DE69012480T2 - Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeug. - Google Patents

Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeug.

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge zur Erregung eines Anlassers, wenn ein an ein Kraftfahrzeug angebrachter Motor gestartet werden soll.
  • Bleiakku-Batterien werden an Kraftfahrzeugen als Stromversorgung für einen Motorstarter und andere elektrische Lasten, wie Ausrüstungsteile angebracht.
  • Wenn der Motor gestartet werden soll, wird in der Bleiakku- Batterie gespeicherte elektrische Energie zum Erregen des Anlassers zugeführt. Ein Antriebsritzei des Anlassers ist in einen Eingriff mit einem auf der Kurbelwelle des Motors angebrachten Zahnkranz gebracht, und wird zum Drehen der Kurbelwelle gedreht, und startet damit den Motor.
  • Ein elektrischer Strom, der den Anlasser von der Batterie während des Startens des Motors versorgt, ist sehr hoch, z.B. 100 A oder mehr, auch wenn er in einer kurzen Zeitperiode zugeführt wird. Die Kapazität einer an einem Kraftfahrzeug installierten Batterie wird primär hinsichtlich ihrer Fähigkeit zum Starten des Motors bestimmt. Die große zum Starten des Motors verbrauchte elektrische Leistung wird während des Ladens der Batterie durch elektrische Leistung ergänzt, die von einer an dem Kraftfahrzeug angebrachten und von dem Motor während des Fahrens des Kraftfahrzeuges betriebenen Lichtmaschine erzeugt wird.
  • Für an Kraftfahrzeugen angebrachte Batterien sind Bleibatterien als Sekundärbatterien bekannt, und sie werden durch eine chemische Reaktion zwischen Elektroden und einer elektrolytischen Lösung ge- und entladen. Bei einer derartigen Batterie kann sich ein großer Strom innerhalb einer kurzen Zeitperiode entladen. Die Batterie wird mit einem Strom von 10 A oder weniger geladen, der über eine lange Zeitperiode und durch eine allmähliche chemische Reaktion zugeführt wird. Wenn ein viel größerer Strom zum Laden der Batterie - zugeführt wird, würde daher die Batterie übermäßig erhitzt und die Elektroden könnten deformiert oder zerstört werden.
  • Kraftfahrzeuge, die hauptsächlich von Pendlern benutzt werden, fahren über kurze Entfernungen, und Kraftfahrzeuge, die als Auslieferungsfahrzeuge verwendet werden, werden wiederholt sehr häufig gestartet und gestoppt. Da diese Kraftfahrzeuge die Motoren zum häufigen Starten banspruchen und kontinuierlich über kurze Zeitperioden gefahren werden, können die an diesen Kraftfahrzeugen angebrachten Batterien nicht ausreichend genug geladen werden, um die von den Motoren beim Starten verbrauchte elektrische Leistung auszugleichen. Dementsprechend tendieren die Batterien zur Abnutzung oder erschöpfen sich, und versagen das Starten des Motors.
  • Zum Lösen der obigen Probleme hat der Anmelder eine Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, die einen Kondensator mit großer Kapazität aufweist, der von einer an dem Kraftfahrzeug angebrachten Batterie geladen wird und die gespeicherte elektrische Energie entlädt, um den Anlasser zum Starten des Motors zu betätigen (siehe japanische Patentanmeldung Nr. 63 (1988)-329,846, U.S. Patentanmeldung Ser.Nr. 454,267 und EPC Patentanmeldung Nr. 89313559.0, veröffentlicht unter 0376667, und SU- A-1 326 769).
