DE3889669T2 - Zwei-niveau-ausgangsschaltkreis. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zwei-Niveau-Ausgangsschaltung, wie sie beispielsweise bei der Batterieladeregelung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Eine solche Anordnung wird in der DE-A 30 41 200 aufgezeigt, dabei regelt ein Regler den Ladestrom, der der Batterie zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie, wobei berücksichtigt wird ob sie voll geladen ist. Dabei besteht die Gefahr, daß Gasung auftritt, wenn ein hoher Ladestrom der Batterie zugeführt wird und diese bereits voll geladen ist.
• Aus der EP-A2 021 243 ist ein Regelsystem für einen von einer Maschine angetriebenen Wechselstromgenerator bekannt, das eine Schaltung umfaßt, die ein Signal mit einem hohen oder niedrigen Niveau liefert. Die Niveaus werden eingestellt unter Verwendung von Widerständen mit festen Widerstandswerten. Abhängig vom Signal wird der Erregerstrom des Generators geregelt, so daß eine optimale Ladung der Batterie sichergestellt wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird in Anspruch 1 definiert.
• Ein Vorteil der Schaltung nach Anspruch 1 besteht darin, daß sie letztendlich für verschiedene spezielle Anwendungen justiert werden kann. Beispielsweise weisen auch Batterien desselben Typs verschiedene Ladecharakteristiken auf. Auch die Charakteristiken einer speziellen Batterie verändert sich mit dem Alter und es ist vorteilhaft, wenn die hohen und niederen Laderaten unabhängig voneinander justiert werden können, wobei die hohen Laderaten zu einer schlecht und die niederen Laderaten zu einer vollgeladenen Batterie gehören.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die variablen Widerstände R1 und R2 zueinander parallel geschaltet und die Schaltmittel umfassen erste Schaltmittel T1 in Serie mit dem ersten variablen Widerstand und zweite Schaltmittel T2 in Serie mit dem zweiten variablen Widerstand. Dies hat den Vorteil, daß die Einstellung der Ausgangsniveaus völlig unabhängig voneinander erfolgen kann.
• Die Schaltmittel sind vorteilhafterweise ein oder mehrere Transistoren. Dies hat den Vorteil, daß eine Anordnung möglich ist, die graduell oder augenblicklich umgeschaltet werden kann.
• Die Schaltung kann ihr Eingangssignal von Mitteln erhalten, abhängig vom Ladezustand der Batterie in der Art eines Wasserstoff- und Sauerstoffrekombinators, wobei ein Aufnehmer vorhanden ist, der die entstehende Temperatur mißt. Der Ausgang des Aufnehmers kann mit dem Eingang der Schaltung verbunden sein über einen Integrator, womit eine graduelle Umschaltung der Schaltmittel erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß abrupte Spannungsschwankungen reduziert werden, die bei der Ladung einer Fahrzeugbatterie ungewolltes Flackern der Fahrzeugbeleuchtung verursachen können. In einer weiteren Anordnung erhält die Schaltung ihr Eingangssignal von einer Anordnung, die den Gasdruck in der Batterie registriert.
• In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Batterieladesystem vorgeschlagen, das einen Spannungsregler umfaßt, der Mittel aufweist zur Erzeugung eines Eingangssignales S welches wenigstens zwei bestimmte Niveaus aufweist und gekennzeichnet ist durch Mittel, die ein Ausgangssignal W erzeugen, das sich relativ schnell ändert, wenn die Batterieladung ein vorgegebenes Niveau erreicht. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, die dieses Signal erhalten und daraus ein relativ graduelles Änderungssignal X erzeugen, das verwendet wird um die bestimmten Niveaus zu erzeugen.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sollen nun beispielhaft beschrieben werden mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei gilt:
• Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung eines ersten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung wie es beispielsweise als Eingangsstufe bei einem Spannungsregler vorhanden ist. Figur 2 zeigt eine ähnliche Schaltungsanordnung eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung, Figur 3 zeigt eine Spannungsreglerschaltung, die die Schaltungen nach Figur 1 und 2 umfaßt, ein solcher Spannungsregler regelt beispielsweise die Spannung, die von einem Generator an eine Fahrzeugbatterie geliefert wird. Figur 4 zeigt eine Schaltung um ein Eingangssignal W an die Schaltungen nach Figur 1 und 2 zu legen.
• Die Figur 1 der Zeichnung umfaßt einen Schaltkreis 10, der als Eingangsstufe für einen Regler 11 dient. Die Schaltung erhält variable Eingangssignale X, die später im Zusammenhang mit Figur 4 näher erläutert werden. Die Eingangssignale X werden an die Basis eines Transistors T gelegt. Der Emitter des Transistors T ist über einen ersten variablen Widerstand R1 mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors T ist mit dem Eingangsreg1er 11 verbunden. Zwischen dem Eingang des Reglers 11 und Masse liegt ein zweiter variabler Widerstand R2. Die Schaltung 10 liefert ein Ausgangssignal S an den Regler 11.
