DE4239500A1 - Sekundäre Stromversorgungsvorrichtung für audio- oder andere nachrichtentechnische Anlagen in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine sekundäre Stromversorgungsvorrich­ tung für audio- oder andere nachrichtentechnische Anlagen in Kraftfahrzeugen, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist.

Die in Kraftfahrzeugen verwendeten Säure-Blei-Akkumulatoren oder -Batterien sind als Energielieferanten für die Energiever­ sorgung von Anlagen, die kurzfristig sehr hohe Spitzenströme benötigen, wie z. B. Hifi-Audioanlagen, aufgrund ihrer Elektro­ lytträgheit nur bedingt verwendbar. Außerdem ist der direkte Anschluß einer derartigen Hifi-Audioanlage an die Kraftfahr­ zeugbatterie aus entstörtechnischen Gründen meistens nicht möglich.

Insbesondere bei hochwertigen Kraftfahrzeug-Hifi-Audioanlagen werden daher die einzelnen mit Strom zu versorgenden Geräte der Audioanlage im Kraftfahrzeug an einen zentralen Pluspunkt und an einen zentralen Massepunkt angeschlossen, wobei zwischen diesen beiden Anschlußpunkten ein Pufferkondensator geschaltet ist, der bei Lastspitzen als Hilfsstromquelle dient.

Der zentrale Pluspunkt ist dabei über einen vom Zündschloß beaufschlagten Schalter, ein Entstörfilter und eine Audio- Hauptsicherung an den Pluspol der Kraftfahrzeugbatterie ange­ schlossen. Für den zentralen Massepunkt ist ein geeigneter Punkt am Motorblock oder an der Karosserie auszuwählen, da der direkte Anschluß am Minuspol der Batterie aus störtechnischen Gründen häufig nachteilig ist. Die Auswahl des zentralen Masse­ punktes erfolgt dabei durch Testen der Anlage oder durch ent­ sprechende Strom- oder Widerstandsmessungen bei laufendem Fahr­ zeugmotor und eingeschalteten Verbrauchern.

Je nach Einbauort der einzelnen Geräte der Anlage, also der Verstärker, Aktivweichen und Lautsprecher sowie der ermittel­ ten Lage des zentralen Massepunktes, kann es zu unerwünscht langen Kabelwegen kommen, die infolge ihres Widerstandes bei den hohen Wiedergabelautstärken insbesondere im Tieftonbereich erforderlichen großen Strömen zu Spannungsabfällen führen, welche ein vorzeitiges Verzerren oder "Clippen" der Verstärker bewirken.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere gattungsgemäße sekundäre Stromversorgungsvorrichtung bereit­ zustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß werden also die als zentraler Plus- bzw. als zentraler Massepunkt dienenden Anschlußklemmenanordnungen in unmittelbarer räumlicher Nähe der Kondansatoranordnung ange­ ordnet und auch der zweite Kondensatoranschluß unmittelbar mit der Kraftfahrzeugbatterie und zusätzlich mit der Karosserie verbunden, wodurch die Kondensatoranordnung zusammen mit den Anschlußklemmenanordnungen an beliebiger Stelle im Kraftfahr­ zeug angeordnet werden kann, ohne daß es zu störtechnischen Problemen kommt. Damit lassen sich die zentralen Punkte für den Stromversorgungsanschluß der Audioanlage in der Nähe der hohe Ströme benötigenden Verbraucher, also in der Nähe der Verstär­ ker und Lautsprecher anordnen, wodurch in vorteilhafter Weise kurze Kabellängen ermöglicht werden.

Besonders vorteilhaft ist es bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, daß negative Parameter aus Installation und Ver­ kabelung ausgeglichen werden. Insbesondere lassen sich große Kabellängen und unzureichende Kabelquerschnitte sowie die In­ duktivität zwischen Batterie und Kondensatoranordnung kompen­ sieren.

