DE3016955A1

DE3016955A1 - Batterieladesystem

Info

Publication number: DE3016955A1
Application number: DE19803016955
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7251 Hemmingen Kurz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1981-11-05
Also published as: FR2481852A1; US4395673A; FR2481852B1

Description

R. 6270

1.H.1980 Chr/Me

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7000 STUTTGART 1

Batterieladesystem

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Batterieladesystem nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt sind Batterieladesysteme mit einem Spannungsregler, der den Strom durch die Erregerwicklung des Generators steuert und der so die Ladespannung konstant hält. Bei Permanentmagnetgeneratoren kann die Ausgangsspannung des Generators wegen der konstanten Erregung entweder durch eine Querregelung oder durch eine Längsregelung erfolgen. Bekannt sind Systeme, bei denen der dem Generator nachgeschaltete Gleichrichter halbgesteuert ist, bei dem also ein Teil der Ventile steuerbar ist. Bisher war es üblich, entweder eine aufwendige Phasenanschnittsteuerung zu verwenden oder bei Schwingungspaketsteuerung, alle Ventile gleichzeitig anzusteuern, was in den meisten Fällen zu einer unsymmetrischen Belastung der Wicklungen des Generators führte. Dadurch wurden die Ventile thermisch ungleichmäßig belastet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Batterieladesystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den ■

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Vorteil j daß bei der damit angewandten Schwingungspaketsteuerung die Thyristoren nur vollständige Stromhalbschwingungen führen. Dabei ist eine phasenrichtige Zündung der Ventile möglich, dadurch wird eine unsymmetrische Belastung des Generators sicher verhindert. Da bei den Ventilen einerseits nur die Zustände "Ein" und "Aus" unterschieden werden, andererseits die thermische Belastung gleich verteilt ist, müssen- diese nicht höher dimensioniert werden als die normalen Gleichrichterdioden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Batterieladesystems möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Spannungsregelanordnung mit einer geringen Anzahl von handelsüblichen Elementen und platzsparend aufgebaut ist. Die Schaltung ist wartungsfrei und nicht störanfällig und gewährleistet einen sicheren Betrieb des Batterieladesystems.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Stromlaufplan des Batterieladesystems .

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Ein Permanentmagnetgenerator GEN umfaßt einen rotierbaren Permanentmagnetläufer ERR und Phasenwicklungen Wl₃ W2, W3. Den Phasenwicklungen ist ein Brückengleichrichter GLR nachgeschaltet j bei dem als Plusdioden normale Ventile Dl, D2, D3 und als Minusdioden steuerbare Gleichrichter., nämlich Thyristoren THl, TH2, TH3 vorgesehen sind. Die Kathoden der Plusdioden Dl, D2, D3 sind an den Plus-anschluß B+ und

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die Anoden der Thyristoren THl, TH2, TH3 an den Minusanschluß B- des Gleichrichters GLR gelegt. Die Steuerstrecke jedes Thyristors TH zwischen dem Toranschluß Gl und der Kathode ist durch einen Ableitwiderstand Rl, R2, R3 überbrückt.

Dem Gleichrichter GLR ist ein Spannungsregler SPR Üblicher Bauart nachgeschaltet. Der Eingang ESR des Spannungsreglers SPR ist an den Plus-Ausgang B+ des Gleichrichters GLR angeschlossen. Der Spannungsregler SPR umfaßt einen Eingangsspannungsteiler aus einer Diode D¹I und einem Potentiometer R¹J und einem Differenzverstärker Pl. Der Minuseingang des Differenzverstärkers Pl ist, mit einem Kondensator C¹I gesiebt, an den Schleifer des Potentiometers V-Ά angeschlossen, der Plus-Eingang, mit einem Kondensator C5 gesiebt, an einen Spannungsteiler aus einem Widerstand R5 und einer Zener-Diode D5. Am Ausgang des Differenzverstärkers Pl liegt ein Spannungsteiler aus den Widerständen R6 und R7. An den Abgriff dieses Spannungsteilers R6, R7 ist der Steueranschluß einer Kaskade von Schalttransistoren T¹J, T5 angeschlossen. Der Ausgang der Schaltstrecke der Schalttransistoren T¹I, T5 liegt am Steuerausgang ASR des Spannungsreglers SPR. Über dem Eingang des Spannungsreglers SPR, also zwischen ESR und B-, ist eine Zener-Diode Όβ angeschlossen.