• Im Betrieb, wenn X auf hohem Potential ist, ist der Transistor T eingeschaltet und beide Widerstände R1 und R2 liegen im Schaltkreis. Wenn X auf niedrigem Potential ist, ist der Transistor T ausgeschaltet und nur der Widerstand R2 liegt im Schaltkreis. Die zwei Werte der Widerstände der Schaltung entsprechen den zwei Niveaus der erhaltenen Ausgangsspannung.
• Ein Vorteil der oben beschriebenen Anordnung besteht darin, daß die Widerständer R1 und R2 verändert werden können um unabhängige Ausgangsspannungsniveaus S1, S2 zu erzeugen. Mit einem vorher festgelegten Wert des Widerstandes R2 kann die Höhe der Regelspannung S1 durch Veränderung des Widerstandes R1 eingestellt werden. Die Höhe der Regelspannung S2 kann einfach eingestellt werden, indem der Widerstand R2 verändert wird.
• Ein Nachteil der zuvor beschriebenen Schaltung besteht darin, daß die Einstellung des Widerstandes R2 auch S1 beeinflußt, so daß R1 nach jeder Einstellung von R2 nachjustiert werden muß. Dieser Nachteil wird mit Hilfe der Schaltungsanordnung nach Figur 2 vermieden.
• In der Schaltung nach Figur 2 dient der Schaltkreis 20 als Eingangsstufe für einen Regler 21. Das Eingangssignal X wird der Basis eines Transistors T1 zugeführt, der über einen variablen Widerstand R1 mit Masse verbunden ist. In dieser Anordnung ist ein variabler Widerstand R2 zwischen den Eingang des Reglers 21 in Serie mit einer Diode D und einen weiteren Transistor T2 geschaltet.
• Damit wird bei hohem X der Widerstand des Schaltkreises festgelegt durch T1 und R1. Um einen definierten Widerstandswert (der eine Funktion der Widerstände von R1 und T1 ist) zu erhalten, ist T1 als Emitter-Folger geschaltet, so daß die kombinierten Widerstände im wesentlichen unabhängig von den Transistorcharakteristiken sind. Um zu vermeiden, daß T1 rückwärts betrieben wird, muß der Maximalwert von X kleiner sein als die Spannung S, die im Betrieb praktisch konstant gehalten wird durch eine Klammerschaltung, die eine Zenerdiode Z und den Basis-Emitter-Pfad des Transistors im Regler 21 umfaßt.
• Wenn X niedriger ist, wird der Widerstand des Schaltkreises durch T2 und R2 festgelegt und T2 wird ebenfalls als Emitter-Folger betrieben. Die Diode D stellt sicher, daß der Transistor T2 sperrt, wenn X hoch ist; die Diode kann ersetzt werden durch ein Paar von Dioden oder eine Zenerdiode, falls dies erforderlich ist.
• Der Schaltkreis 20 hat dieselben Vorteile wie der Schaltkreis 10. Zusätzlich können die beiden Ausgangsniveaus S1, S2 völlig unabhängig voneinander eingestellt werden durch Veränderung von R1 oder R2. Die Einstellung eines der Widerstände erfordert keine Nachjustierung des anderen Widerstandes.
• Die oben beschriebenen Schaltungsanordnungen sind besonders vorteilhaft, wenn sie in Verbindung mit Schaltungen eingesetzt werden, mit denen der Ladeprozeß einer Batterie geregelt wird. Ein solcher Prozeß soll nun anhand der Figur 3 beschrieben werden, die eine Kombination eines Reglers 31, eines Dreiphasengenerators 32 und einer Fahrzeugbatterie 33 zeigt. Bis zum Erreichen des Voll-Ladezustandes kann die Batterie mit einer relativ hohen Spannung geladen werden.
• Nachdem der Voll-Ladezustand erreicht wurde, muß die Ladespannung um einen bestimmten Betrag verringert werden, das Erreichen dieses Zustandes wird angezeigt durch eine Änderung des Wertes von X. X kann mit Hilfe jeder gängigen Anordnung, die den Ladezustand der Batterier erkennt, ermittelt werden. Eine Möglichkeit ist beispielsweise ein Rekombinator, wobei eine besonders vorteilhafte Anordnung, die einen Rekombinator verwendet, in Figur 4 dargestellt ist und nun beschrieben wird.
• Ein Rekombinator 40 ist eine Einrichtung, die den Wasserstoff und den Sauerstoff, die am Ende der Batterieladung erzeugt werden, zu Wasser rekombiniert. Dies erzeugt eine relativ plötzlich eintretende Wärmereaktion, die mit Hilfe eines thermoelektrischen Aufnehmers erkannt werden kann, beispielsweise mit einem Thermoelement, das ein rechteckförmiges Signal gemäß dem Verlauf von W erzeugt. Der Punkt A der in Figur 4 dargestellten Kurve entspricht dem Einsetzen der Gasproduktion. Damit zeigt das hohe Niveau des Ausgangssignales W das Erreichen des vollen Ladezustandes der Batterie an. Falls gewünscht, kann das Ausgangssignal W direkt, möglicherweise mit Hilfe nur eines Polaritätswechsels den Schaltkreisen 10 oder 20 zugeführt werden. Jedoch wird bei der Anordnung nach Figur 4 das Signal W zunächst an einen herkömmlichen Integrator 41 angelegt, welcher den rechteckförmigen Sprung in einen sich langsam ändernden Verlauf X wandelt. Somit ist der Wechsel zwischen den Ausgangsniveaus der Schaltungen 10 und 20 ebenfalls graduell. Dies hat den Vorteil, daß ein spannungsabhängiges Flackern der Beleuchtung eines Fahrzeuges vermieden wird. Es ist allerdings zu berücksichtigen, daß eine Verzögerung des Erreichens des zweiten Ausgangsniveaus auftritt.