Erste praktische Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüche 2 bis 4 erläutert. Hierdurch lassen sich insbesondere Strom- und Spannungsverluste durch Kabel- und Übergangswider­ stände an den Kontaktstellen weitgehend vermeiden.

Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht also darin, daß die beiden zentralen Anschlußpunkte - zentraler Plus- und zentraler Massepunkt - mit der Kondensatoranordnung so zusammengefaßt sind, daß die durch die große Kapazität der Kondensatoranordnung zum Stromreservoir erweiterten Bezugspunk­ te in unmittelbarer räumlicher Nähe der Hauptverbraucher, also der Verstärker, Lautsprecher u. dgl., angeordnet werden können, ohne daß es hierdurch zu störtechnischen Problemen kommt.

Eine integrierte Zusatzkapazität in der in Anspruch 5 angege­ benen Größenordnung stellt eine Zusatzbatterie dar, die durch ihren sehr kleinen dynamischen Innenwiderstand eine schnelle Stromübertragung zum Verstärker einer Audioanlage sicherstellt.

Um einen Aufladeschutz der Kondensatoranordnung und einen Ent­ ladeschutz der Kraftfahrzeugbatterie zu gewährleisten, ist die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 gedacht.

Aus sicherheitstechnischen Gründen ist die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 7 zweckmäßig, um den Entladestrom des Kondensators auf einen unkritischen Wert zu begrenzen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein von der zu versorgenden Anlage erzeugtes Steuersignal zum Schalten der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung verwendet wird, wie dies im Anspruch 8 beschrieben ist.

Um eine Rückkoppelung der Verbraucher der Anlage untereinander über die entsprechenden Steuersignalleitungen zu vermeiden, sind die Ausgestaltungen der Erfindung nach Anspruch 9 und 10 vorgesehen, wodurch störende positive und negative Strom­ schleifen vermieden und sonst auftretende Verkoppelungen durch entsprechende Entkopplungs- und Befilterungsmaßnahmen elimi­ niert werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Verbrauchers, der über eine erfindungsgemäße Stromversorgungs­ vorrichtung mit einer Batterie verbunden ist;

Fig. 2 eine stark schematisierte Darstellung einer er­ findungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung mit einer Vielzahl daran angeschlossener Verbraucher;

Fig. 3 einen Steuersignalverteiler für die Vorrichtung nach Fig. 2.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander ent­ sprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt den Anschluß eines Verbrauchers 10 über eine sekundäre Stromversorgungsvorrichtung 11 an eine Fahrzeugbat­ terie 12, die ein üblicher Säure-Blei-Akkumulator sein kann. Die Fahrzeugbatterie 12 besitzt dabei beispielsweise eine Ka­ pazität 13 von etwa 3.600 F und einen Innenwiderstand 14, des­ sen Widerstandswert größer als 100 m Ω ist.

Der Pluspol 15 der Fahrzeugbatterie 12 ist über eine erste Leitungsstrecke 16, die als elektrisches Kabel mit einem Quer­ schnitt von 16 bis 25 mm² ausgebildet ist, mit einer positi­ ven Eingangsklemme 17 der sekundären Stromversorgungsvorrich­ tung verbunden. Der Minuspol 18 der Fahrzeugbatterie 12 ist über eine zweite Leitungsstrecke 19, die als entsprechendes elektrisches Kabel ausgelegt ist, an die negative Eingangs­ klemme 20 der Stromversorgungsvorrichtung 11 angeschlossen.

Zwischen den Eingangsklemmen 17, 20, die mit entsprechenden Ausgangsklemmen 21, 22 verbunden sind, ist eine Kondensator­ anordnung 23 geschaltet, deren Kapazität im Bereich zwischen 0,6 und 1,2 Farad und insbesondere bei 0,9 F liegt, während ihr Innenwiderstand 23′ kleiner als 1 m Ω ist.

