden, wobei zwischen die Klemme 70, 22 die Erregerwicklung 12 hl i

Der Spannungsregler 21 enthält zunächst einen zwischen die Klemme 20 und Masse geschalteten Spannungsteiler 23 zur Einstellung des Sollwerts für das Generatorsystem 11. Eine Stabilisierungs-Z-Diode 24 ist zwischen einem ersten Abgriff 25 und Masse geschaltet. Ober einen weiteren Abgriff 26 am Spannungsteiler 23 wird dem Steuerteil 27 des Spannungsreglers 21 ein Sollwert zugeführt Der Istwert wird dem Steuerteil 27 über die Klemme 20 zugeführt Ein solches Steuerteil 27 kann in vielfältiger Weise ausgeführt werden und ist z. B. aus den eingangs angegebenen Stand der Technik oder aus der DE-OS 26 10 137 bekannt Der Ausgang des Steuerteiis 27 ist mit der Basis eines vorzugsweise als Darlington-Transistor ausgeführten Leistungstransistors 28 verbunden, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor sowohl an die Klemme 22, wie auch über eine Freilaufdiode 29 an die Klemme 20 angeschlossen ist.

Eine Sicherheitsschaltung 30 enthält zwei als Komparatoren ausgebildete Schwellwertstufen 31, 32, von denen jeweils ein Eingang an die Klenrre 20 angeschlossen ist. Symmetrisch zum Abgriff 26 **s Spannungsteilers 23 sind zwei weitere Abgriffe 33,34 n.it jeweils dem zweiten Eingang der Komparatoren 31, 32 verbunden. Die Ausgänge der Komparatoren 31,32 sind über je ein Zeitverzögerungsglied 35,36 mit je einer, vorzugsweise als Schiiiitt-Trigger ausgebildeten Impulsformerstufe 37, 38 verbunden. Der Ausgang der Impulsformerstufe 37 ist über ein UND-Gatter 39 mit einem Eingang eines ODER-Gatters 40 verbunden, dessen Ausgang an die Basis eines Transistors 41 angeschlossen ist. Der Ausgang der Impulsformerstufe 38 ist über einen Inverter 42 an einen Eingang eines UND-Gatters 43 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang des ODER-Gatters 40 verbunden ist. Die Klemme 22 ist einmal direkt mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 43 und weiterhin über einen Inverter 44 mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 39 verbunden.

Zwischen die Klemme 20 und Masse ist eine dritte Schweüwertstufe geschaltet, die aus der Reihenschaltung einer Z-Diode 45 mit einem Widerstand 46 besteht, wobei der Verknüpfungspunkt zwischen der Z-Diode 45 mit dem Widerstand 46 an die Basis eines Transistors 47 angeschlossen ist, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor über einen Widerstand 48 mit der Kleirme 20 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 47 ist an einen weiteren Eingang des ODER-Gatters 40 angeschlossen.

Eine vierte, zwischen die Klemme 20 und Masse geschaltete Schwellwertstufe ist identisch wie die dritte Schwellwertstufe 45 bis 48 aufgebaut und besteht aus den Bauteilen 49 bis 52. Dabei ist der Kollektor dts Transistors 51 an einen weiteren Eingang des UND-Gatters 39 angeschlossen.

An die Plusleitung 14 ist ein Schaltkontakt eines Zündschalters 53 angeschlossen, dessen anderer Kontakt einmal über einen Kaltleiter-Widerstand 54 mit der Klemme 20 und weiterhin über eine Leuchtdiode 55 und einen dazu in Rei^ue geschalteten Widerstand 56 mit dem Kollektor des Transistors 41 verbunden ist, dessen Emitter an Masse angeschlossen ist. Anstelle der Leuchtdiode 55 können natürlich auch andere Anzeigevorrichtungen, wie z. B. eine Glühlampe oder ein Summer treten.