• Wenn nach einer Zeitspanne die Gasung endet (Punkt B der Kurve nach Figur 4) wird das Signal W und damit das Signal X wieder umgeschaltet und die Batterieladung auf höherem Niveau beginnt von Neuem.
• Verschiedene Modifikationen können bei den zuvor beschriebenen Einrichtungen eingesetzt werden. Beispielsweie können die Transistoren T1, T2 ersetzt werden durch beliebige elektronische, elektrische oder mechanische Schalter.
• Auch der Rekombinator und das Thermoelement sind nicht zwingend, beispielsweise können Mittel, die empfindlich sind gegenüber dem Druck des Gases in der Batterie eingesetzt werden, diese Mittel erkennen den Beginn der Gasung durch einen entsprechenden Druckanstieg. Die DE-A-23 10 403 offenbart verschiedene Anordnungen, beispielsweise einen Stempel, eine flexible Membran oder einen aufblasbaren Ballon. Andere mögliche Anordnungen zur Erkennung des Beginns einer wesentlichen Gasproduktion oder jede Anordnung zur Erkennung des Ladezustandes einer Batterie kann eingesetzt werden. Wie zuvor bereits erwähnt wurde, kann die Wirkungsweise der Schaltmittel abrupt sein, aber vorzugsweise ist sie graduell um Spannungsfluktuationen und Lampenflackern zu vermeiden. Die Diode D kann falls gewünscht entfallen.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung (10, 20) mit einem Eingang und einem Ausgang, der ein Ausgangssignal (S) liefern kann, das wenigstens zwei Ausgangsniveaus (S1, S2) aufweist, abhängig vom Niveau eines Signales (X), das an den Eingang gelegt wird, wobei die Schaltung (10, 20) wenigstens zwei Widerstände (R1, R2) umfaßt, mit denen die Niveaus eingestellt werden und Schaltmitteln (T; T1, T2), die damit verbunden sind und das Ausgangssignal (S) liefern in Abhängigkeit vom Eingangssignal (X), dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R1, R2) unabhängig veränderlich sind, wobei die Ausgangsniveaus (S1, S2) auf unabhängig variable Niveaus (S1, S2) eingestellt werden können, indem der Wert oder die Werte der Widerstände (R1, R2) verändert werden und daß das Eingangssignal (X) erhalten wird, indem ein Signal (W), das sich relativ abrupt verändert, in einer Integratorschaltung (41) so aufbereitet wird, daß eine allmähliche Umschaltung der Schalter (T; T1, T2) erfolgt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbaren Widerstände (R1, R2) parallel geschaltet sind und daß die Schaltmittel (T) in Serie mit nur einem von diesen Widerständen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbaren Widerstände (R1, R2) parallel geschaltet sind und daß die Schaltmittel ein erstes Schaltmittel (T1) in Serie mit dem ersten Widerstand und ein zweites Schaltmittel (T2) in Serie mit dem zweiten Widerstand aufweisen.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen oder mehrere Transistoren (T; T1, T2) umfassen, an deren Basiselektrode(n) das Eingangssignal (X) angelegt wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Batterieladeeinrichtung enthalten ist um eine Ladespannung zu erzeugen, daß die Batterieladeeinrichtung Mittel umfaßt, die ladungsabhängig sind und das Signal (W) erzeugen, das sich relativ abrupt ändert, wenn die Batterieladung ein vorgegebens Niveau erreicht und daß das Signal (S) auf einen Spannungsregler (31) geführt wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ladungsabhängigen Mittel einen Rekonbinator (40) umfassen für die Wasserstoff und Sauerstoffgase, die von der Batterie erzeugt werden und einen Sensor, der das Signal (W) abgibt, das abhängig ist von der Temperatur, die durch die Rekombinationsreaktion verursacht wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ladungsabhängigen Mittel eine Einrichtung umfassen, die den Gasdruck innerhalb der Batterie registriert.

8. Schaltungansordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorschaltung (41), die ein graduelles Umschalten der Schaltmittel (T; T1, T2) sicherstellt zwischen den ladungsabhängigen Mitteln (40) und dem Eingang die Schaltungsanordnung (10, 20) liegt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung einer Batterie (33) mittels eines Dreihphasengenerators (32) geregelt wird, wobei der Ausgang (S) der Schaltungsanordnung (10, 20) mit dem Eingang eines Spannungsreglers (31) des Generators verbunden ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (X) die Schaltungsanordnungen (10, 20) veranlaßt, eines der bestimmten Niveaus (S1, S2) festzulegen.