Die sekundäre Stromversorgungsvorrichtung mit der Kondensator­ anordnung 23 bildet aufgrund der relativ großen Kapazität und des kleinen Innenwiderstands der Kondensatoranordnung 23 einen schnellen Stromzwischenspeicher, der einen oder mehrere ange­ schlossene Verbraucher 10 mit den angeforderten Strömen in der gewünschten Höhe und Schnelligkeit versorgen kann.

Sind als Verbraucher Lautsprecherverstärker vorgesehen, so be­ nötigen diese bei impulsreicher Tiefbaßwiedergabe hohe Ströme in schneller Folge.

Die Stromversorgungsvorrichtung 11, deren Ausgangsklemmen 21, 22 beim Anschluß mehrerer Verbraucher den zentralen Plus­ bzw. den zentralen Massepunkt bilden, läßt sich in unmittel­ barer räumlicher Nähe des Verstärkers 10 anordnen, wodurch eine verlustfreie, sehr schnelle Stromzufuhr bei gleichzeiti­ ger Glättung der Restwelligkeit erreicht wird.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß durch Verwendung der sekundären Stromversorgungsvorrichtung, die über entsprechende elektrische Kabel 16, 19 mit der Fahrzeugbatterie 12 verbunden sind, nicht nur die relativ langsame Stromversorgung infolge der Elektrolytträgheit der Batterie ausgeglichen werden kann, sondern daß gleichzeitig Leitungsstörungen vermieden oder zumindest herausgefiltert werden können. Hierzu ist der posi­ tiven Ausgangsklemme 21 eine Filter- und Steuerelektronik 25 zugeordnet.

Um zu verhindern, daß beim Anschluß der entladenen Konden­ satoranordnung 23 an die Fahrzeugbatterie 12 diese kurzfristig so stark entladen wird, daß sie ihre Ausgangsspannung nicht aufrechterhalten kann und damit ihre Versorgungsfunktion für andere im Fahrzeug befindliche Verbraucher nicht mehr erfüllen kann, ist eine Lade-Anfahrschaltung 26 vorgesehen, die einen Vorwiderstand 27, einen Wechselschalter 28 sowie einen steuer­ baren Kurzschlußschalter 29 umfaßt, der von der Filter- und Steuerelektronik 25 beaufschlagt wird. Beim Einschalten der Stromversorgungsvorrichtung 11, das vorzugsweise gleichzeitig oder kurz vor dem Einschalten der Verbraucher 10 erfolgt, wird zunächst der Wechselschalter 28 aus seiner normalen Ruhestel­ lung, in der er den positiven Kondensatoranschluß über den Vorwiderstand 27 mit Masse verbindet, in seiner "Ein"-Stellung geschaltet, in der er mit der positiven Eingangsklemme 17 ver­ bunden ist. Die Kondensatoranordnung 23 wird nun über den Vorwiderstand 27 relativ langsam aufgeladen. Der Aufladevor­ gang wird dabei von einer nicht näher dargestellten Verglei­ cherschaltung in der Filter- und Steuerelektronik 25 über­ wacht, die bei Erreichen der Endspannung an der Kondensator­ anordnung 23 den Kurzschlußschalter 29 schließt, der damit den Vorwiderstand 27 überbrückt, so daß im folgenden für ein schnelles Nachladen der Kondensatoranordnung gesorgt ist.

Beim Ausschalten des Verbrauchers 10 bzw. der Stromversor­ gungsvorrichtung 11 wird einerseits der Kurzschlußschalter 29 geöffnet, und andererseits kehrt der Wechselschalter 28 in seine Normalstellung zurück, so daß die Kondensatoranordnung 23 über den dann als Entladewiderstand dienenden Vorwiderstand 27 entladen wird, wobei der Vorwiderstand 27 so gewählt ist, daß der Entladestrom auf einen unkritischen Wert begrenzt ist. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die negative Eingangsklemme 20 der Stromversorgungsvorrichtung 11 und damit auch der mit der negativen Ausgangsklemme 22 verbundene Kondensatoranschluß über die Fahrzeugkarosserie an Masse 30 gelegt ist.

