DE3933541A1 - Einrichtung zur symmetrierung der ladespannung eines bordnetzes - Google Patents

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Symmetrierung der Ladespannung eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug, das zwei in Serie geschaltete Batterien aufweist, die von einem Generator ver­ sorgt werden.

Kraftfahrzeug-Bordnetze, die zwei von einem Generator versorgte Batterien aufweisen, sind bereits bekannt. So ist beispielsweise aus der DE-OS 26 03 783 ein Spannungsregler für ein solches Bordnetz mit zwei in Serie geschalteten Batterien bekannt, bei dem die eine Bat­ terie zur Versorgung eines Hauptbordnetzes und die andere Batterie zur Versorgung eines weiteren Bordnetzes vorgesehen ist. Dabei wird die Spannung des Hauptbordnetzes mittels eines herkömmlichen Span­ nungsreglers, der den Erregerstrom des Generators beeinflußt, gere­ gelt. Zusätzlich wird durch die für das Hauptbordnetz wirksame Span­ nungsregelung auch die Spannung für das zusätzliche Bordnetz beein­ flußt. Beim Einsatz eines solchen Spannungsreglers können jedoch, falls Batterien verschiedenen Zustands, beispielsweise Alter, Le­ gierungsystem, Separation oder Batterien mit verschiedenen Kapazitä­ ten verwendet werden, Probleme bei der Erreichung eines guten Lade­ zustandes für beide Batterien auftreten. Dasselbe gilt im Fall un­ gleichmäßiger Belastung der Batterien.

Vorteile der Erfindung

Durch den Einsatz der Einrichtung zur Symmetrierung der Ladespannung eines Bordnetzes wird sichergestellt, daß im Rahmen des maximal mög­ lichen Stroms beliebig auf beide Batterien im Bordnetz zugegriffen werden kann, daß Batterien unterschiedlicher Kapazitäten eingebaut werden können und daß Batterien unterschiedlichen Alters und unter­ schiedlicher Bauart zusammen als Batteriesatz eingesetzt werden kön­ nen, ohne daß eine ungleichmäßige Aufladung der beiden Batterien eintritt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

Beschreibung der Erfindung

In der Figur ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Ein­ richtung zur Symmetrierung der Ladespannung eines Bordnetzes darge­ stellt sowie der Anschluß dieser Einrichtung an die Anschlußklemmen eines Generator-Bordnetzsystems. Das Generator-Bordnetzsystem 10 mit den beiden in Serie geschalteten Batterien 11 und 12, an die in be­ kannter Weise die hier nicht dargestellten Verbraucher angeschlossen werden, weist Anschlußklemmen mit den beispielsweise aus "Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch 18. Auflage, 1976, Seite 354 bis 357" bekannten Bezeichnungen 30, 88a, D+ und 31 auf. Dabei ist Klem­ me 30 direkt mit dem Pluspol der einen Batterie, Klemme 31 mit dem Minuspol der anderen Batterie und Klemme 88a mit dem Verbindungs­ punkt zwischen dem negativen Pol der einen und dem positiven Pol der anderen Batterie verbunden.

An die Klemmen 30, 88a, D+ und 31 ist ein elektrisches Zusatzgerät, nämlich ein sogenannter Symmetrieregler 13 angeschlossen, der die Symmetrierung der Ladespannung des Bordnetzes bewerkstelligt.

Der Symmetrieregler 13 umfaßt ein Relais 14, das einerseits über eine Diode 15 an D+ und andererseits direkt an Klemme 31 angeschlos­ sen ist. Parallel zum Relais 15 liegt eine Löschdiode 16. Mit dem Relais 14 können zwei Kontakte 17 und 18, die mit Klemme 88a bzw. Klemme 30 verbunden sind, mit dem Teil des Symmetriereglers, der die eigentliche Symmetrierung der Spannung bewirkt, verbunden werden. Wenn das Relais 14 angezogen hat und die Schaltkontakte 17 bzw. 18 geschlossen sind, liegt ein erster Parallelregler mit den beiden Transistoren 20 und 21 über den Widerstand 19 zwischen Klemme 30 und Klemme 88a sowie ein zweiter Parallelregler mit den Transistoren 22 und 23 zwischen Klemme 88a und Klemme 31. Dabei ist die Basis des Transistors 20 mit der Basis des Transistors 23 verbunden. Die Tran­ sistoren 20 und 21 sind vom NPN-Typ, die Transistoren 22 und 23 sind PNP-Transistoren.

Die Basis des Transistors 20 sowie des Transistors 23 ist mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 25 verbunden, dessen invertie­ render Eingang mit dem Emitter des Transistors 21 sowie mit dem Emitter des Transistors 22 verbunden ist und dessen nichtinvertie­ render Eingang über einen Spannungsteiler 26, 27 mit Klemme 31 sowie bei geschlossenem Schaltkontakt 18 mit Klemme 30 verbunden ist.

Der Operationsverstärker 25 ist mit seinen Versorgungseingängen zwi­ schen Klemme 31 und, bei geschlossenem Schaltkontakt 18 Klemme 30 geschaltet, wobei parallel zu diesen beiden Eingängen ein Kondensa­ tor 28 liegt.

