DE69216365T2

DE69216365T2 - Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE69216365T2
Application number: DE69216365T
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Kaneyuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-10-30
Also published as: DE69216365D1; US5418401A; EP0539982A2; EP0539982A3; EP0539982B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug wie ein Automobil. Insbesondere betrifft sie eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, das elektrischen Strom bei zwei unterschiedlichen Spannungen zuführen kann.
Ein typisches Fahrzeug mit Eigenantrieb ist mit einer Stromversorgungsvorrichtung ausgestattet, beinhaltend eine Batterie und einen Wechselstromgenerator (kurz als Generator bezeichnet) der elektrische Energie für elektrische Lasten in dem Fahrzeug liefern kann und ebenso die Batterie lädt. Meist beträgt die Batteriespannung ungefähr 12 V. Eine Spannung dieser Höhe ist ausreichend, wenn die elektrische Last relativ gering ist. In vergangenen Jahren wuchs jedoch die elektrische Last bei neuen Automobilen ständig an. Zum Beispiel resultierte das Verlangen der Konsumenten nach erhöhtem Komfort in der Hinzufügung von Vorrichtungen, wie der elektrischer Heizer zum schnellen Entfrosten der Windschutzscheiben oder Heizern zum schnellen Erwärmen der Passagierinnenräume. Ferner resultierte der Zwang zur Emissionsreduzierung in der Hinzufügung elektrischer Vorrichtungen wie elektrischer Heizer für Katalysatoren. All diese Einrichtungen führen zu einer Erhöhung der elektrischen Gesamtlast.
Wenn die Stromversorgungsvorrichtung des Fahrzeugs eine niedrige Spannung von ungefähr 12 V erzeugt, bewirken die großen elektrischen Lasten, daß der Strom groß wird, was in einer Widerstandsbeschädigung der Verdrahtung und von Verbindungen resultiert und es schwierig macht, die elektrischen Lasten zu steuern.
Demgemäß wurden Stromversorgungsvorrichtungen für Fahrzeuge vorgeschlagen, die zur Erzeugung zweier unterschiedlicher Spannungen geeignet sind. Bei diesen Stromversorgungsvorrichtungen wird eine hohe Spannung für Lasten erzeugt, für die eine hohe Versorgungsspannung vorteilhaft ist, und eine relativ niedrige Spannung, wie 12 V, wird für andere Lasten erzeugt, wie elektrische Lichter, für die eine relativ niedrige Spannung wünschenswert ist, um die Lebensdauer der Glühfäden zu maximieren.
Beispielsweise offenbart die japanische, veröffentlichte, ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 55-53152, eine Stromversorgungsanordnung für ein Fahrzeug, die einen ersten elektrischen Generator mit einer Ausgangsspannung von ungefähr 12 V und einen zweiten elektrischen Generator mit einer höheren Ausgangsspannung beinhaltet. Jedoch weist diese Anordnung den Nachteil auf, daß zwei Generatoren benötigt werden, und in modernen Fahrzeugen sind die Motorräume so überfüllt, daß es schwierig wird, Raum zum Einbau eines zusätzlichen Generators zu finden. Die Anordnung weist ferner den Nachteil auf, daß der zweite Generator die Last des Motors erhöht und hierdurch den Benzinverbrauch des Fahrzeugs.
Die ungeprüfte, veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 63-69500 offenbart eine Stromversorgungsvorrichtung, bei der der Wechselstromausgang von einem Dreiphasenwechselstromgenerator in Gleichstrom umgewandelt wird und Niedrigspannungslasten zugeführt wird oder bei der der Wechselstromausgang durch einen Dreiphasentransformator in der Spannung erhöht wird und dann in einen Hochspannungsgleichstrom zum Versorgen von Hochspannungslasten umgewandelt wird. Jedoch hat diese Vorrichtung den Nachteil, daß ein Dreiphasentransformator und ein zur Benutzung mit dem Transformator notwendiger Umwandler benötigt wird, so daß die Vorrichtung teuer wird und es schwierig wird, Raum für die Vorrichtung in dem Motorraum des Fahrzeugs zu garantieren.
Ein weiterer interessanter Stand der Technik ist die EP-A-O 137 756, die ein elektrisches Multivoltsystem für ein Motorfahrzeug betrifft, das ein Paar 12-V-Batterien aufweist, die in Serie miteinander verbunden sind und mit Anzapfungen versehen sind, so daß hieraus eine 12-V- und 24-V-Versorgung entnommen werden kann.
