DE3106951A1

DE3106951A1 - Batterielade- und netzgeraet fuer fahrzeuge und geraete

Info

Publication number: DE3106951A1
Application number: DE3106951A
Authority: DE
Inventors: Reinhard 4994 Pr. Oldendorf Bröcker
Original assignee: BROECKER REINHARD 4994 PREUSSISCH OLDENDORF DE
Current assignee: BROECKER REINHARD 4994 PREUSSISCH OLDENDORF DE
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1982-09-16

Description

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Reinhard Bröcker, Drosselweg 11, 4994 Pr. Oldendorf

Batterielade- und Netzgerät für Fahrzeuge und Geräte

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Batterielade- und Netzgerät für Fahrzeuge und Geräte, bestehend aus einem die Lade- und Regelelektronik aufnehmenden Gerätegehäuse mit einem an Netzwechselspannung anschließbaren Eingang und einem Gleichspannungsausgang.

Geräte der vorgenannten Art werden insbesondere zun< Laden wiederaufladbarer Batterien verwendet, die.in tragbaren oder stationären elektrischen Gerätschaften sowie in Kraftfahrzeugen angeordnet und zu deren Stromversorgung vorgesehen sind. Darüber hinaus sind derartige, konstante

Versorgungsspannungen liefernden Geräte auch als Netzteile *· '" einsetzbar, welche direkt ohne die Zwischenschaltung einer Batterie einen Verbraucher mit Gleichstrom speisen. Dies können sowohl elektrische Steuer- und Regeleinrichtungen als auch ortsfest installierte Funkanlagen sein. Der bevorzugte Einsatz der bekannten Netz- und Ladegeräte ist jedoch bei Kraftfahrzeugen zu finden.

Insbesondere bei Kurzstreckenfahrten in der kalten Jahreszeit

mit eingeschalteter Beleuchtung wird die Batterie eines

Kraftfahrzeuges stärker belastet als die Lichtmaschine an elektrischer Energie nachladen kann.

Ein längerer Stillstand des Fahrzeugs wirkt sich dabei zusätzlich negativ aus, weil die Batterie durch die einsetzende Selbstentladung weiter geschwächt wird. Andere Ursachen für eine zu schnelle Batterieentladung sind eine versehentlich während des Fahrzeugstillstandes nicht ausgeschaltete Innen- oder Außenbeleuchtung sowie über die serienmäßige Fahrzeugausstattung hinausgehende elektrische Zusatzeinrichtungen, wie Kandsprechfunkgerate, Handscheinwerfer, die über Bordladeeinrichtungen versorgt werden od.dgl. Besonders bei ständig in Einsatzbereitschaft befindlichen Kraftfahrzeugen, wie Feuerwehren, Krankenwagen, Polizeifährzeuge, Rettungsfahrzeuge, Sonderfahrzeuge, Aggregate mit Selbststarteinrichtungen o.a. kann eine geschwächte Startbatterie, die parallel noch ö:e elektrische Versorgung von Funkgeräten, Signalgebern u.'-,w. übernehmen muß, schwerwiegende Folgen nach sich ziehen.

Zur Ladung können rie Bai t pi i <?n duryobnul uric dri voi bereiteten Ladeplätzen gelacen were en. Es ist jecoch auch bekannt, die Batterien in cen Fahrzeugen ocer Geräten zu belassen und über Schraub- oder Klemmverbindungen, c'ie auch nur manuell wieder gelöst werc-en können, mit den Gleichspannungsäusgängen der an den Ladeplätzen installierten Ladeeinrichtungen der eingangs genannten Gattung zu verbinden.

In der DE-AS 1 240 976 wird zum Stand der Technik auf eine Ladestation für batteriegespeiste Triebfahrzeuge verwiesen. Hierbei sind an dem Fahrzeug Kontaktarme vorgesehen, die br>i m lior anfahren an f.: ie I.ruV·; t flt. i on r.e3bi,t — tätig mit dort an.gebi achten ort.si c.-.tpn K 1 e'ninmi einen Kontakt schließen.