  • Mit der vorgeschlagenen Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge wird der Anlasser durch die in dem Kondensator großer Kapazität gespeicherte Energie erregt. Der Kondensator großer Kapazität kann einen kräftigen Strom liefern. Daher kann der Motor durch die in dem Kondensator gespeicherte elektrische Energie gestartet werden, selbst wenn die Spannung der Batterie etwas abgefallen ist. Zum Laden des Kondensators wird, nachdem seine gespeicherte elektrische Energie entladen worden ist, ein plötzlicher großer Strom benötigt, da der interne Widerstand des Kondensators zur Ladungszeit klein ist, und folglich wird die Lichtmaschine einer großen Beanspruchung ausgesetzt. Wenn der Motor bei niedriger Temperatur im Leerlauf ist, kann der Motor möglicherweise absterben, wenn die Last auf die Lichtmaschine groß ist. Wenn die Lichtmaschinebelastung groß ist, kann die Drehzahl des Motors ebenfalls nicht reaktionsschnell erhöht werden, wenn das Kraftfahrzeug gestartet oder beschleunigt werden soll.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, die einen Kondensator großer Kapazität aufweist, der von einer Batterie und einer Lichtmaschine geladen werden kann, die von einem an dem Kraftfahrzeug angebrachten Motor betrieben wird, wobei die Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge Mittel zum Vermindern ungünstiger Effekte auf die Betriebsweise des Motors zur Ladezeit des Kondensators großer Kapazität aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dort eine Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge bereitgestellt, die eine Lichtmaschine, die von einem an einem Kraftfahrzeug angebrachten Motor antreibbar ist, eine mit von der Lichtmaschine erzeugter elektrischer Energie aufladbare Batterie, einen mit der Lichtmaschine und der Batterie verbundenen Kondensator aufweist, gekennzeichnet durch, eine zwischen dem Kondensator und der Lichtmaschine und der Batterie verbundene Ladegeschwindigkeitvariationseinrichtung zum Variieren der Geschwindigkeit, mit der der Kondensator aufgeladen wird, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges und einer Steuereinrichtung zum Steuern der Ladegeschwindigkeitvariationseinrichtung in Reaktion auf erfaßte Signale von der Erfassungseinrichtung.
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über ein darstellendes Beispiel gezeigt wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 2 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Steuerschaltkreises in der in Fig. 1 gezeigten Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, dient eine über das Drehmoment eines Motors (nicht gezeigt) betriebene Lichtmaschine G als eine elektrische Spannungsquelle zur elektrischen Energieversorgung einer Last L an einem Kraftfahrzeug, zum Laden einer Batterie B und ebenso zum Laden eines Kondensators C großer Kapazität.
  • Der Kondensator C umfaßt einen elektrischen Doppelschichtkondensator mit einer großen elektrostatischen Kapazität und ist vom Feuchttyp (wet type), der Aktivkohle und eine wässrige Lösung verwendet. Der elektrische Doppelschichtkondensator C weist ein Volumen auf, das ein zehntel oder kleiner als das Volumen eines konventionellen Aluminium- Elektrolytkondensators ist, der dieselbe elektrostatische Kapazität wie der Kondensator C aufweist.
  • Typischerweise weist der elektrische Doppelschichtkondensator C eine Kapazität auf, die von 30 bis 50 F (Farad) reicht. Wenn der Motor gestartet werden soll, wird ein Stromschalter PS, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigt, zur Versorgung eines Anlassers ST mit elektrischer Energie von dem Kondensator C umgelegt, um den Anlasser ST mit der elektrischen Energie anzutreiben, die relativ scharfe Anstiegscharakteristiken aufweist.
  • Relaisschaltkreise R1, R2 werden von einem Steuerschaltkreis CC gesteuert. Die Relaisschaltkreise R1, R2 weisen jeweils Kontakte S1, S2 zum Öffnen und Schließen eines Schaltkreises zum Laden des Kondensators C auf. Der Kontakt S1 ist in Reihe in einem Widerstand r verbunden, der den zum Laden des Kondensators C zugeführten Strom begrenzt. Die Relaisschaltkreise R1, R2 weisen jeweils mit dem Steuerschaltkreis CC verbundene Spulen auf.
  • Ein Relaisschaltkreis R3 weist einen normalerweise geschlossenen Kontakt S3 zum Steuern der Aktivierung des Steuerschaltkreises CC auf. Der Relaisschaltkreis R3 weist eine in Reihe mit einer Zenerdiode D verbundene Spule auf. Wenn der Kondensator C ausreichend geladen und die Spannung darüber größer als eine vorbestimmte Spannung ist, wird der Kontakt S3 zum Deaktivieren des Steuerschaltkreises CC geöffnet, und unterbricht damit dessen Steuerfunktion.
  • Der Steuerschaltkreis CC dient zum Variieren der Zeit, in der der Kondensator C abhängig von den Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges geladen wird. Fig. 2 zeigt den Steuerschaltkreis CC detaillierter. In Reaktion auf Signale von verschiedenen Schaltern und Sensoren, die in verschiedenen Teilen bzw. Bereichen des Kraftfahrzeuges angeordnet sind, erregt der Steuerschaltkreis CC wahlweise die Relaisschaltkreise R1 oder R2.
