DE2810100A1

DE2810100A1 - Spannungsregler fuer einen generator

Info

Publication number: DE2810100A1
Application number: DE19782810100
Authority: DE
Inventors: Lars Niklas Rundloef
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1978-09-14
Also published as: SE408110B; FR2383478B1; GB1580776A; JPH0250692B2; FR2383478A1; SE7702656L; DE2810100C2; JPS53115015A; US4237412A

Description

Beschreibung Spannungsregler für einen Generator

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler für einen Generator, wie er in Kraftfahrzeugen verwendet wird und der derart ausgelegt ist, daß er den Generator auf eine geeignete Spannung einstellt, insbesondere hinsichtlich des Aufladens einer Speicherbatterie, durch Regelung des Stromes in der Feldwicklung oder dergleichen, wobei die Spannung des Generators durch einen ersten Spannungsteiler abgetastet und mit der Referenzspannung verglichen wird.

In Kraftfahrzeugen wird die Speicherbatterie gewöhnlich aus einem Generator bzw. einer Lichtmaschine gespeist, deren Ausgangsspannung mit einem sogenannten Laderegler geregelt wird. Diese Spannung überschreitet etwas die Nennspannung der Batterie. Normalerweise erfolgt diese Regelung, indem der Strom in den Feldwicklungen des Generators beeinflußt wird. Dies gilt im Prinzip sowohl für Gleichstrom- als auch für Wechselstromgeneratoren.

Es sind Regler dieser Art bekannt, bei denen ein bestimmter Teil der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung verglichen wird, die gewöhnlich eine Zenerspannung ist. Der Regler wird gewöhnlich neben der Batterie montiert oder auch neuerdings in dem Generator selbst eingebaut.

Schon seit langem werden Regler temperaturempfindlich ausgebildet, so daß durch eine niedrige Temperatur die Spannung erhöht wird und dadurch ein höherer Ladestrom der Batterie zugeführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß in Reihe mit der Zenerdiode, die die Referenzspannung erzeugt, eine oder mehrere in Vorwärtsrichtung gepolte Dioden (Bosch) geschaltet werden oder daß ein Widerstand in dem Spannungsteiler temperaturempfindlich gemacht wird (Motorolg) . Ein Nachteil des eingebauten Reglers be-

809837/0894

steht darin, daß die Temperatur, die die Generatorspannung bestimmt, nicht die vorherrschende Batterietemperatur ist, sondern die Temperatur im Motorraum oder sogar die Temperatur des Generators,

Bei einem von der Firma Lucas auf den Markt gebrachten System ist ein Temperatursender in die Reglerschaltung eingebaut. Der Temperatursender ist neben der Batterie angeordnet. Auf diese Weise bestimmt eine maßgeblichere Temperatur die Funktion, so daß bei kühlerem Klima eine stärkere Aufladung der Batterie erfolgt. Entsprechend wird durch ein warmes Klima die Spannung herabgesetzt. Dies ist auch deshalb vorteilhaft, weil bei tropischem Klima mit normalen Vorrichtungen leicht die Batterie stark aufgeladen wird, so daß sie überladen wird und Gas erzeugt, so daß Wasserverluste in der Batterie entstehen. Dieses System von Lucas ist jedoch als Alternative vorgesehen, die anstelle des normalen Reglersystems, das beim Zusammenbau des Fahrzeugs gebaut wurde, installiert werden muß, und folglich kann in einem bestimmten Sinne von der Betrachtung ausgegangen werden, daß dieses System exklusiv ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannungsregler für den normalen Einbau zu schaffen, der leicht durch zusätzliche Reglerelemente erweitert werden kann. Wenn der Zweck darin besteht, eine Klimakompensation zu erzielen, so kann dies durch einen Temperaturfühler erfolgen, der an irgendeiner Stelle angeordnet werden kann, jedoch vorzugsweise in der Nähe der Batterie. Eine geeignete Lage ist unmittelbar unter der Batterie.

Die Erfindung bezweckt jedoch nicht nur die Regelung der Generatorspannung hinsichtlich der vorherrschenden Temperatur. In bestimmten Fällen kann es beispielsweise erwünscht sein, die Ladungshöhe der Batterie abzulesen, vorzugsweise durch Ermitteln der Dichte des Elektrolyts in der Batterie. Es ist eine weitere Ausführungsform denkbar, bei der das zusätzliche Reglerelement eine Veränderung

809837/0894

der geregelten Spannung verursacht, und eine einfache Schalteinrichtung kann in dem zusätzlichen Reglerelement derart geplant werden, daß manuell in eine Stellung für den Sommer mit niedrigerer Generatorspannung und eine Stellung für den Winter mit höherer Generatorspannung umgeschaltet werden kann.