Funktionsweise der Schaltung: Mit den beiden identischen Widerstän­ den 26 und 27 wird am nichtinvertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers 25 eine Referenzspannung so eingestellt, daß sie bei ge­ schlossenen Schaltkontakten 17, 18 genau den Wert der halben Summe aus den beiden Batteriespannungen der Batterien 11 und 12 beträgt. Am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 25 liegt bei ge­ schlossenem Schaltkontakt 17, also wenn ein Erregerstrom von D+ durch das Relais 14 zum negativen Pol der Batterie 12 fließt, eine Spannung, die vom Ladezustand der beiden Batterien 11 und 12 abhängt.

Je nach Ladezustand dieser Batterien ist die Eingangsspannung am in­ vertierenden Eingang größer, gleich oder kleiner als die am nichtin­ vertierenden Eingang liegende Spannung, demzufolge tritt am Ausgang des Operationsverstärkers 25 eine positive oder eine negative Span­ nung auf, bei gleichen Eingangsspannungen ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers etwa gleich 0. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 25 gelangt sowohl an die Basis des NPN-Transi­ stors 20 als auch an die Basis des PNP-Transistors 23.

Eine negative Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 25 führt zu einem Basisstrom im Transistor 20, wodurch Transistor 21 durchge­ schaltet wird und ein Ladestrom über Klemme 30, Widerstand 19, Tran­ sistor 21, Klemme 88a bei geschlossenen Schaltkontakten 17, 18 die Batterie 11 auflädt. Gleichzeitig bewirkt die negative Spannung an der Basis des PNP-Transistors 23, daß kein Baisstrom fließt, Tran­ sistor 22 bleibt im Sperrzustand, die Batterie 12 wird in diesem Fall also nur wenig aufgeladen.

Bei positiver Ausgangsspannung am Operationsverstärker 25 tritt der umgekehrte Fall ein, Transistor 21 sperrt und der Ladestrom fließt überwiegend über Transistor 22 und Widerstand 24 in die Batterie 12. Der Transistor 21 bleibt in gesperrtem Zustand, die Batterie 11 wird in diesem Fall nur wenig geladen.

Falls beide Batterien 11 und 12 einen ähnlichen Ladezustand aufwei­ sen, stimmen die Eingangsspannungen am Operationsverstärker 25 weit­ gehend überein, so daß an seinem Ausgang nur eine sehr kleine Aus­ gangsspannung, näherungsweise die Ausgangsspannung 0 auftritt, wo­ durch beide Batterien mit dem selben Ladestrom geladen werden.

Mit der Einrichtung zur Symmetrierung der Ladespannung ist also sichergestellt, daß bei ungleichmäßiger Batteriebelastung oder un­ terschiedlichem Batteriezustand die jeweils schlechter geladene Bat­ terie bevorzugt aufgeladen wird. Damit können auch Batterien mit unterschiedlicher Nennkapazität verwendet werden, ohne daß die Ge­ fahr besteht, daß eine Batterie überladen wird, während gleichzeitig der Ladezustand der anderen Batterie immer weiter abnimmt.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Verbesserung des Batterieladezustandes mit einem Generator, der zwei Batterien mit Spannung versorgt sowie mit Ver­ brauchern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladespannung für die bei­ den Batterien (11) und (12) mittels eines elektronischen Zusatzgerä­ tes (13) symmetriert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Zusatzgerät (13) aus einer Vergleichseinrichtung (25) und zwei Regeleinrichtungen (19, 20, 21; 22, 23, 24) besteht, die gemeinsam von der Vergleichseinrichtung (25) beeinflußt werden, wo­ bei die erste Regeleinrichtung (19, 20, 21) mit der einen Batterie (11) und die zweite Regeleinrichtung (22, 23, 24) mit der anderen Batterie (12) verbindbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am einen Eingang der Vergleichseinrichtung (25) eine Referenzspan­ nung anlegbar ist, die gleich der halben Gesamtspannung ist und am anderen Eingang der Vergleichseinrichtung eine Spannung anlegbar ist, die am Verbindungspunkt der beiden Batterien (11) und (12) ab­ gegriffen wird.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (25) ein Operationsver­ stärker ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und die zweite Regeleinrichtung jeweils aus einem Widerstand (19, 24) und zwei in Darlington-Schaltung ge­ schaltete Transistoren (20, 21) bzw. (22, 23) umfaßt, wobei die eine Darlington-Schaltung NPN-Transistoren und die andere Darling­ ton-Schaltung PNP-Transistoren enthält.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Re­ ferenzspannung am Verbindungspunkt zweier identischer Widerstände (26) und (27) abgegriffen wird, wobei der Spannungsteiler (26, 27) zwischen dem Pluspol der einen Batterie (11) und dem Minuspol der anderen Batterie (12) geschaltet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem elektrischen Zusatzgerät (13) und den Batterien (11, 12) über zwei von einem Relais (14) schließbare Kontakte (17, 18) erfolgt.