Das Laden dieser Batterien erfolgt derart, daß mittels einer Geschwindigkeits-Auslöseschaltung das System gezwungen wird, in dem 12-V-Lademodus zu arbeiten, um nur die erste der zwei Batterien zu laden, wann immer die Drehgeschwindigkeit des Generators unter einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn jedoch die Motor- und Generatorgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert überschreitet, geht der Ausgang eines Vergleichers hoch, was einen Transistor unter Vorspannung setzt, um zu bewirken, daß das System zu einem 24-V-Lademodus wechselt, so daß beide Batterien in Serie geladen werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, die eine elektrische Leistung bei zwei verschiedenen Spannungen erzeugen kann, die aber gleichzeitig kompakt, leichtgewichtig und nicht teuer ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungsvorrichtung zu schaffen, die beim Abbremsen eines Fahrzeugs die Trägheit des Fahrzeugs wirksam in elektrische Energie umwandeln kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug versehen mit: einem Generator, der eine Ankerwicklung und eine Erregerwicklung besitzt; ersten und zweiten Ausgängen, die mit der Ankerwicklung verbunden sind; einer ersten Batterie; einem Schalter, der zwischen dem ersten Ausgang und dem positiven Pol der ersten Batterie angeschlossen ist und erste und zweite Positionen besitzt, wobei der Schalter zum Schließen des Schaltkreises zwischen der ersten Batterie und dem ersten Ausgang dient, wenn der Schalter in der ersten Position ist, um zu erlauben, daß die erste Batterie durch den Generator geladen wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators in einem ersten Geschwindigkeitsbereich liegt.
Die Stromversorgungsvorridhtung ist ferner versehen mit einer zweiten Batterie, die eine höhere Spannung aufweist als die erste Batterie, wobei der zweite Ausgang mit dem positiven Pol der zweiten Batterie verbunden ist, um der zweiten Batterie zu erlauben, durch den Generator aufgeladen zu werden, wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators in einem zweiten Geschwindigkeitsbereich liegt, der höher ist als der erste Geschwindigkeitsbereich.
Die negativen Pole der ersten und zweiten Batterien sind mit einem gemeinsamen Anschluß verbunden; und ein Schaltkontrollmittel bewirkt, daß der Schalter in der ersten Position ist, wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators in dem ersten Geschwindigkeitsbereich liegt; und bewirkt, daß der Schalter in der zweiten Position ist, wenn der Generator in dem zweiten Geschwindigkeitsbereich ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schaltplan einer ersten Ausführungsform einer Stromversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Schaltplan des Spannungsregulators 8 der Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Schaltplan des Spannungswandlers 14 der Fig. 1.
Fig. 4 ist ein Graph der elektrischen Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators nach Fig. 1 als Funktion der Drehgeschwindigkeit.
Fig. 5 ist ein Schaltplan einer zweiten Ausführungsform einer Stromversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist ein Schaltplan einer dritten Ausführungsform einer Stromversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Anzahl von bevorzugten Ausführungsformen einer Stromversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei Fig. 1 ein Schaltplan einer ersten Ausführungsform ist. Diese Ausführungsform beinhaltet einen Dreiphasen-Wechselstromgenerator 1, der durch einen nicht dargestellten Motor eines Fahrzeugs wie eines Automobils angetrieben wird. Der Wechselstromgenerator 1 beinhaltet Ankerwicklungen 2, die auf demstator des Wechselstromgenerators 1 angebracht sind, und eine Erregerwicklung 3, die auf dem Rotor des Wechselstromgenerators 1 befestigt ist. Die Ankerwicklungen 2 sind mit einem ersten Gleichrichter 4 und einem parallel mit dem ersten Gleichrichter 4 verbundenen zweiten Gleichrichter 5 verbunden. Beide Gleichrichter 4 und 5 bewirken eine Vollwellen-Gleichrichtung des Wechselstromausgangs der Ankerwicklungen 2. Der erste und zweite Gleichrichter 4 und 5 sind von herkömmlichem Aufbau und umfassen Dioden 4a-4f und 5a-5c. Es kann entnommen werden, daß die zwei Gleichrichter einen gemeinsamen Diodensatz (Dioden 4d bis 4f) teilen, aber es ist auch eine unterschiedliche Anordnung möglich, wie solch eine, bei der jeder Gleichrichter sechs Dioden umfaßt. Der erste Gleichrichter 4 besitzt einen ersten Ausgang 6 und der zweite Gleichrichter 5 besitzt einen zweiten Ausgang 7. Die Gleichrichter 4 und 5 können in den Wechselstromgenerator 1 eingebaut werden oder können separate Elemente sein.