Fig. 2 zeigt eine Audioanlage für ein Kraftfahrzeug mit einer die Audioanlage steuernden Haupteinheit 31, die beispielsweise ein Rundfunkempfänger, ein CD-Plattenspieler oder ein Kasset­ tenwiedergabegerät sein kann. Die Haupteinheit 31 ist zur Stromversorgung über Leitungen 32, 33 mit der positiven und der negativen Ausgangsklemmenanordnung 21, 22 der Stromversor­ gungsvorrichtung 11 verbunden. Neben der Haupteinheit 31 umfaßt die dargestellte Audioanlage beispielsweise eine Aktiv­ weiche 34 und drei Verstärker 35, 36, 37. Die Aktivweiche 34 und die Verstärker 35, 36, 37 sind dabei über entsprechende Leitungen 38 mit der als zentraler Pluspunkt dienenden Aus­ gangsklemmenanordnung 21 verbunden. Diese umfaßt eine massive Blockklemme 39, an die über jeweils eine Sicherung 40 vier Anschlußblöcke 41 angeschlossen sind. In entsprechender Weise sind die Aktivweiche 34 und die Verstärker 35, 36, 37 über Leitungen 42 mit der als Blockklemme ausgebildeten negativen Ausgangsklemme 22 der Stromversorgungsvorrichtung 11 verbun­ den.

Das Steuersignal der Haupteinheit 31 für die Aktivweiche 34 und die Verstärker 35, 36, 37 wird über eine Signalleitung 43 über eine entsprechende Eingangsklemme 44 der Stromversor­ gungsvorrichtung 11 an die darin vorgesehene Filter- und Steuerelektronik 25 angelegt, die, wie in Fig. 2 angedeutet, eine Spannungsbegrenzungsschaltung, eine Strombegrenzungs­ schaltung sowie ein Hochpaßfilter umfaßt. Der Steuersignal­ ausgang A der Filter- und Steuerelektronik 25 ist an eine als Verteiler dienende Blockklemme 45 angelegt, die, wie Fig. 3 zeigt, ein Entstör- und Entkoppelungsnetzwerk 46 umfaßt, das aus gegensinnig gewickelten Induktivitäten L1, L2, L3, L4, sowie Leitungskapazitäten C1, C2 und Filterkondensatoren C3 bis C6 gebildet ist. Zum Anschluß von zu der Aktivweiche 34 und den Verstärkern 35, 36, 37 führenden Steuersignalleitungen 47 sind entsprechende Klemmen 48 vorgesehen.

Die als Blockklemme ausgebildete negative Ausgangsklemme 22 ist ebenso wie die ebenfalls als Blockklemme ausgebildete ne­ gative Eingangsklemme 20 an eine massive Strom- oder Kontakt­ schiene 48 angeschlossen, die ihrerseits mit der Kondensator­ anordnung 23 verbunden ist. Der Klemmenblock 39 der positiven Ausgangsklemmenanordnung 21 ist an eine entsprechende, in Fig. 2 nicht dargestellte Strom- oder Kontaktschiene angeschlossen, die mit dem positiven Anschluß der Kondensatoranordnung 23 verbunden ist und über die Ladeanfahrschaltung 26 an die posi­ tive Eingangsklemme 17 angeschlossen ist.

Zur Erzielung der relativ großen Kapazität weist die Konden­ satoranordnung 23 beispielsweise drei parallel zueinander ge­ schaltete Elektrolytkondensatoren 23′′ auf.