Eine? solche V^rbindungsart für das Rnt-t<*r i öl ndon i ;t jt'diH'h nur br» i :n:h i "ncnij>'bundonen F.ihr .'ίίι·}"μ :\νΊ>] \ ι. it, :.·■ exakt an die Ladestationen heranfahren und für die herzustellende Klemmverbindung ohne Zeitverlust genau positioniert werden können. Entsprechend der vorgenan; en speziellen Verbindungsart ist auch das zugeordnete Batterieladegerät auf das ganz spezielle Anwendungsgebiet zugeschnitten. Ein universeller Einsatz, der sich iuf eine Vielzahl batteriegespeister Geräte und/oder Fahrzeuge erstreckt, ist mit einem derartigen Netz- und Ladegerat nicht möglich. Ein solcher Einsatz setzt außerdem voraus, daß ein und dasselbe Netz- bzw. Batterieladegerät sowohl

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in feuchten als auchYtrockenen Räumen verwendet werden kann 'und zum Betrieb von Funkanlagen ohne Batterien ferner störsicher (Funksicherheit) arbaitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe 2ugrunde, ein Batterielade- und Netzgerät der anfangs erwähnten Art· zu schaffen, das in einem großen Bereichsfeld eingesetzt werden kann und bei welchem die elektrische Verbindung und auch deren Trennung mit dem zu speisenden bzw. zu ladenden Gerät schnell und einfach realisierbar ist, ohne daß das zu versorgende Gerät bzw. das Fahrzeug exakt positioniert werden muß.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die erreichten Vorteile werden insbesondere bei Verwendung des erfindungsgemüßon CerHt.os als La legerät für din Batterie eines für Einsatz^wecke. vorgesehenen Kraftfahrzeuge erkennbar, da keine extrem hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des Fahrzeugs gestellt werdenm^^-Y/<'* .

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Beim Abstellen des Fat rzeuges am zugeordneten Standplatzes kann durch eine oinfac he polungssichere Steckverbindung cas vorzugsweise ortsiest am Stillstancsplatz installierte Lesegerät mit dem Fahrzeug-Borenetz (Batterie) zum Batterieladen selbsttrennend oder manuell, lösbar verbunden werden. Vorteilhaft wirVt pich hierbei für Fonerwehren und Rettungsfahrzeuge c'er Einsatz einer selbsti rennenden Kupplung aus, die bei Zugbeanspruchung der steckverbindung in Tätigkeit tritt und eine schnelle und saubere zerstörungs-"10 freie Trennung des Ladegerätes vom Fahrzeug beim Herausfahren desselben bewirkt.

Nach der Rückkehr vom Einsatz und dem Einparken am Standort muß lediglich die Steckverbindung mit dem Spiralkabel wieder hergestellt werden. Die Fahrzeugbatterie kann während der Stillstandszeiten des Fahrzeugs somit schonend nachgeladen werden, wobei das elektronische Ladegerät den eigentlichen Leidevorgang selbsttätig überwacht.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. ' Es zeigt;

F;\g. 1 ein Batterielade- und .Netzgerät in perspektivischer Darstellung,

Flg. 2 das Batterie- unc Netzgerät in rer Draufsicht bei abgenommene"em Oberteil,

Flg. 3 das Blockschaltbild einer Abfrage- und Regelelektronik des erfindungsgemäßen Gerätes,

FLg. 4 ein abgestelltes Kraftfahrzeug in cer Seitenansicht während eines Batterieladevorganges unter Verwendung des Netz- und Ladegerätes nach der Erfindung,

Fig. 5 cas Kx ai tf ahi zeug in öc-r l-rsuf ficht,.

Fig. 6 eine Steckerfcupplung des Batterielade- und N pt 7.CJ er ä tos.

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Das in Fig. 1 perspektivisch dargestellte Batterielade— und Netzgerät für Fahrzeuge und Geräte besteht aus einem die Lade- und Regelelektronik (Fig. 3) aufnehmenden zweiteiligen Gerätegehäuses 1, das einen an Netzwechselspannung 'anschließbaren Steckeranschluß 2 und einen Gleichspannungsausgang besitzt, der durch ein fest angeschlossenes zugfestes Verbindungskabel 3 nr-ch Art eines Spiralkabels realisiert ist. Endseitig ist das Spiralkabel vorzugsweise mit einem Klinkenstecker als Kupplungsste:Ver versehen,'-dem eine mit der zu ladenden Batterie bzw. cem zu versorgenden Gerät mit/ohne Batterie elektrisch zu verbindende anschlußdosenähnliche Kupplungsaufnahme 5, die gegebenenfalls wasserdicht ausgeführt sein kann, zugeordnet ist. Eine solche vorbeschriebene Kupplung wirkt bei Zugbeanspruchung selbsttrennenc. Die Kupplungsaufnahme 5 selbst ist lösbar am zu versorg ?nden Gerät befestigt. Gegenüber dieser, insbesondere ^rür Fcuerwshren und Rettungsfahrzeuge vorteilhafte Kupplung ist jedoch jede andere Steckerkupplung möglich. Für ei ie nicht selbsttrennende.