Die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 1 und aufgrunddessen die Spannung an den Ausgängen 6 und 7 wird durch einen Spannungsregulator 8 gesteuert, der den Strom durch die Erregerwicklung 3 einstellt. Der Spannungsregulator 8 besitzt einen ersten Anschluß 8a, der an einem Ende mit der Erregerwicklung 3 verbunden ist, einen zweiten Anschluß 8b, der mit dem anderen Ende der Erregerwicklung 3 verbunden ist, einen dritten Anschluß 8c, der mit dem zweiten Ausgang 7 des zweiten Gleichrichters 5 verbunden ist und einen vierten Anschluß 8d, der geerdet ist. Der erste Ausgang 6 ist mit dem positiven Pol einer ersten Batterie 10 über ein elektrisches Schaltelement in der Form eines Schalters 15 verbunden und der negative Pol der Batterie 10 ist mit dem Anschluß 8d des Spannungsregulators 8 verbunden. Die erste Batterie 10 besitzt eine relativ niedrige Spannung, wie 12 V, und liefert elektrische Leistung für eine Niedrigspannungslast 11, die mit der ersten Batterie 10 parallel verbunden ist. Die Niedrigspannungslast 11 kann irgendeine der elektrischen Ausrüstung des Fahrzeugs sein, wie Lichter, für die eine Versorgungsspannung im Bereich von 12 V angemessen ist.
Der zweite Anschluß 7 des zweiten Gleichrichters 5 ist mit dem positiven Pol einer zweiten Batterie 12 verbunden, deren negativer Pol ist mit dem Anschluß 8d des Spannungsregulators 8 verbunden. Die zweite Batterie 12 erzeugt eine höhere Spannung als die erste Batterie 10, wie 24 V&sub1; und liefert elektrische Leistung zu einer Hochspannungslast 13, die mit der zweiten Batterie 12 parallel verbunden ist. Die Hochspannungslast 13 kann irgendeine der elektrischen Ausrüstung des Fahrzeugs sein, für die eine relativ hohe Spannung im Bereich von 24 V angemessen ist.
Die Spannungen der ersten und zweiten Batterien 10 und 12 sind nicht auf besondere Werte wie 12 und 24 V beschränkt und können gemäß den Anforderungen der durch die Batterien zu versorgenden Ausrüstung ausgewählt werden.
Ein Spannungswandler 14 ist zwischen dem zweiten Gleichrichter 5 und der ersten Batterie 10 angeschlossen. Er besitzt einen Eingangsanschluß 14a, der mit dem zweiten Ausgang 7 verbunden ist, einen Erdanschluß 14b, der mit dem Anschluß 8d des Spannungsregulators 8 verbunden ist, und einen Ausgangsanschluß 14c, der mit dem positiven Pol der ersten Batterie 10 verbunden ist. Der Spannungswandler 14 reduziert die an den Anschluß 14a anliegende Eingangsspannung und legt die reduzierte Spannung vom Ausgangsanschluß 14c an die erste Batterie 10 an. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Ausgangsspannung des Spannungswandlers 14 ungefähr die Hälfte der Eingangsspannung.
Der Schalter 15 wird durch einen auf der Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1 basierenden Regler 20 geöffnet und geschlossen. Der Schalter 15 wird unterhalb einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit geschlossen und oberhalb einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit geöffnet.
Der Aufbau des Schalters 15 und des Reglers 20 ist nicht kritisch und es kann irgendeine Form eines Schaltungselements für den Schalter 15 verwendet werden. Beispielsweise könnte der Schalter 15 ein magnetischer Kontaktschalter sein, der durch ein Kontrollsignal von dem Regler 20 betrieben wird, und der Regler 20 könnte eine elektronische Vorrichtung sein, die die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1 ermittelt, entweder unmittelbar durch Abtasten der Drehung des Wechselstromgenerators 1 oder einiger Abschnitte des Motors, oder durch Aufnahme eines Eingangssignals von einem nicht dargestellten Drehsensor. Alternativ könnte der Regler 20 eine mechanische Vorrichtung sein, die mechanisch den Schalter 15 umschaltet, wenn Zentrifugalkräfte, die auf den Regler 20 aufgrund der Drehung des Wechselstromgenerators 1 wirken, eine vorbeschriebene Höhe überschreiten.