Zur Erläuterung c>*s in Fig. 1 dargestellten Ausfiihrungsbeispiels soll im folgenden das in F i g. 2 dargestellte Spannungsdiagramm herangezogen werden. Die Funktion des Wechselstromgenerator 10 im Zusam-

menhang mit dem Spannungsregler 21 und der elektrischen Batterie 15 ist im eingangs angegebenen Stand der Technik beschrieben. Das Prinzip beruht darauf, daß bei Abweichung der Spannung an der Klemme 20 von dem durch den Spannungsteiler 23 vorgegebenen Sollwert der Leistungstransistor 28 den Erregerstrom durch die Erregerwicklung 12 bei zu hoher Spannung sperrt und bei zu geringer Spannung durchläßt.

Die Funktion der Sicherhcitsschaltung soll im folgenden anhand der verschiedenen, vorkommenden Zustände und Störfälle im System erläutert werden:

A. Der Zündschalter 53 ist eingeschaltet, der Genera tor steht still, der Spannungsregler 21 ist funktionsfähig (Startfall). Die Spannung an der Klemme 20 r, liegt unterhalb der Mindestreglerspannung U_mm. wodurch die Schwelle der dritten Schwellwertstufe 45 bis 48 nicht erreicht ist und der Transistor 47 ofix-pcrri hlrihi Dat d:iriiirrh am Knllrklnr rles Transistors 47 anliegende 1 -Signal steuert über das ODKR-Giiiter 40 den Transistor 41 in seinen stromleitenden Zustand, wodurch die Leuchtdiode 55 aufleuchtet. Erst wenn die Spannung an der Klemme 20 die Spannung U_mm überschreitet, wird der Transistor 47 stromleitend und die Leuchtdiode 55 erlischt.

B. Die Spannung an der Klemme 20, die normalerweise U 20 beträgt, sinkt unter den Wert U 20 — JU₂ ab. Dadurch wird die Schaltschwelle U 20 — JU₂ des Kompara'ors 32 erreicht bzw. unterschritien, jo und der Ausgang wechselt von einem 1-Signal auf ein 0-Signal. Diese Schaltflanke wird im Verzögerungsglied 36 zeitlich verzögert und im Schmitt-Trigger 28 zu einer exakten Flanke umgeformt. Daraufhin liegt dieses 0-Signal über den Inverter 42 js als 1-Signal an einem Eingang des UND-Gatters 43 an. Ist zu diesem Zeitpunkt der Transistor 28 in seinem stromsperrenden Zustand, so liegt eine Störung vor. da bei zu niedriger Spannung der Transistor 28 leiten müßte. Das an der Klemme 22 anliegende !