Kupplung könnte auch eine AnscMußart gewählt werden, bei welcher eine Steckvorrichtu ig z.B. nach DIN 14690 mit Überwurfmutter versehen ist, di3 ebenfalls leicht und schnell zu lösen ist.

Das vorgenannte, vorzugsweise ortsfest montierbare Gerategehäuse 1, dessen Oberteil la abschraubbar ist, ist schlag- und wasserfest aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, das zugleich eine Abfzhirmung gegenüber elektrischen Fremdfeldern bewirkt. Da; metallische Gerätecehäuse dient ebenfalls als Kühlkörper für cen gesamten elektriscnen und elektronischen Geräteteil innerhalb ces Gehäuses. Im Oberteil la des Gerätegehäuses 1 ist ein Sichtfenster 6 :"-z ^rie Kennt 1:^: ehmachung res 5« triebpzus-t ances Ein, Αυρ ces Gerätes sowie Sichtfenster 7 bis 9 vorgesehen, rie cer Signalisierung cer eingestellten Borenetzspannung (z.B. 12 V 5 oc'er 24 V) unc cer Meldung von Störungen cienen.

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So wird z.B. über das Sichtfenster 8 das Vorliegen einer Überspannung und über das Sichtfenster 9 das Vorhandensein einer Übertemperatur im Gerät angezeigt. Di a entsprechenden Meldungen könnten jedoch .auch ak.istisch ausgegeben V3rden. Die Signalisierung des jeweiligen Gerätezusti ides erfolgt über den Sichtfenstern 6, 8 unc 9 eingeordnete Lampen oder Leuchtdioden 10 bis 12 (Fig. 2) der Hegel- und 'Überwachungselektronik. Hingegen vird die Anzeige der jeweils ein- gestellten Bordspannung 12 V bzw. 24 V Gleichspannung über, das Sichtfenster 7 durch ein unter diesem Sichtfenster 7 erscheinendes Symbol realisiert, das oberseitig an einer c ie gewählte Spannung verkörpernden Mcdul-Progrsmmkarte 13 für 12 V oder 24 V angebracht ist. Die Umstellung des Batterielade- unc Netzgerätes von einer 12 V Borernetzspannung auf 24 V Borcnetz-■ spannung geschieht lediglich durch cen Austausch der Programmkarte 13, cie hierfür steckbar ausgebildet ist. Die Fig. 2 zeigt die Anordnung der ProgrammVarte 13 innerhalb des Gerätegehäuses 1 auf einer eingesetzten Schaltplatine 14, welche auch alle übrigen elektrischen und elektronischen Bauelemente des Gerätes trägt, cie gemäß Fig. 3 entsprechend ihrem funktioneilen Zusammenwirken durch ein Blockschaltbild dargestellt sind.

Hierbei ist mit 15 das über den Steckeranschluß 2 mit Netzwechselspannung (z.B. 220 V) beaufschlagte Netzteil zur Erzeugung einer Gleichspannung bezeichnet, dem im bekannter Weise ein Regelkreis 16 nachgeschaltet ist. Der Ausgang des die konstante Gleichspannung (Ladespannung) liefernden Regelkreises 16 ist einerseits an das mit dem Kupplungsstecker 4 (Fig. 1) verbunoene Spiralkabel 3 (Verbindungskabel) und andererseits an ein Schalt- und Steuer modul 17 der KoaeleleVtronik geiührt, cöe sowohl den Regelkreis It als auch ra.^c λ'οτ -:- teil 15 bei Vorliegen einer Störung entsprechend boein-

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flußt und zur Geräteüberwachung eingesetzt ist. Diese Überwachungseinrichtung schaltet cas Netz- unc Lacegerät z.B. bei Überschreiten einer vorbestimmten Geräteteraperatur ab unc .bei Unterschreiten wieder ein. Störungen, wie Übertemperatur, Dauerkurzschluß, Überspannungen, falsche Borospannung, werden zusätzlich optisch und/oder akustisch, wie schon erwähnt, signalisiert. Mit 18· ist in Fig. 3 die zu ladende Fahrzeugbatterie bzw. das mit der konstanten Gleichspannm^ zu versorgende Gerät bezeichnet, nie gesamte Lade- und Regelelektronik ist darüber hinaus durch den E: nsatz nichtdargestellter HF-Filtereinrichtungen o.a. so ausgebildet, daß angeschlossene bzw. in der Nähe befindliche Geräte nicht gestört werden können.