Der Spannungsregulator 8 muß nicht eines besonderen Aufbaus sein und kann von herkömmlichen Design sein. Die Fig. 2 stellt ein Beispiel eines Schaltkreises dar, der als der Spannungsregulator 8 eingebaut werden kann. Er beinhaltet einen Leistungstransistor 80, der einen mit dem Anschluß 8a verbundenen Kollektor aufweist, einen mit dem Anschluß 8d verbundenen Emitter und eine mit dem Anschluß 8b durch einen Basiswiderstand 81 verbundene Basis. Ein steuerungstransistor 82 besitzt einen mit der Basis des Leistungstransistors 80 verbundenen Kollektor und einen mit dem Anschluß 8d verbundenen Emitter. Der Steuerungstransistor 82 schaltet den Leistungstransistor 80 an und aus. Die Anode einer Zener- Diode 83 ist mit der Basis des Steuerungstransistors 82 verbunden. Wenn die Zener-Diode 83 im Rückwärts-Durchbruch ist, treibt sie den Steuerungstransistor 82. Ein erstes Paar Spannungsteilungswiderstände 84 und 85 sind in Serie zwischen den Anschlüssen 8b und 8d verbunden, und ein zweites Paar Spannungsteilungswiderstände 86 und 87 sind in Serie zwischen den Anschlüssen 8c und 8d verbunden. Die ersten Spannungsteilungswiderstände 84 und 85 sind so ausgewählt, daß die Spannung am Anschluß 8b ein erster regulierter Wert (wie 14,5 V) sein wird, und die zweiten Spannungsteilungswiderstände 86 und 87 sind so gewählt, daß die Spannung am Anschluß 8c ein zweiter regulierter Wert (wie 28,5 V) sein wird, was höher ist als der erste regulierte Wert. Die ersten und zweiten regulierten Werte sind nicht auf irgendwelche besonderen beschränkt, aber der erste regulierte Wert wird höher gewählt als die Spannung der ersten Batterie 10 und niedriger als die Spannung der zweiten Batterie 12, und der zweite regulierte Wert wird höher gewählt als die Spannung der zweiten Batterie 12. Die Anode einer Diode 88 zum Verhindern umgekehrten Stromflusses ist mit der Verbindung der Widerstände 84 und 85 verbunden und ihre Kathode ist mit der Kathode der Zener-Diode 83 verbunden. Die Anode einer anderen Diode 89 zum Verhindern umgekehrten Stromflusses ist mit der Verbindung der Widerstände 86 und 87 verbunden, und deren Kathode ist mit der Kathode der Zener- Diode 83 verbunden. Die Anode einer Sperrdiode 90 ist mit dem Anschluß 8a verbunden, deren Kathode ist mit dem Anschluß 8b verbunden, so daß sie parallel mit der Erregerwicklung 3 verbunden ist.
Der Spannungswandler 14 kann irgendeine Vorrichtung sein, die zur Reduzierung der Spannung am zweiten Ausgang 7 auf einen vorbestimmten Level geeignet ist. Fig. 3 ist ein Schaltdiagramm, das ein Beispiel eines Schaltkreises darstellt, der als Spannungswandler 14 benützt werden kann. Er beinhaltet einen Schalttransistor 140, der einen mit dem Eingangsanschluß 14a verbundenen Kollektor und einen mit dem Ausgangsanschluß 14c über eine Glättungsdrosselspule 141 verbundenen Emitter aufweist. Der Schalttransistor 140 wird durch ein zu ihrer Basis durch eine Betriebsschaltung 145 zugeführtes Signal an- und ausgeschaltet. Ein Abgleichkondensator 142 ist zwischen dem Ausgangsanschluß 14c und dem Erdanschluß 14b angeschlossen. Die Anode einer Sperrdiode 143 ist mit dem Anschluß 14b verbunden, deren Kathode ist mit dem Emitter des Schalttransistors 140 verbunden. Ein Widerstand 144 zum Messen der Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluß 14c ist zwischen einem Eingang des Antriebsschaltkreises 145 und dem Ausgangsanschluß 14c angeschlossen. Basierend auf der durch den Widerstand 144 gemessenen Ausgangsspannung erzeugt die Betriebsschaltung 145 eine Rechteckschwingung, die den Arbeitszyklus des Schalttransistors 140 steuert, um so eine konstante Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluß 14c zu erhalten. Der Ausgang des Schalttransistors 140 in der Form einer Rechteckschwingung wird geglättet und bezüglich der Spannung vermindert durch die Drosselspule 141 und den Kondensator 142, und die geglättete Ausgangsspannung wird der Betriebsschaltung 145 durch den Widerstand 144 als ein Feadbacksignal zugeführt.
Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 1 wird bezugnehmend zu Fig. 4, die die elektrische Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators 1 als eine Funktion der Drehgeschwindigkeit für zwei unterschiedliche Ausgangsspannungen darstellt, erläutert. Wenn der Schalter 15 geschlossen wird, wird die durch den Wechselstromgenerator 1, wie er durch den Motor des Fahrzeugs angetrieben wird, erzeugte Spannung derart sein, daß die Spannung des ersten Ausgangs 6 der erste regulierte Wert (14,5 V) ist, der zum Laden der ersten Batterie 10 geeignet ist. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt kein elektrischer Ausgang von dem zweiten Ausgang 7, da sogar wenn die Ausgangsspannungen des ersten Ausgangs 6 und des zweiten Ausgangs 7 gleich sind, die höhere Spannung der zweiten Batterie 12 an dem zweiten Ausgang 7 anliegt, so daß der Ausgangsstrom von dem Ausgang 7 Null ist. Zu diesem Zeitpunkt vergleicht der Spannungsregulator 8 die Spannung an der Verbindung der ersten Spännungsteilungswiderstände 84 und 85 mit der Durchbruchspannung der Zener-Diode 83. Wenn die Spannung an der Verbindung der Widerstände 84 und 85 höher ist als die Durchbruchspannung, wird die Zener-Diode 83 angeschaltet, der Steuerungstransistor 82 wird angeschaltet, und der Leistungstransistor 80 wird ausgeschaltet, wodurch der Stromfluß durch die Erregerwicklung 3 gestoppt wird. Wenn die Spannung an der Verbindung der Widerstände 84 und 85 niedriger ist als die Durchbruchspannung, wird die Zener- Diode 83 ausgeschaltet, der Steuerungstransistor 82 wird ausgeschaltet, und der Leistungstransistor 80 wird angeschaltet, um dem Stromfluß durch die Erregerwicklung 3 zu erlauben. Die ersten Spannungsteilungwiderstände 84 und 85 werden so ausgewählt, daß die Spannung an deren Verbindung gleich der Durchbruchspannung der Zener-Diode 83 wird, wenn die Spannung am Anschluß 8b gleich dem ersten regulierten Wert 14,5 V ist, wodurch die Ausgangsspannung der Ausgänge 6 und 7 auf dem ersten regulierten Wert gehalten wird. Die Spannung an dem positiven Pol der zweiten Batterie 12 wird an dem Eingangsanschluß 14a des Spannungswandlers 14 angelegt. Jedoch ist der Aufbau des Spannungswandlers 14 derart, daß zu diesem Zeitpunkt die Ausgangsspannung des Ausgangsanschlusses 14c niedriger ist als die Spannung der ersten Batterie 10, so daß kein elektrischer Strom von dem Spannungswandler 14 zugeführt wird.
Wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1 einen vorgeschriebenen Wert erreicht, öffnet der Regler 20 den Schalter 15. Als Ergebnis wird der Anschluß 8b des Spannungsregulators 8 von dem ersten Ausgang 6 getrennt und nur die Spannung (12 V) der ersten Batterie 10, die niedriger ist als der erste reguläre Wert (14,5 V) liegt am Anschluß 8b an. Aufgrunddessen fällt die Spannung der Verbindung der Widerstände 84 und 85 unter die Durchbruchspannung der Zener- Diode 83. Die Zener-Diode 83 hört auf betrieben zu werden, der Steuerungstransistor 82 wird ausgeschaltet, und der Leistungstransistor 80 wird in einem Zustand gehalten, so daß die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 1 anwächst, und die Spannung an den Ausgängen 6 und 7 über den ersten regulierten Wert von 14,5 V anwächst.
Die Ausgangsspannung des zweiten Ausgangs 7 wird an den Anschluß 8c des Spannungsregulators 8 angelegt. Widerstände 86 und 87 werden derart ausgewählt, daß die Spannung an ihrer Verbindung gleich der Durchbruchspannung der Zener-Diode 83 sein wird, wenn die Spannung am Anschluß 8c gleich dem zweiten regulierten Wert von 28,5 V ist. Aufgrunddessen wird die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 1 solange ansteigen, bis die Spannung an dem zweiten Ausgang 7 den zweiten regulierten Wert erreicht, und die Spannung an dem zweiten Ausgang 7 wird auf dieser Spannung durch die Funktion des Spannungsregulators 8 solange gehalten werden als der Schalter 15 offen bleibt.
Die Ausgangsspannung des zweiten Ausgangs 7 wird an die zweite Batterie 12 und die Hochspannungslast 13 angelegt. Da der zweite regulierte Wert etwas höher ist als die Spannung der zweiten Batterie 12, kann der Wechselstromgenerator 1 die zweite Batterie laden, wenn der Schalter 15 offen ist.