Jedem der Ventile TH ist eine Schaltungsanordnung STS zugeordnet; umfaßt das Batterielädesystem einen Drehstromgenerator GEN mit einem Drehstrom-Brückengleichrichter GLR, so sind für die drei Thyristoren THl, TH2, TH3 also drei Schaltungsanordnungen STSl, STS2, STS3 vorhanden. Die drei Schaltungsanordnungen STSl, STS2, STS3 zusammen bilden eine Steuerschaltungsanordnung. Die Eingänge ESTl, EST2, EST3 der drei" Schaltungsanordnungen STSl, STS2, STS3 liegen über je ein Entkopplungsglied D7, R91; D8, R92; D9, R93 gemeinsam am Steuerausgang ASR des Spannungsreglers SPR.

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Die Schaltungsanordnung STSl - in der Zeichnungsfigur ist nur eine der Drehschaltungsanordnungen der Steuerschaltungsanordnung STS gezeigt - enthält einen Zündtransformator ZTR mit einem Zündtransistor TIl in bekannter Schaltung. Die Enden der Ausgangswicklung Z 3 liegt am Ausgang AlSTl, A2ST1 der Schaltungsanordnung STSl und ist an die Steuerstrecke mit dem Toranschluß Gl und der Kathode des Thyristors THl angeschlossen. Der Zündtransformator ZTR umfaßt noch in bekannter Weise die beiden Wicklungen Zl , und Z2, der Zündtransistor TIl ist wie üblich mit Widerständen RlIj R12, RI3, Dioden D12, DI3 und einem Kondensator ClO beschaltet. Die Wicklung Zl des Zündtransformators, der Widerstand RI3 und der Kondensator ClO liegen mit je einem Anschluß am kalten Ende der gesamten Zündschaltung. ·

Die Schaltungsanordnung STSl der Steuerschaltungsanordnung umfaßt weiter einen Schalttransistor TI3, der zweckmäßigerweise als Darlington-Transistor ausgeführt ist. Der Emitter des Schalttransistors TI3 liegt am Minus-Anschluß B- des Batterieladesystems, die Basis am Eingang ESTl der Schaltungsanordnung STSl. Das kalte Ende der oben beschriebenen Zündschaltung ist an den Kollektor des Schalttransistors T13 angeschlossen.

Die Schaltungsanordnung STSl umfaßt weiter einen Schmitt-Trigger P2, dessen negativer Eingang an den Abgriff eines Spannungsteilers mit den Widerständen R15 und RI8 und dessen positiver'Eingang an den Abgriff eines Spannungsteilers mit den Widerständen Rl^ und R17 angeschlossen ist. Die beiden Spannungsteiler R15_a RIß und Rl¹J₃ Rl? liegen am Plus-Ausgang B+ und Minus-Eingang B- des Gleichrichters GLR. Der positive Eingang des Schmitt-Triggers P2 ist mit Hilfe einer Diode Dl^, di'e einseitig am Minus-Anschluß B- liegt, so geschaltet, daß die negative Halbschwingung der zugehörigen Phase erfaßt wird. Die Schaltdiode D14 liegt über

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einen Vorwiderstand Rl6 auf dem Potential der Kathode des Ventils THl und damit direkt an der zugehörigen Phasenwicklung Wl. Der Ausgang des Schmitt-Triggers P2 steuert über einen Spannungsteiler mit den Widerständen R19 und RIO und einen Steuertransistor T12 ebenfalls den Schalttransistor T13 an dessen Basis. Die drei Thyristoren THl, TH2 und TH3 stellen eine Längsregelvorrichtung für die Ladespannung für die Batterie BAT dar. Die bei Generatoren üblichen Minus-Leistungsdioden sind durch die Thyristoren THl, TH2, TH3 ersetzt. Die Thyristoren TH dienen gleichzeitig zur Gleichrichtung und als Stellventile für die Regelung.

Der Spannungsregler SPR ist ein Zweipunktregler mit Soll-/Istwertvergleich und einem Hystereseverhalten. Abhängig von der Ausgangsspannung des Generators GEN und vom am Potentiometer R^ eingestellten Wert.wird der Schaltzustand des Schalttransistors T5 verändert. Bei Ausgangsspannungswerten, die unter einem vorgegebenen Wert liegen, ist das Ausgangspotential des Differenzverstärkers Pl etwa gleich dem Ausgangspotential des Gleichrichters GLR. Infolgedessen ist der Steuertransistor T^ gesperrt und der Schalttransistor T5 leitend.