  • In Fig. 2 ist der Steuerschaltkreis CC mit verschiedenen Schaltern und Sensoren verbunden. Die Schalter enthalten einen Getriebepositionschalter SG, der eingeschaltet ist, wenn die Getriebeschaltung des Kraftfahrzeuges in eine der Getriebepositionen zum Fahren des Kraftfahrzeuges gelegt ist, einen Gaspedalschalter SA, der eingeschaltet ist, wenn das Gaspedal gedrückt ist, und einen Bremsenschalter SB, der eingeschaltet ist, wenn das Bremspedal gedrückt ist. Die Sensoren enthalten einen Kühlmitteltemperatursensor SW, der eingeschaltet wird, wenn die Temperatur eines Motorkühlmittels eine vorbestimmte Temperatur erreicht, und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor SS, der eingeschaltet wird, wenn die Geschwindigkeit, mit der das Kraftfahrzeug fährt, eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht. Ein Signal von dem Getriebepositionsschalter SG ist über einen Inverter an ein UND Gatter G1 angelegt. Ein Signal von dem Gaspedalschalter SA ist über einen Inverter an das UND Gatter G1 angelegt. Ein Signal von dem Kühlmitteltemperatursensor SW ist an das UND Gatter G1 angelegt. Das Signal von dem Gaspedalschalter SA ist ebenfalls über den Inverter an ein UND Gatter G2 angelegt. Ein Signal von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor SS und ein Signal von dem Bremsenschalter SB sind an das UND Gatter G2 angelegt. Das UND Gatter G1 weist einen mit der Spule des Relaisschaltkreises R1 verbundenen Ausgangsterminal auf, wobei das UND Gatter G2 einen mit der Spule des Relaisschaltkreises R2 verbundenen Ausgangsterminal aufweist.
  • Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge wird im folgenden beschrieben.
  • Zum Laden des Kondensators C wird der Kraftschalter PS in die mit einer durchgezogenen Linie in Fig. 1 dargestellten Position umgelegt. Wenn das Kraftfahrzeug gestartet oder beschleunigt wird, ist der Getriebepositionsschalter SG eingeschaltet, da das Getriebe in einer Getriebepositionen zum Fahren des Kraftfahrzeuges ist, und der Gaspedalschalter SA ist ebenfalls eingeschaltet, da das Gaspedal gedrückt ist. Deshalb sind die Ausgangsignale der UND Gatter G1 und G2 des Steuerschaltkreises CC niedrig, und die Relaisschaltkreise R1, R2 sind nicht erregt.
  • Daher wird von der Lichtmaschine G erzeugte elektrische Energie nicht dem Kondensator C zugeführt und der Motor wird keiner Last ausgesetzt, die andernfalls von der erzeugten elektrischen Energie beansprucht würde. Daher wird das von dem Motor erzeugte Drehmoment zum Beschleunigen des Kraftfahrzeuges verbraucht.
  • Während der Motor im Leerlauf ist, ist das Getriebe in einer neutralen Position. Daher ist der Getriebepositionsschalter SG ausgeschaltet. Der Gaspedalschalter SA ist ebenfalls ausgeschaltet, da das Gaspedal nicht gedrückt ist. Wenn die Temperatur des Motorkühlmittels eine vorbestimmte Temperatur erreicht, und der Kühlmitteltemperatursensor SW ausgeschaltet ist, erzeugt das UND Gatter G1 ein hohes Ausgangssignal, das den Relaisschaltkreis R1 erregt. Da der Kontakt S1 geschlossen ist, wird elektrische Energie von der Lichtmaschine G über den Widerstand r geliefert, die dann einen begrenzten Strom zum Laden des Kondensators C liefert. Daher wird verhindert, daß ein abrupt großer Strom an den Kondensator C geliefert wird. Während der Motor im Leerlauf ist, wird jede von dem Motor durch die Erzeugung elektrischer Energie von der Lichtmaschine G beanspruchte Last vermindert, und es wird verhindert, daß der Motor abstirbt.
  • Wenn das Kraftfahrzeug abgebremst wird, ist der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor SS eingeschaltet, solange die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges größer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist. Der Gaspedalschalter SA ist ausgeschaltet, da das Gaspedal nicht gedrückt ist, und der Bremsenschalter SB ist eingeschaltet, da das Bremspedal gedrückt ist. Daher ist das Ausgangsignal von dem UND Gatter G2 hoch und damit wird der Relaisschaltkreis R2 erregt. Der Kontakt S2 ist geschlossen, und die elektrische Energie von der Lichtmaschine G wird direkt zum Laden des Kondensators C zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Fahren des Kraftfahrzeuges nicht ungünstig beeinflußt, da das Drehmoment des Motors während des Abbremsens ausreichend groß ist.