Durch die Verwendung von massiven Strom- und Kontaktschienen 48 zum Anschluß der Kondensatoranordnung 23 sowohl an die Eingangsklemmen 17, 20 als auch an die als Verteiler dienenden Blockklemmen 39 bzw. 22, die beim Ausführungsbeispiel für einen Ausgangsstrom von viermal 60 A ausgelegt sind, wird er­ reicht, daß die zentralen Bezugspunkte, also der zentrale Plus- und der zentrale Massepunkt, durch die Kondensatoranord­ nung 23 zu einer Stromquelle erweitert werden, die jedem Strombedarf an Audioanlagen selbst bei der dynamischen Tief­ baßwiedergabe gerecht wird. Durch die Minimierung der Über­ gangs- und Leitungswiderstände auf der Ausgangsseite der Stromversorgungsvorrichtung 11 und die große Speicherkapazi­ tät der Kondensatoranordnung 23 von etwa 0,9 F lassen sich impulsartige Spitzenströme von 1,2 kA sowie ein "Dauerstrom" von 200 A über eine Periodendauer bei 22 Hz voll erreichen.

Claims (10)

1. Sekundäre Stromversorgungsvorrichtung für audio- oder ande­ re nachrichtentechnische Anlagen in Kraftfahrzeugen, mit einer Kondensatoranordnung (23), die zwischen einer ersten und einer zweiten, als zentraler Plus- bzw. als zentraler Massepunkt dienende Anschlußklemmenanordnung (21 bzw. 22) geschaltet ist, wobei die entsprechenden Kondensatoran­ schlüsse über ein Kabel (16) mit dem Pluspol (15) einer Kraftfahrzeugbatterie (12) bzw. mit der Fahrzeugmasse (30) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemmenanordnungen (21, 22) in unmittelba­ rer räumlicher Nähe der Kondensatoranordnung (23) angeord­ net sind und daß der mit der zweiten Anschlußklemmenanordnung (22) verbundene Kondensatoranschluß mit dem Minus­ pol (18) der Kraftfahrzeugbatterie (12) und mit der Kraft­ fahrzeugkarosserie (30) über Kabel (19) verbindbar ist.

2. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kondensatoranordnung (23) und die Anschlußklemmenanordnungen (21, 22) modulartig zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

3. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemmenanordnungen (21, 22) als massive Blockklemmen ausgebildet sind, die vor­ zugsweise unmittelbar mit entsprechenden, die Kondensator­ anschlüsse bildenden massiven Stromschienen (48) verbunden sind.

4. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den zentralen Pluspunkt bildende Blockklemme (39) über je eine Sicherung (40) mit je einer aus einer Vielzahl von Verbraucherausgangsklemmen (41) ver­ bunden ist.

5. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Kondensatoranordnung (23) 0,6 bis 1,2 Farad, vorzugsweise 0,8 bis 1 F, insbesondere 0,9 F beträgt.

6. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensator­ anordnung (23) an den Pluspol (15) der Kraftfahrzeugbatte­ rie (12) über einen Vorwiderstand (27) anschließbar ist, zu dem ein Kurzschlußschalter (29) parallel geschaltet ist, der in Abhängigkeit vom Ladezustand der Kondensatoranord­ nung (23) betätigbar ist.

7. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pluspol der Kondensatoranordnung (23) über einen Entladewiderstand (27) und einen Schalter (28) mit Masse verbindbar ist.

8. Stromversorgungsvorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden der Konden­ satoranordnung (23) mit der Kraftfahrzeugbatterie (12) ein Schalter (28) vorgesehen ist, der mittels eines von einer Steuereinheit einer zu versorgenden Anlage erzeugten, deren Verbraucher beaufschlagenden Steuersignals schaltbar ist.

9. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuersignal zusätzlich über ein Entstör- und Entkoppelungsnetzwerk (46) an Ausgangsklemmen (48) einer Verteilerklemme (45) angelegt ist, an die die zu steuernden Verbraucher (11; 34, 35, 36, 37) der Anlage an­ schließbar sind.

10. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuersignal über ein Zeitverzöge­ rungsglied an die zu steuernden Verbraucher (34, 35, 36, 37) weitergeleitet wird.