Bei Gleichstromgeneratoren ist die Generatorspannung natürlich einfach die Spannung an den Anschlüssen (Ausgangsspannung). Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die Erfindung auch bei Wechselstromgeneratoren Anwendung finden kann, die mit Gleichrichtereinrichtungen versehen sind, so daß die Spannung am Anschluß dieses Systems in der vorliegenden Beschreibung als Generatorspannung betrachtet wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen Spannungsregler der eingangs beschriebenen Art gelöst, der gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Klemmschraube zum Einschalten eines Reglerelements über einen ersten Teil des Spannungsteilers und ein zusätzliches Spannungsteilerelement, das Über einen Schalter über einen zweiten Teil des Spannungsteilers geschaltet werden kann, und eine Einrichtung zum Einschalten des Schalters, wenn das Reglerelement in den Spannungsteiler eingeschaltet wird, zum Einschalten des zusätzlichen Spannungsteilerelementes in den ersten Spannungsteiler vorgesehen sind.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines angeschlossenen Spannungsreglers, bei dem die Feldwicklung F mit dem positiven Pol verbunden ist;

Fig. IA ein Ausführungsbeispiel eines Reglerelements;

Fig. 2 einen Spannungsregler, bei dem die Feldwicklung F mit dem negativen Pol verbunden ist; und

009837/0894

Fig. 3 Beispiele der Auswirkung des Einkoppeins eines temperaturempfindlichen Regelelements im Vergleich zu dem nichtangeschlossenen Zustand.

Es werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 zwei Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung bei verschiedenen Schaltungsarten der Feldwicklung eingesetzt wird. Diese beiden Schaltsysteme sind im Handel erhältlich.

D.äs Schaltbild nach Figur 1 enthält einen Teil A und einen Teil B, wobei der Teil A ein Standart-Spannungsregler ist (z.B. Bosch EE 14 V 3). Da die Schaltung A dem Fachmann bekannt ist, genügt hier eine kurze Beschreibung dessen, was für die Erfindung von besonderem Interesse ist. Die Spannungsteilerkette ^4"Rc ist über die geregelte Spannung geschaltet. Der Spannungsabfall an dem Widerstand R₁- wird mit der Zenerspannung verglichen, und die Transistorschaltungen regeln dann die Spannung in der Feldwicklung des Generators G durch Regelung der Generatorspannung auf einen bestimmten Wert. Wegen der Temperaturabhängigkeit der Zenerdiode Z und der Dioden D₁ und D„ ist die geregelte Spannungstemperatur abhängig.

Die von der Erfindung angestrebte Verbesserung wird durch die zusätzlichen Komponenten erreicht, die mit D bezeichnet sind. Sie enthalten eine Transistorschaltung und ein zusätzliches Reglerelement R^, das in dem gezeigten Fall eine Widerstandseinrichtung gemäß Figur 1A ist, dessen Widerstand sich mit der Temperatur verändert. Diese temperaturempfindliche Widerstandseinheit wird direkt neben der Batterie angeordnet und zwischen D+ und Punkt T geschaltet. Im Betrieb fließt ein Strom aus der Batterie über D+ und über die Widerstandskette R₂ - R_, so daß die Basis des Transistors T₁ eine Spannung erhält und leitend wird. Der Transistor T.. arbeitet also als Schalter, der geschlossen ist, wenn der Widerstand R^, eingeschaltet ist. Wegen des Vorhandenseins der Diode D₃ führt das Ausschalten des Widerstands R₁^ dazu, daß der Spannungsteiler R„ - R₃ stromlos ist, so daß T₁ nicht leitend

809837/089 4

ist. Wenn R_T ausgeschaltet wird, so wird Teil B des Spannungsreglers unwirksam. Wenn R₁-, eingeschaltet ist, so wird der Spannungsteiler R. - R_g, durch den die Spannung abgetastet wird, ersetzt durch den zu R™ parallelgeschalteten Widerstand R. und den zu R₁ parallelgeschalteten Widerstand Rj-. Dabei sind die geringfügigen Spannungsabfälle in den Halbleiterkomponenten vernachlässigt.

Um eine volle Kompatibilität zu erhalten, ist es ratsam, den Widerstand R₁ und R,^ derart auszulegen, daß bei einer bestimmten Temperatur, beispielsweise 25⁰C, das Einschalten des Widerstands Rn₁ keine beachtliche Spannungsänderung des Generators verursacht. Dies kann dadurch geschehen, daß die Verhältnisse R^/Rr und !L/R. ungefähr bei dieser Temperatur gleich ausgelegt werden.

Um zu gewährleisten, daß die Diode T, nicht leitend ist, wenn B— eingeschaltet ist, sollte R,^ eine niedrigere Impedanz als R. aufweisen. (R₂ und R^ sind relativ groß).

