DE3236607C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur zeitraffenden Auf­ ladung einer Batterie eines Fahrzeugbordnetzes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine Schaltungsanordnung zur Aufladung einer Pufferbatterie eines Fahrzeugbordnetzes, dessen Verbraucher an die Pufferbatterie an­ schließbar sind, ist bereits aus der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde liegenden US-PS 42 81 279 bekannt. Bei dieser Anordnung wird ein permanentmagnet-Drehstromgenerator mit nach­ geschalteter Diodenbrücke vom Fahrzeug angetrieben und liefert eine von der Drehzahl abhängige Ausgangsspannung. Diese wird in einem im­ pulsgesteuerten Gleichspannungs-Chopper-Regler auf einen konstanten Wert geregelt und zur Ladung einer Batterie bzw. zur Versorgung von Verbrauchern verwendet.

Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Ladung der Batterie nicht mit Hilfe von Spannungspulsen höherer Amplitude erfolgen kann, da sonst die Gefahr besteht, daß die an die Batterie angeschlossenen Verbraucher beschädigt oder zerstört werden.

Ein Spannungsversorgungssystem für Kraftfahrzeuge, bei dem eine Haupt- und eine Hilfsbatterie vorgesehen sind, ist aus der US-PS 34 63 995 bekannt. Dabei wird die Hauptbatterie zur Versorgung der Verbraucher des Bordnetzes verwendet, die Hilfsbatterie ist zur Versorgung des Starters vorgesehen. Da die beiden Batterien unter­ schiedliche Aufgaben haben, kann ihr Aufbau an die jeweiligen Erfor­ dernisse angepaßt werden. Da bei der bekannten Schaltungsanordnung beide Batterien mit derselben Ladespannung geladen werden müssen, ist es nicht möglich, wenigstens eine der Batterien mit Spannungsimpulsen höherer Amplitude zu laden, daher kann der Ladezustand der beiden Batterien unter ungünstigen Umständen unerlaubt stark absinken.

Eine zentrale Speisevorrichtung für elektrische Verbraucher, die hauptsächlich bei gewerblichen oder Reisefahrzeugen angewandt wird, ist aus der DE-OS 28 31 588 bekannt. Dabei ist eine Haupt- und eine Hilfsbatterie vorgesehen, die fallweise von einem von einem Verbren­ nungsmotor angetriebenen Wechselstromgenerator-Gleichrichteraggregat oder aus einem externen Stromnetz über ein Transformator-Gleichrich­ teraggregat gespeist werden. Die Versorgung der Verbraucher übernimmt je nach Betriebszustand, besonders unter Berücksichtigung der mögli­ cherweise auftretenden Generatordrehzahlen eine der beiden Batterien, das Wechselstromgenerator-Gleichrichteraggregat selbst oder die exter­ ne Stromversorgung über das Transformator-Gleichrichteraggregat.

Bei dieser bekannten Speisevorrichtung wird ein Absinken des Ladezu­ stands unter die erlaubten Werte durch zusätzliche Aufladung aus einem externen Stromnetz verhindert. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nach­ teil, daß eben jenes ekterne Stromnetz benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zeitraffereffekt beim Nachladen der Batterie während des Fahrbetriebes, insbesondere nach vorausgegangener, beispielsweise während eines Ampelhaltes verur­ sachter Entladung zu erzielen. Gleichzeitig soll die Ladebilanz auch bei Motoren mit abgesenkter Leerlaufdrehzahl sichergestellt werden, wobei besonders bei Start-Stop-Betrieb, Schwungnutzbetrieb usw., d. h. in denjenigen Betriebsfällen, in denen der Motor längere Zeit abge­ stellt wird und daher der Generator nicht angetrieben wird, sicherge­ stellt werden muß daß eine ausreichende Ladung vorliegt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß die im Patentanspruch 1 angegebene Anordnung vorgesehen.

Im einzelnen wird der Generator mit maximaler, jedoch konstanter Erre­ gung, die elektromagnetisch oder mittels eines Permanentfeldes erzeugt wird, betrieben. Da der Generator in einem Personenkraftwagen einge­ setzt wird und von einer Brennkraftmaschine mit wechselnden Drehzahlen angetrieben wird, ist auch die Generatorausgangsspannung, die zur Ver­ sorgung des Fahrzeugbordnetzes verwendet wird, unterschiedlich hoch da die Ausgangsspannung eines solchen Generators üblicherweise wenig­ stens annahernd proportional der Generatorantriebsdrehzahl ist.

Erfindungsgemäß wird mit Hilfe eines elektrischen oder elektronischen Tiefsetzstellers, der auf der Drehstrom- oder Gleichstromseite des Generators angeordnet sein kann, die Bordnetzspannung auf einem be­ stimmten Wert von z. B. 14 Volt konstant gehalten. Das Bordnetz besteht dabei aus Verbrauchern, die wahlweise oder dauernd zur vom Tiefsetz­ steller versorgten Batterie parallel geschaltet sind.

Über einen zweiten Ausgang des Tiefsetzstellers wird die vom Generator gelieferte, hohe Ausgangsspannung in einem vorgegebenen, vorzugsweise wählbaren Takt einer zweiten, im folgenden Speicherbatterie genannten Batterie zugeführt, so daß diese Batterie mit Spannungsimpulsen hoher Amplitude versorgt wird. Dabei kann ein von einer Phase des Generators abgeleitetes Signal anzeigen, ob der Generator steht oder beispiels­ weise bei Motorleerlauf mit niedriger Drehzahl angetrieben wird.