-Signal liegt am zweiten Eingang des UND-Gatters 43 an, durch dessen Ausgangssignal über das ODER-Gatter 40 und den Transistor 41 die Leuchtdiode 55 eingeschaltet wird. Ist dagegen der Transistor 28 bei Unterschreiten der Schwelle U 20 — JU₂ stromleitend, so arbeitet der Spannungsregler 21 richtig, das UND-Gatter 43 bleibt gesperrt, und es wird kein Fehler angezeigt. Erst wenn natürlich die Schwelle U„„„ unterschritten wird, so wird trotz leitendem Transistor 28 über die dritte Schwellwertstufe 45 bis 48 die Leuchtdiode 55 eingeschaltet. Das Verzögerungsglied 36 hat eine Verzögerungszeit, die etwas länger ist als die Schaltzeit des Spannungsreglers 21. Es soll verhindern, daß die Leuchtdiode 55 kurz aufleuchtet, bevor der Spannungsregler 21 nachgeregelt hat. Bei einer Schaitzeit des Spannungsreglers 21 von ungefähr 90 μ5ε^ kann die Verzögerungszeit des Verzögerungsglieds 36 auf ungefähr 100 μ5ε^ eingestellt werden. C. Die Spannung an der Klemme 20 erreicht, bzw. überschreitet die Schaltschwelle t/20 + JU\ des Komparator 31. Der Ausgang dieses Komparator 31 wechselt dadurch von einem 0-Signal auf ein 1-Signal, das wiederum verzögert an einem Eingang des UND-Gatters 39 anliegL Ist gleichzeitig der Transistor 28 stromleitend, so liegt wiederum eine Fehlfunktion vor. da bei erhöhter Generatorspannung dieser Transistor 28 sperren müßte. Ein dadurch an der Klemme 22 anliegendes 0-Signal wird durch den Inverter 44 in ein I-Signal umgewandelt. Das dadurch am Ausgang des UND-Gatters 39 entstehende I-Signal schaltet wiederum über das ODER-Gatter 40 und den Transistor 41 die Leuchtdiode 55 ein. Bei richtigem Reagieren des Spannungsreglers 21. also bei gesperrtem Transistor 28, bleibt die Leuchtdiode 55 ausgeschaltet. Die Funktion des Zeitverzögerungsglieds 35 ist wiederum die gleiche, wie zu Punkt B. beschrieben. Unterhalb der Spannung ί/,„.,, spricht die Schwellwertstufe 49 bis 52 nicht an. der Transistor 51 bleibt gesperrt, und an dem damit verbundenen Eingang des UND-Gatters39 liegt ständig ein I-Signal.
D. Hohe Überspannung durch Lastabschaltung bei abgeklemmter elektrischer Batterie 15. Bei einer solchen Lastumschaltung, die normalerweise nicht vorkommen dürfte, da die Batterie nicht aheeklemmt werden soll, können sehr hohe Spannungen auftreten, die die Leuchtdiode 55 und den Transistor 41 zerstören wurden. Wird daher die Schwelle υ,,,.η der Schwellwertstufe 49 bis 52 überschritten, so wird der Transistor 51 stromleitend und sperrt das UND-Gatter 39, so daß der Transistor 41 gesperrt bleibt, unabhängig davon, ob der Spannungsregler 21 funktionsfähig ist oder nicht.