  • Der Kondensator C wird geladen, während der Motor im Leerlauf ist oder das Kraftfahrzeug abgebremst wird. Wenn die Spannung über dem Kondensator C eine vorbestimmte Spannung in der Endphase des Ladens erreicht, arbeiten die Zenerdiode D und der Relaisschaltkreis R3 zum Unterbrechen der elektrischen Energie, die dem Steuerschaltkreis CC zugeführt worden ist. Die Steuerarbeitsweise des Steuerschaltkreises CC zum Laden des Kondensators wird beendet.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird die Größe der Last auf den Motor bestimmt in Abhängigkeit der Schalter und der Sensoren, die in verschiedenen Teilen Kraftfahrzeuges angeordnet sind und die Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges anzeigen. Wenn das Kraftfahrzeug gestartet oder beschleunigt wird, und der Motor zum Erzeugen seines Ausgabedrehmoments beansprucht wird, wie es durch die vorbestimmte Motorlastgröße festgelegt ist, wird das Laden des Kondensators C verhindert. Wenn das Motordrehmoment ausreichend groß ist, so wie während des Abbremsens des Kraftfahrzeuges, wird der Kondensator C vollständig mit der von der Lichtmaschine erzeugten elektrischen Energie aufgeladen. Daher wird der Ladeschaltkreis abhängig von der Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges gesteuert. Jegliche ungünstigen Effekte, die die elektrische Energie zum Laden des Kondensators auf die Betriebsweise des Motors hat, werden vermindert. Als Folge wird verhindert, daß der Motor im Leerlauf abstirbt und die Reaktion des Motors während der Beschleunigung des Kraftfahrzeuges langsam wird.
  • Obwohl eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben worden ist, sollte verstanden werden, daß dort viele Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne den Bereich der angehängten Ansprüche zu verlassen.

Claims (6)

1. Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mit:
einer Lichtmaschine (G), die von einem an einem Kraftfahrzeug angebrachten Motor antreibbar ist;
einer mit von der Lichtmaschine erzeugter elektrischer Energie aufladbaren Batterie (B);
einem mit der Lichtmaschine (G) und der Batterie (B) verbundenen Kondensator (C);
gekennzeichnet durch, eine Ladegeschwindigkeitvariationseinrichtung (R1, R2), die mit dem Kondensator (C), und der Lichtmaschine (G) und der Batterie (B) zum Variieren der Geschwindigkeit, mit der der Kondensators geladen wird, verbunden ist;
Erfassungseinrichtungen (SG, SA, SW, S3, SB) zum Erfassen einer Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges; und
einer Steuereinrichtung (CC) zum Steuern der Ladegeschwindigkeitvariationseinrichtung (R1, R2) in Reaktion auf erfaßte Signale von den Erfassungseinrichtungen.
2. Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, wobei der Kondensator (C) einen elektrischen Doppelschichtkondensator umfaßt.
3. Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, wobei die Ladegeschwindigkeitvariationseinrichtung (R1, R2) eine Mehrzahl paralleler Schaltkreise umfaßt, die mit dem Kondensator verbunden sind und jeweilige Schaltereinrichtungen (S1, S2) aufweisen, wobei einer der parallelen Schaltkreise einen Widerstand (r) zum Begrenzen eines Stroms aufweist, der durch einen der parallelen Schaltkreise fließt.
4. Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (CC) Mittel umfaßt zum Öffnen der Schaltereinrichtungen (S1, S2) der parallelen Schaltkreise zum Stoppen des Ladens des Kondensators, wenn das Kraftfahrzeug gestartet und beschleunigt wird, basierend auf den erfaßten Signalen von den Erfassungseinrichtungen.
5. Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (CC) Mittel umfaßt zum Schließen der Schaltereinrichtung (S1) von einem der parallelen Schaltkreise zum Laden des Kondensators (C) über den Widerstand (r), während der Motor im Leerlauf ist, basierend auf den erfaßten Signalen von den Erfassungseinrichtungen.
6. Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (CC) Mittel umfaßt zum Schließen der Schaltereinrichtung (S2) von dem anderen der parallelen Schaltkreise zum Laden des Kondensators (C) über diesen anderen Schaltkreis, während der Motor abgebremst wird, basierend auf den erfaßten Signalen von den Erfassungseinrichtungen.
DE69012480T 1989-08-10 1990-03-30 Stromversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeug. Expired - Lifetime DE69012480T3 (de)

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