In diesem Ruhezustand kann der Batterieentladestrom gemessen werden, dabei ist es möglich, bei hohem Entladestrom das Taktverhältnis des Tiefsetzstellers so zu verändern, daß ein im zeitlichen Mittelwert hoher Batterieladestrom erreicht wird.

Als Korrekturgröße zur Veränderung des Taktverhältnisses kann ein Zeitglied (bei länger dauernder Fahrt bis zum nächsten Stillstand) oder die Erfassung des Batterielade­ zustandes der Speicherbatterie verwendet werden. Während des Generatorstillstandes ist die Speicherbatterie über elektromechanische oder elektronische Mittel zur Puffer­ batterie parallel geschaltet und versorgt das Bordnetz z. B. beim Start oder die Verbraucher des Bordnetzes bei Motorleerlauf.

Vorteile der Erfindung

Durch Pulsladung mit hoher Amplitude ist bei der Batterie­ ladung, insbesondere bei tiefen Temperaturen, eine Zeit­ raffung erreichbar. Die Platten der Batterie erwärmen sich infolge der hohen Stromamplitude, was gleichzeitig bewirkt, daß innerhalb der Batterie durch natürliche Konvektion eine bessere Vermischung der Säure der Batterie erfolgt. Die Pulsbreite kann so gewählt werden, daß keine örtliche Überhitzung entsteht, die zu einer Blasenbildung führen könnte. Bei sehr niedrigen Motorleerlaufdrehzahlen oder beim Start-Stop-Betrieb wird (z. B. beim Ampelhalt) das Bordnetz nur teilweise vom Generator versorgt, teil­ weise wird dabei die Batterie entladen. Bei z. B. 40% Ampelhalt bei Stadtfahrt ist bei gegebener, kon­ stanter Ladespannung die Batterie während der restlichen Fahrtzeit (60%) nicht in der Lage, den Ladeverlust wie­ der aufzunehmen, selbst wenn vom Generator ein entspre­ chendes Stromangebot zur Verfügung steht.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, durch Pulsladung mit hoher Amplitude den Ladeverlust während der Restfahrzeit wieder auszugleichen. Durch freilau­ fende Spannung am Generator wird zusätzlich der Generator­ wirkungsgrad und die Generatorleistung erhöht.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher beschrieben, das in der Zeichnung in seinem Schaltbild wiedergegeben ist.

Die dargestellte Bordnetzanlage umfaßt einen Generator 1, eine Batterie 2, mehrere bei 3 angedeutete, beim Betrieb des im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeu­ ges parallel zur Batterie anschließbare Verbrau­ cher 3 sowie einen Tiefsetzsteller 4 und eine Speicher­ batterie 5.

Der Generator 1 wird von der Brennkraftmaschine 6 des im übrigen nichtdargestellten Fahrzeuges angetrieben und ist ständig voll erregt, sei es durch einen festen, aus der Batterie 2 entnommenen Erregerstrom oder durch ein Permanent-Magnetfeld, das von in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Permanentmagneten im Generator erzeugt wird.

Der Tiefsetzsteller 4 hat die Aufgabe eine konstante Bord­ netzspannung von z. B. 14 V sicherzustellen. Der Tiefsetz­ steller 4 hat einen zweiten Ausgang, an welchen die Speicherbatterie 5 angeschlossen ist. Diese erhält in einer vorgegebenen und/oder in Abhängigkeit von ihrem Ladezustand geregelten Taktfolge Ladestromstöße mit wesentlich über 14 V liegender Ladespannung und kann demzufolge rasch wieder aufgeladen werden, wenn sie bei stillstehendem Motor 6 oder bei längerem Betrieb im Leerlauf Ladung an die Batterie 2 hat abgeben müssen, um den Strombedarf des Bordnetzes zu befrie­ digen. Die Speicherbatterie 5 kann über einen beispiels­ weise drehzahlabhängigen oder von der Spannung des Gene­ rators 1 abhängigen Schalter 7 auf die Batterie 2 bei stillstehendem oder im Leerlauf angetriebenem Genera­ tor geschaltet werden.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur zeitraffenden Aufladung einer Batterie eines Fahrzeugbordnetzes, das einen Gleichstrom liefernden, vom Fahr­ zeugmotor amgetriebenen Generator enthält, dessen Aus­ gangsspannung mit der Antriebsdrehzahl steigt, mit einem zwischen dem Generator und der Batterie angeordneten Tiefsetzsteller, der in einem vorgegebenen, vorzugsweise wählbaren Takt die Batterie für pulsartige Aufladung mit dem Generator verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich zu der Batterie (2) des Bordnetzes noch eine Speicherbatterie (5) vorgesehen ist, die an einem zweiten Ausgang des Tiefsetzstellers (4) angeschlossen ist, der die Speicherbatterie (5) mit Spannungsim­ pulsen hoher Amplitude versorgt, wobei die Speicherbatterie (5) weiterhin über einen drehzahl- oder spannungsabhängigen Schalter (7) an die Batterie (2) anschließbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (7) nur dann geschlossen wird, wenn die Antriebsdrehzahl gleich Null ist oder der Leerlaufdrehzahl entspricht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer solchen Antriebsdrehzahl der Batterieentladestrom gemessen wird und bei hohem Batterieentladestrom das Takt­ verhältnis so geändert wird, daß ein im zeitlichen Mittelwert hoher Batterieladestrom erreicht wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Taktverhältnisses mit Hilfe eines Zeitgliedes er­ folgt.