Die Sicherhcitsschaltung 30 und der Spannungsregler sind vorzugsweise auf einem einzigen, integrierten Schaltkreis (IC) angeordnet und weisen einen Spannungsteiler 23 auf, der entweder ebenfalls mitintegriert ist, oder der sich auf einer Dickschichtplatte befindet. Dadurch ergibt sich ein gleicher Temperaturgang der angesprochenen Baugruppen, so daß die Schalischwcllen der Sicherheitsschaltung 30 dicht an die Reglerkenniinie £720 angenähert werden können. Die Schwellen verändern sich dadurch in Abhängigkeit der Temperatur im gleichen Sinne wie die Reglerkennlinien.

Der Spannungsteiler 23 kann dabei aus gleichen Einzelwiderständen aufgebaut sein, so daß die Abgriffe für die Schwellen der beiden Schwellwertstufen 31, 32 lediglich symmetrisch zum Abgriff für den Reglersollwert gewählt zu werden brauchen, um symmetrische Schwellen zur Reglerkennlinie zu erhalten. Natürlich können die Schwellen auch asymmetrisch gewählt werden. Ein getrennter Abgleich für die Schwellen ist nicht mehr notwendig.

Der Kaitleiter-Widerstand 54 ersetzt die Anzeigeleuchte gemäß dem Stand der Technik. Er hat den Vorteil, daß im Startfall ein relativ hoher Erregerstroi: der Erregerwicklung 12 zugeführt werden kann. Bleibt aber der Zündschalter 53 geschlossen und tritt der Generator nicht in Funktion, so nimmt der Strom ab und eine Batterieentiadung wird über die Erregerwicklung 12 verhindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Batterieladesystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem eine Erregerwicklung und ein Gleichrichtersystem enthaltenden Wechselstromgenerator zur Speisung einer elektrischen Batterie, mit einem Halbleiter-Spannungsregler zum Konstanthalten der Generatorspannung, der einen in Reihe zur Erregerwicklung geschalteten Leistungshalbleiterschalter aufweist, und mit einer Ladekontrolleinrichtung, der zwei Schwellwertstufen (31, 32) zur Erkennung einer Unter- und Oberspannung vorgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Schwellwertstufen (31, 32) sowie ein Signal zur Erkennung des Schaltzustands des Leistungshalbleiterschalters (28) einer logischen Verknüpfungsschaltung (39, 42 bis 44) zuführbar sind, die sowohl bei Ansprechen der Schwellwens'jife (31) für Überspannung und gleichzeitig vorliegenden! stromieitenderrs Zustand des Leistungshalbleiterschalters (28), wie auch bei Ansprechen der Schwellwertstufe (32) für Unterspannung und gleichzeitig vorliegenden stromsperrendem Zustand des Leistungshalbleiterschalters (28) ein Einschaltsignal für die Ladekontrolleinrichtung (55) abgibt.

2. Batterieiadesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladekontrolleinrichtung (55) aus wenigstens einer Anzeigeleuchte besteht.

3. Batterie!«'' Hesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Schwellwertstufen (31, 32) eine Zeitverzögerungbeinrichtung (35, 36) nachgeschaltet ist.

4. Batterieiadesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit der Zeitverzögsrungseinrichtung (35, 36) größer ist, als die Schaltzeit des Halbleiter-Spannungsreglers (21).

5. Batterieiadesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Spannungsregler (21) einen Spannungsteiler (23) zur Einstellung des Regler-Sollwerts aufweist und daß Abgriffe (33,34) dieses Spannungsteilers (24) zur Vorgabe der Schwellen der beiden Schweliwertstufen (31,32) dienen.

6. Batterieiadesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (23) aus mehreren gleichartigen Reihenwiderständen besteht, und daß der Abgriff (26) für den Regler-Sollwert symmetrisch zwischen den Abgriffen (33, 34) für die beiden Schwell wertstuf en (31,32) liegt.

7. Batterieiadesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Schwellwertstufe (45 bis 48) zur Erkennung einer Mindestspannung (U_mi„) vorgesehen ist, welche bei Unterschreiten dieser Mindestspannung (U,„;„), die unterhalb der Schwelle der Schwellwertstufe für Unterspannung liegt, ein zusätzliches Einschaltsignal für die Ladekontrolleinrichtung (55) erzeugt.

8. Batterieiadesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Einschaltsignal und das Einschaltsignal der logischen Verknüpfungsschaltung (39,42 bis 44) die Ladekontrolleinrichtung (55) über eine ODER-Verknüpfung (40) steuern.

9. Batterieiadesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Schwellwertstufe (49 bis 52) zur Erkennung einer maximalen Reglerspannung (U_m;„) vorgesehen ist, die oberhalb der Schwelle der Schwellwertstufe (31) für Oberspannung liegt, und die bei Oberschreiten dieser maximalen Reglerspannung (Uma,) ein Ausschaltsignal für die Ladekontrolleinrichtung (55) erzeugt

10. Batterieiadesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladekontrolleinrichtung (55) sowie ein in Rekie dazu geschalteter Halbleiterschalter (41), an dessen Steuereingang die Steuersignale für die Ladekontrolleinrichtung (55) liegen, parallel zur elektrischen Batterie (15) geschaltet sind und daß die Erregerwicklung (12) zur Vorerregung über einen Widerstand (54) an die Batterie angeschlossen ist.

11. Batterieiadesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Widerstand (54) als Kaltleiterwiderstand ausgebildet ist

12. Batterieiadesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus logischen Verknüpfun^CTsschs!tungen und Schweliwertstufen bestehende Sicherheitsschaltung (30) sowie der Halbleiter-Spannungsregler (21) als ein integrierter Schaltkreis (IC) ausgebildet ist.

13. Batterieiadesystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände auf einer Dickschichtplatte angeordnet sind.