Ein Ausführungsbeispiel einer geeigneten Widerstandsschaltung für das Reglerelement IL ist in Figur 1A gezeigt; in vielen Fällen kann jedoch ein einfacher NTC-Widerstand demselben Zweck dienen.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Feldwicklung F mit dem negativen Pol verbunden ist. Wie im zuvor beschriebenen Fall kann die Schaltung in einen Teil A¹ von bekannter Art (z.B. ein Regler von Bosch ED 14 V 3) und einen Teil B¹ aufgeteilt werden, der gleich dem Teil B in Figur 1 ist. Da Teil A' der Schaltung dem Fachmann wohlbekannt ist, braucht hier nur festgestellt zu werden, daß ihre Arbeitsweise im wesentlichen analog ist, wobei der Spannungsteiler R₄ - R₅ dieselbe Funktion wie bei dem vorhergehenden Beispiel erfüllt. Dies gilt auch für die Zenerdiode Z und die Diode υ,., die damit, in Reihe geschaltet ist. Da analoge Bauelemente des Teiles B¹ mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Arbeitsweise der verschiedenen

809837/089i

Bauteile im Zusammenhang mit der Erfindung analog die gleiche ist.

Figur 3 zeigt die Auswirkung des Einschaltens der Widerstandseinheit Rj₁,, und zwar gilt das für beide Ausführungsformen. Wenn
keine Widerstandseinheit R_ eingeschaltet ist, so wird eine
Spannungsregelung erhalten, die relativ schwach temperaturabhängig ist. Da es hierbei nicht sicher ist, daß die ertastete Temperatur der Batterietemperatur entspricht, wäre bei einer
stärkeren Temperaturabhängigkeit die Gefahr gegeben, daß eine Ausgangsspannung entsteht, die mit einem zu großen Fehler behaftet ist. Da R,- (gemäß Figur 1 und 2) die Temperatur der
Batterie abfühlt, kann eine Widerstandseinheit IL·, gewählt werden, die beim Einschalten eine bedeutend stärkere temperaturabhängige Ausgangsspannung ergibt. Figur 3 zeigt auch die Auswirkung einer geänderten Widerstandseinheit 1^. Diese Temperaturabhängigkeit kann beispielsweise mit Hilfe eines Zenerdiodenpaares erreicht werden. Ein denkbarer Grund dafür, eine nicht zu große Änderung der Ausgangsspannung zuzulassen, besteht indör Auswirkung auf den Wirkungsgrad und die Lebensdauer von Glühlampen.

809837/0B94

Claims

AB Volvo, Göteborg/Schweden Spannungsregler für einen Generator Patentansprüche

1.I Spannungsregler für einen Generator, wie er in Kraftfahrzeugen ^Terwendet wird und der derart ausgelegt ist, daß er den Generator auf eine geeignete Spannung einstellt, insbesondere hinsichtlich des Aufladens einer Speicherbatterie, durch Regelung des Stromes in der Feldwicklung oder dergleichen, wobei die Spannung des Generators durch einen ersten Spannungsteiler abgetastet und mit der Referenzspannung verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmschraube (T) zum Einschalten eines Reglerelements (IL) über einen ersten Teil (R.) des Spannungsteilers und ein zusätzliches Spannungsteilerelement (R₁), das über einen Schalter (T₁) über einen zweiten Teil (R₅) des Spannungsteilers geschaltet werden kann, und eine Einrichtung (R-, R-,) zum Einschalten des Schalters (T₁), wenn das Reglerelement (R^) in den Spannungsteiler eingeschaltet wird, zum Einschalten des zusätzlichen Spannungsteilerelementes (R₁) in den ersten Spannungsteiler vorgesehen sind.

2, Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Schalttransistor (T₁) ist, der in Reihe mit dem zusätzlichen Spannungsteilerelement (R₁) geschaltet ist, wobei das Einschalten des Schalttransistors durch einen zweiten Spannungsteiler (R₂' ^3) bestimmt ist, der an die Klemmschraube (T) angekoppelt ist, wobei letzterer in den ersten Spannungsteiler über eine Diode (D₃) eingekoppelt ist, deren Polarität so gewählt ist,

00983*7/0894

ORIGINAL INSPECTED

daß, wenn das Reglerelement (lO nicht über die Klemmschraube (T) eingeschaltet ist, die Diode (D₃) verhindert, daß der Strom aus dem ersten Spannungsteiler den zweiten Spannungsteiler erreicht, so daß der Schalttransistor (T-) abgeschaltet bleibt.

3. Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reglerelement (R₁₇₁) ein temperaturempfindliches Element ist, das zur Montage neben der Speicherbatterie bestimmt ist, zur Einstellung der Generatorspannung derart, daß sie an die Temperatur der Speicherbatterie angepaßt ist.

4. Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reglerelement (B-) ein Fühler ist, der derart angeordnet bzw. ausgebildet ist, daß er die Höhe der Ladung der Speicherbatterie ertastet und die Generatorspannung erhöht, wenn die Höhe der Ladung gering ist und erniedrigt, wenn die Speicherbatterie vollständig aufgeladen ist.

5. Spannungsregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reglerelement (R_) ein Fühler für die Dichte des Elektrolyts der Speicherbatterie ist.

809837/0894