In den Fig. 4 und 5 ist der bevorzugte Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Batterielade- und Netzgeräte:', am Beispiel einer Kraftfahrzeug-Batterieladung näher uezeigt.

Mit 19 ist hierbei ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein ständig in Betriebsbereitschaft stehendes Einsatzfahrzeug, z.B. ein Krankenwagen, dargestellt, dessen nicht gezeigte Starterbatterie zusätzlich noch cie elektrische Versorgung von im Kraftfahrzeug 19 befindlichen Funkgeräten, Signalgebern usw. vornimmt. Pas an seinem Stillstancsplatz abgestellte Fahrzeug 19 ist heckseitig vorzugsweise im Dachbereich mit der Kupplungsaufnahme 5 versehen, cie mit den Polklemm :n der Starterbatterie abgesichert elektrisch verbunden ist. Dem Keck des Kraftfahrzeuges 19 gegenüber i t an einer Wand 20 des Abstellplatzes in Höhe.des Fahrzeuges das Gerätegehäuse des Batterielade- und Netzgerätes vorzugsweise ortsfest montiert, wobei das spiralförmige sich der jeweiligen Arischlußlänge selbsttätig anpslbare Verbindungen b'z ■?! 3 über den in die Kupplungsaufnehme 5 eingeführten Kupplungsstecker 4 mit dem Fahrzeug verbunden ist.

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Die Batterie des Kraftfahrzeuges 19 wire geladen. Für den gewählten Fall, soll die Kupplung selbsttätig auslösend ausgebildet sein.

Das Abstellen des Fahrzeuges für den Lacevorgang verlangt dabei wegen der hohen Flexibilität bzw. der selbsttätigen Längeneinstellung des zug fest en Verbi nöun<jr Wibel ε 3 ν eine exakte PositioniergeniuigVe.it hinsichtlich c er or tf.f cr.t installierten LorJegerates. Pie Verbindung des Spiralk ibels mit fjer 1 ei Zugbeanspruchung sich selbsttätig trennenden Kupplungseinrichtung macht auch ein Abstellen des' Fahrzeugs zur Batterieladung außerhalb des unmittelbaren Bereichs ces installierten Batterieladegerätes möglich, wobei ίelbstverständlich ein maximaler AnschlußwinVel nicht übc-rschritten werden darf (Fig. 5). Zur Unter-Stützung der sauberen Trennung des Kraftfahrzeuges 19 vom Ladegerät ist es vorteilhaft, uas mit dem Kupplungsstecker 4 direVt verbundene Anschlußende des spiralförmigen Verbindungsicabels 3 mit einer KnicV schutzf eder 21 (Fig. 6) zu versehen. Mittels dieser KnicVschutzfecer 21 wird es gewisse EncsteifigVeit des VerbindungsVabels 3 im Bereich des KupplungsstecVers 4 geben, die sich unterstützend auf den Trennvorgang auswirkt.

Per Trennvorgang erfolgt selbsttätig beim Herausfahren c'es Kraftfahrzeuges 19 aus der Parkstellung. Nach cer Rückkehr ces Fahrzeuges muß ltciglich cie Steckverbindung mit reu fpiralkabel manuell ν i et fr hergestellt were on. Zwi schonzeitlich .kann ein ant eres Fahrzeug mit r em Ladegerät in entsprechender Weise verbunren werden. Hie mit 22 bezeichnete Verbincung stellt eine An.^chl Unmöglichkeit car, bei welcher cie Kupp ungsauf nähme 5 heck .zeitig tief erliegend am Kraftfahrzeug 19 angeordnet ist.

Al - Leerseite

Claims

Dr. Loesenbeck ü £89); \ .