Wird beim Betrieb des Generators GEN nach einem Null-Durchgang die Spannung zwischen Anode und Kathode an einem Ventil THl ... 3 größer als Null, so kippt das Ausgangspotential des Schmitt-Trigger P2 der Schaltungsanordnung STSl vom Wert des Potentials an der Plusklemme B+ nach Null, also dem Wert des Potentials an der Minusklemme B-. Damit geht auch die Schaltstrecke des Steuertransistors T12 vom leitenden in den sperrenden Zustand über. Die Basis des Steuertransistors T13 ist damit allein vom Potential an dem Eingangsanschluß ESTl der Schaltungsanordnung STSl steuerbar. Weil der Schalttransistor T5 des Spannungsreglers SPRl noch leitend ist, ist der Schalttransistor T13 der Schaltungs-

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anordnung STSl ebenfalls leitend. Seine Schaltstrecke legt das kalte Ende der Zündschaltung mit dem Zündtransformator ZTR und dem Zündtransistor TIl an den Minus-Anschluß Β™· ■

Die Zündschaltung mit dem Zündtransformator TAl und dem Zündtransistor TIl ist eine.bekannte Sperrwandlerschaltung zum Erzeugen der Zündimpulse für das Ventil THl. Der Zündtransformator ZTRl ist wegen der erforderlichen hohen Flankensteilheit der Zündimpulse erforderlich. Die Anwendung des Zündtransformators ZTR ermöglicht gleichzeitig die.galvanische Entkopplung der Kathodenspannung des Ventils THl, die je nach der Generatordrehzahl sehr hohe Werte annehmen kann.

Sobald die Schaltstrecke des Schalttransistors T13 leitend und damit die Zündschaltung an B- gelegt ist, arbeitet die Zündschaltung und das Ventil THl wird gezündet.-Alle Ventile des Gleichrichters GLR werden entsprechend der Phasenfolge leitend. Die Ausgangsspannung des Generators GEN steigt an, und zwar so lange, bis der vorgegebene Soll-Wert erreicht ist. Nach Erreichen dieses Werts schaltet der Differenzverstärker Pl den Schalttransistor T5 des Spannungsreglers SPR in den nichtleitenden Zustand, dadurch wird der Schalttransistor TI3 der Schaltungsanordnung STSl wieder allein vom Steuertransistor T12 gesteuert. Die Zündschaltung mit dem Zündtransformator ZTA arbeitet nicht mehr. Nach dem nächsten Null-Durchgang der Phasenspannung von Wl wird das steuerbare Ventil THl nicht mehr gezündet. Anschließend verlöschen auch die Ventile TH2 und TH3.

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Die Verwendung eines Zündtransformators bringt den Vorteil mit sichj daß die Zündimpulse eine hohe Flankensteilheit aufweisen und daher die Belastung der Thyristoren mit einer Verlustleistung noch geringer ist. Es können daher Thyristoren kleinerer Baugröße verwendet werden. Insgesamt erfolgt die Ansteuerung der Thyristoren und die Spannungsregelung auch bei den höchsten vorkommenden Drehzahlen des Rotors des Generators präzise. Angeschlossene Lampen brennen flackerfrei.

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Claims

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1. iJ. 1980 Ghr/Me

ROBERT BOSCH GMBH₃ 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

Ij Batterieladesystem mit einem Generator, insbesondere einem Permanetmagnetgenerator, dem ein Brückengleichriehter mit steuerbaren Ventilen nachgeschaltet ist, und einer Spannungsregelanordnung, die nach Maßgabe der Generator-Ausgangsspannung zum Steuern der steuerbaren Ventile dient, dadurch kennzeichnet, daß ein üblicher Spannungsregler (SPR) und eine Steuerschaltungsanordnung (STSl + STS2 + STS3) vorgesehen ist, deren Eingang (STSl, STS2, STS3) an den Steuerausgang (ASR) des Spannungsreglers (SPR) angeschlossen ist und deren Ausgänge (Al ST, A2 ST) an die Steuerstrecken (G) der Ventile (TH) angeschlossen sind.

2. Batterieladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungsanordnung (STSl + STS2 + STS3) für jedes der Ventile (TH) je eine Schaltungsanordnung gleicher Bauart umfaßt.

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3. Batterieladesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die. Schaltungsanordnung (STS) einen über eine Ausgangswicklung CZ3) mit dem zugehörigen Ventil (TH) in Wirkungsverbindung stehenden Zündtransformator (ZTR) mit einem Zündtransistor (TU) und einen mit seiner Schaltstrecke zwischen der Schaltstrecke des Zündtransistors (TU) und dem Minus-Ausgangsanschluß (B-) des Gleichrichters (GLR) liegenden Schalttransistor (T13) umfaßt und daß der Steuereingang des Schalttransistors (T13) mit dem Steuerausgang (ASR) des Spannungsreglers (SPR) verbunden ist.

*l. Batterieladesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (STS) weiter einen Schmitt-Trigger (P2) umfaßt, dessen Steuerausgang ebenfalls an den Steuereingang des Schalttransistors (T13) angeschlossen und dessen Steuereingang mit einer zugehörigen Phasenwicklung (Wl) des Generators (GEN) verbunden ist.

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