Die Ausgangsspannung des zweiten Ausgangs 7 wird ebenso an de Eingangsanschluß 14a des Spannungswandlers 14 angelegt. Der Spannungswandler 14 reduziert diese Eingangsspannung von dem zweiten regulierten Wert von 28,5 V auf eine Spannung wie 14,0 V, die höher ist als die Spannung der ersten Batterie 10 (12 V), aber niedriger ist als der erste regulierte Wert (14,5 V) und legt diese Spannung an die erste Batterie 10 und an die Niedrigvoltlast 11 von dem ersten Ausgangsanschluß 14c an. Somit kann die Ausgangsspannung des Wandlers 14 die erste Batterie 10 laden, ohne die Arbeitsweise des Spannungsregulators 8 zu stören, der damit fortführen kann, die Ausgangsspannung des zweiten Ausgangs 7 auf den zweiten regulierten Wert von 28,5 V zu halten.
Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators 1 und seiner Drehgeschwindigkeit für eine Ausgangsspannung von 14,5 V (gezeigt durch Kurve 1) und 28,5 V (gezeigt durch Kurve II). Bei einer Drehgeschwindigkeit über Punkt A, wo die zwei Kurven sich schneiden, erbringt die höhere Ausgangsspannung eine höhere erzeugte Leistung. Dies aufgrunddessen, da bei diesem Typ eines Wechselstromgenerators 1 der Ausgangsstrom bei einer Arbeitsweise mit hoher Geschwindigkeit aufgrund der Größe der magnetischen Rückspannung des Ankers sättigt, während der Ausgangsstrom nicht von der Ausgangsspannung abhängt. Somit beträgt bei hohen Drehgeschwindigkeiten die Ausgangsleistung (das Produkt der Spannung und des Stroms) bei einer Ausgangsspannung von 28,5 V ungefähr das Zweifache der Ausgangsleistung bei einer Ausgangsspannung von 14,5 V. Jedoch, wie in der Fig. 4 gezeigt, wird bei einem Niedrigdrehgeschwindigkeitsbereich unterhalb des Punkts A aufgrund des zum Beibehalten der Ausgangsspannung benötigten magnetischen Flusses eine höhere Ausgangsleistung bei einer Ausgangsspannung von 14,5 V erhalten als bei 28,5 V. Der Fahrzeugmotor, der den Wechselstromgenerator 1 antreibt, weist einen weiten Drehgeschwindigkeitsbereich (von 700 U/min im Leerlauf bis 6000 U/min beispielsweise), so daß ein Wechselstromgenerator allgemein derart ausgebildet ist, daß bei einer Ausgangsspannung von 14,5 V er eine adäquate Aus gangsleistung für das Fahrzeug erbringen wird, sogar wenn er bei einer Geschwindigkeit dreht (gezeigt durch Punkt B in Fig. 4), die dem Leerlauf des Motors entspricht.
Der Regler 20 öffnet den Schalter 15, wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1 gleich oder größer ist als die Geschwindigkeit am Punkt A in Fig. 4 und schließt dem Schalter 15, wenn die Drehgeschwindigkeit unter die Geschwindigkeit am Punkt A fällt, und die Ausgangsspannung der Ausgänge 6 und 7 wird zwischen dem ersten regulierten Wert von 14,5 V und dem zweiten regulierten Wert von 28,5 V bei der Drehgeschwindigkeit entsprechend dem Punkt A geschaltet.
Von der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ersichtlich, daß eine Stromversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die nur einen einzigen Wechselstromgenerator benutzt, zwei unterschiedliche Ausgangsspannungen erzeugen kann. Da nur ein Wechselstromgenerator notwendig ist, kann die Vorrichtung billig sein, sie kann hinsichtlich des Gewichts leicht sein und aufgrunddessen sich nicht auf den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs auswirken und sie kann kompakt sein, was erlaubt, sie leicht in einem Motorraum unterzubringen. Außerdem kann die durch den Wechselstromgenerator 1 erzeugte Leistung bei hohen Drehgeschwindigkeiten beträchtlich erhöht werden, verglichen mit einem Wechselstromgenerator, der ständig bei einer niedrigen Ausgangsspannung arbeitet, da die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 1 gemäß der Drehgeschwindigkeit der Wechselstromgenerators 1 variiert wird.
Zusätzlich zur Steuerung des Schalters 15 in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1 kann der Regler 20 ebenso derart aufgebaut sein, um den Schalter 15 während des Bremsens des Fahrzeugs zu öffnen. Als Ergebnis kann eine Verlustenergie des Fahrzeugs als elektrische Energiequelle zurückgewonnen werden. Somit wird zusätzlich zu der oben beschriebenen Zunahme in der Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators 1 aufgrund einer höheren Ausgangsspannung die Verlustenergie des Fahrzeugs in der ersten Batterie 10 und der zweiten Batterie 12 zurückgewonnen. Bremsen des Fahrzeugs bezieht sich auf den Zustand, bei dem die Bewegungsenergie des Fahrzeugs umgekehrt von den Rädem zu dem Motor übertragen wird. Der Betrag hängt von dem Betriebsbedingungen ab, aber im allgemeinen ist im Durchschnitt zu erwarten, daß er ungefähr 15% der Betriebszeit des Fahrzeugs beträgt.