Dipl.-Ing. Stracke . ^rucV'^lt

Dipl.-Ing. Loesenbeck ·

Jöllenbecker Str. 164,4800 Bielefeld V

Patentansprüche

(1· featterielade- und Netzgerät für Fahrzeuge und Geräte, ^-^ bestehend aus einem die. Lade- und Regelelektronik aufnehmenden Gerätegehäuse mit einem an Netzwechselspannung anschließbaren Eingang und einem Gleichspannungsausgang, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) das vorzugsweise lagefest montierbare Gerätegehäuse (1) ist allseitig abgeschirmt und wasserdicht ausgebildet,

b) der Gleichspannungsausgang ist durch ein zugfestes, auf die jeweilige Anschlußlänge selbsttätig anpaßbares Verbindungskabel (3) mit endseitig montiertem Kupplungsstecker (4) realisiert, dem eine mit der zu ladenden Batterie bzw. dem zu versorgenden Gerät zu verbindende Kupplungsauf-B-aiime (5) zugeordnet ist.

2. Batterielade- und Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung bei Zugbeanspruchung selbsttätig trennend ausgebildet ist.

3. Batteriolüde- und Netzgerät nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß das auf die jeweilige Anschlußlänge anpaßbare Verbindungskabel (3) ein Spirflkabel ist.

4. Batterioladc- und Netzgerät nach den -Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (4,5) bei Ausbildung als selbsttrennende Einrichtung als Klinkensteckerverbindung ausgebildet ist.

5. Batterielade- und Netzgerät nach den Ansprüchen 1· un.d 3, dadurch gekennzeichnet, daß-bei nicht selbsttrennender Kupplung die Verbindung zwischen Kupplungsstecker (4) und Kupplungsaufnahme (5) durch eine überwurfmutter gesichert ist.

6. Batterielade- und Netzgerät nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Kupplungsstecker (4) direkt verbundene Anschlußende des Verbindungskabels (3) mit einer Knickschutzfeder (21) zur Unterstützung der Kupplungstrennung versehen ist.

7. Batterielade- und Netzgerät nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsaufnahme (5) spritzwasserdicht ausgebildet ist.

8. Batterielade- und Netzgerät räch den Ansprüchen 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, d?ß das die.Lade- und Regelelektronik aufnehmende Geräte gehäuse (1) aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium besteht und zugleich als Kühlkörper für die Lade- und Regelelektronik dient.

9. Batterielade- und Netzgerät nach den Ansprüchen 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerätegehäuse (1) zweiteilig ausgebildet ist und in seinem verschraubbarem Oberteil (1a) Sichtfenster (6 bis 9) für die Kenntlichmachung des Betriebszustandes Ein/Aus des Gerätes sowie zur Signalisierung der eingestellton Bordnetzspannung und der optischen Meldung von Störungen aufweist.

ΙΟ. Batterielade- und Netzgerät nach den Ansprüchen 1 bi j

9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Signalisierung des jeweiligen Gerätezustandes über den Sichtfenstern (6,"8 u. 9) zugeordnete Lampen oder Leuchtdioden (10 bis 12) der im Gerätegehäuse (1) untergebrachten Regelelektronik erfolgt.

11. Batterielade- und Nc'zgerät nach den Ansprüchen 1 bis

10, dadurch gekonnze chnet, daß die Lade- und Regelelektronik eine dieselbe im Störungsfall beeinflußbare Überwachungseinrichtung (Steuer- und Schaltmodul 17) aufweist, welche optische und/odor akustische Störmeldungen ausgibt.

12. Batterielade- und Netzgerät nach den Ansprüchen 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Borenetzspannung (12 V oder 24 V) durch stecTcbare Spannungsprogrammkarten (13) wählbar ist.

13. Batterielade- und Netzgerät nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die geräteinterne Lade- und Regelelektronik mit HF-Filtereinrichtungen oder dgl. zur Vermeidung von' Störungen in den angeschlossenen zu versorgenden Einrichtungen versehen ist.

14. Batterielade- und Netzgerät nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13, vorzugsweise in Verbindung mit einem Einsatzfahrzeug, wie Feuerwehr, Rettungswagen öder dgl. dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsaufnahme (5) für' den Kupplungsstecker (4) vorzugsweise heckseitig am Fahrzeug, vornehmlich im Dachbereich befestigt ist, und daß das Gerätegehäuse (1) mit der Lade- und Regelelektronik am Stillstandsplatz dos Kraftfahrzeuges (19) dem Fahl /,"IKjIK-Ck ci^aonii]:orliegend innerhalb eines von der maximal inogl i i-hon Ansrhlußl .Ίηΐ|<> dc:; Vd \> i nduii'jr.k.ibpl r, (3) vr irqfj"! ·> -n· ti Λΐι-.ch Lußw i iikt> I :; . 1.hjcI <·:.( iiionl i ι ·ι I i :,1 .