Fig. 5 stellt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der allgemeine Aufbau dieser Ausfürhrungsform ist ähnlich der der Ausführungsform nach Fig. 1, und eine Erläuterung der bereits bezüglich der Fig. 1 beschriebenen Teile wird weggelassen. Bei dieser Ausführungsform ist der Stromwandler 14 der Fig. 1 weggelassen und der zweite Ausgang 7 ist nicht mit der ersten Batterie 10 oder der Niedrigvoltlast 11 verbunden. Der Schalter 15 der Fig. 1 ist durch einen Schalter 16 ersetzt, der Anschlüsse 16a - 16c besitzt. Der Anschluß 16a ist mit der ersten Batterie 10, der Niedrigvoltlast 11, einem Ende der Erregerwicklung 3 und dem Anschluß 8b des Spannungsregulators 8 verbunden. Der Anschluß 16b ist mit dem ersten Ausgang 6 des ersten Gleichrichters 4 verbunden. Der Anschluß 16c ist mit einem dritten Ausgang 9 verbunden, der mit einem Punkt auf den Ankerwicklungen 2 verbunden ist&sub1; an dem die Spannung halb so groß ist wie die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 1, das heißt die Hälfte der Spannung an den Ausgängen 6 und 7. Bei dieser Ausführungsform sind die Dreiphasenankerwicklungen 2 durch eine Y-Verbindung miteinander verbunden, und der dritte Ausgang 9 ist mit dem Knotenpunkt der Y-Verbindung verbunden. Der Schalter 16 besitzt einen bewegbaren Kontakt 16d, der durch den Regler 20 gesteuert wird, um zwischen einer Position, in der er dem Anschluß 16a mit dem Anschluß 16b verbindet, und einer anderen Position, in der er den Anschluß 16a mit dem Anschluß 16c verbindet, zu schalten. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 steuert der Regler 20 den Schalter 16 gemäß der Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1. Wenn die Drehgeschwindigkeit niedriger ist als die entsprechende Drehgeschwindigkeit am Punkt A in Fig. 4, wird der bewegbare Kontakt 16d mit dem Anschluß 16b verbunden, und wenn die Drehgeschwindigkeit gleich oder größer ist als die entsprechende am Punkt A, wird der bewegbare Kontakt 16d mit dem Anschluß 16c verbunden.
Der Spannungsregulator 8 kann einen Aufbau wie der in der Fig. 2 dargestellte besitzen. Wenn der bewegbare Kontakt 16d des Schalters 16 mit dem Anschluß 16b verbunden wird, behält der Spannungsregulator 8 die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 1 bei, so daß die Spannung am ersten Ausgang 6 der erste regulierte Wert, wie 14,5 V, ist, und wenn der bewegbare Kontakt 16d mit dem Anschluß 16c verbunden ist, behält der Spannungsregulator 8 die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 1 derart bei, daß die Spannung am zweiten Ausgang 7 der zweite regulierte Wert, das heißt 28,5 V, ist.
Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 5 ist wie folgt. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1 niedriger ist als ein Wert entsprechend am Punkt A in Fig. 4, steuert der Regler 20 den Schalter 16 derart, daß der bewegbare Kontakt 16d mit dem Anschluß 16b verbunden wird, und die Ausgangsspannung des ersten Ausgangs 6 wird an den Anschluß 8b des Spannungsregulators 8 angelegt. Als Ergebnis steuert in der gleichen Art und Weise wie bei der ersten Ausführungsform der Spannungsregulator 8 den durch die Erregerwicklung 3 des Wechselstromgenerators 1 fließenden Strom so, daß die Ausgangsspannung an dem ersten Ausgang 6 der erste regulierte Wert von 14,5 V sein wird.
Wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1 einen Wert entsprechend dem Punkt A in Fig. 4 erreicht, schaltet der Regler 20 den bewegbaren Kontakt 16d derart, daß er mit dem Anschluß 16c verbunden wird, wodurch der Anschluß 8b des Spannungsregulators 8 mit dem dritten Ausgang 9 verbunden wird. Wird der dritte Ausgang 9 mit dem Knotenpunkt der Y-verbundenen Ankerwicklungen 2 verbunden, so beträgt die Spannung des dritten Ausgangs 9 nur die Hälfte der Spannung am ersten Ausgang 6. Wenn die Spannung des dritten Ausgangs 9 an den Anschluß 8b angelegt wird, erlaubt der Spannungsregulator 8, daß die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 1 ansteigt, bis die Ausgangsspannung des zweiten Ausgangs 7, der am Anschluß 8c des Spannungsregulators 8 anliegt, den zweiten regulierten Wert von 28,5 V erreicht. Der Spannungsregulator 8 steuert dann den Strom in der Erregerwicklung 3 derart, daß die Ausgangsspannung am zweiten Ausgang 7 auf dem zweiten regulierten Wert gehalten wird. Die Ausgangsspannung des zweiten Ausgangs 7 wird an die zweite Batterie 12 angelegt, um sie zu laden. Zur selben Zeit wird die Ausgangsspannung des dritten Ausgangs 9 an die erste Batterie 10 angelegt. Diese Spannung ist halb so groß wie die Spannung am zweiten Ausgang 7, das heißt sie ist die Hälfte des zweiten regulierten Werts von 28,5 V oder 14,25 V, so daß sie eine geeignete Höhe zum Wiederaufladen der ersten Batterie 10 hat.
Somit kann wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 diese Ausführungsform zwei Ausgangsspannungen erzeugen, wobei nur ein einzelner Wechselstromgenerator benutzt wird und es kann die Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators in einem hohen Geschwindigkeitsbereich durch Erhöhen seiner Ausgangsspannung erhöht werden. Somit schafft sie die gleichen Vorteile wie die Ausführungsform nach Fig. 1 und hat den weiteren Vorteil, daß sie keinen Spannungswandler zum Erzeugen einer Spannung zum Aufladen der ersten Batterie 10 benötigt, wenn der Wechselstromgenerator in einer hohen Ausgangsspannung arbeitet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird der Schalter 16 in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 1 betrieben. Jedoch kann alternativ der bewegbare Kontakt 16d des Schalters 16 in Abhängigkeit von der Zeit so geschaltet werden, daß die zweite Batterie 12 geeignetermaßen geladen wird, und die Steuerung des Schaltens kann gemäß der Verteilung der benötigten elektrischen Leistung der Hochspannungsseite und der Niedrigspannungsseite ausgeführt werden.
Fig. 6 stellt eine andere Ausführungsforrn der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform nur bezüglich der Art und Weise der Verbindung des dritten Anschlusses 9 mit den Ankerwicklungen 2. Bei dieser Ausführungsform wird der dritte Anschluß 9 mit dem Ausgangsende irgendeiner der drei Ankerwicklungen 2 verbunden. Es ist egal, mit welcher Phase der dritte Anschluß 9 verbunden wird. Diese Art und Weise der Verbindung zwischen dem dritten Anschluß 9 und den Ankerwicklungen 2 ist leichter als die in der Ausführungsform der Fig. 5 verwendeten Art. Sie hat den Nachteil, daß der Welligkeitsfaktor des Gleichstroms des dritten Ausgangs 9 erhöht wird, aber die Durchschnittsspannung am dritten Ausgang 9 ist halb so groß wie die Ausgangsspannung am zweiten Ausgang 7 und ist somit zum Laden der ersten Batterie 10 geeignet. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist dieselbe wie die der Ausführungsform nach Fig. 5 und sie weist die gleichen Vorteile auf.

Claims

1. Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, versehen mit:

einem Generator (1), der eine Ankerwicklung (2) und eine Erregerwicklung (3) besitzt;

ersten und zweiten Ausgängen (6, 7), die mit der Ankerwicklung (2) verbunden sind;

einer ersten Batterie (10);

einem Schalter (15, 16), der zwischen dem ersten Ausgang (6) und dem positiven Pol der ersten Batterie (10) angeschlossen ist und erste und zweite Positionen besitzt, wobei der Schalter zum Schließen des Schaltkreises zwischen der ersten Batterie (10) und dem ersten Ausgang (6) dient, wenn der Schalter in der ersten Position ist, um zu erlauben, daß die erste Batterie (10) durch den Generator (1) geladen wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators in einem ersten Geschwindigkeitsbereich liegt;

einer zweiten Batterie (12), die eine höhere Spannung als die erste Batterie (10) aufweist, wobei der zweite Ausgang (7) mit dem positiven Pol der zweiten Batterie verbunden ist, um der zweiten Batterie zu erlauben, durch den Generator (1) aufgeladen zu werden, wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators in einem zweiten Geschwindigkeitsbereich liegt, der höher ist als der erste Geschwindigkeitsbereich;

wobei die negativen Pole der ersten und zweiten Batterien mit einem gemeinsamen Anschluß verbunden sind;

und einem Schaltkontrollmittel (20) zum Bewirken, daß der Schalter (15, 16) in der ersten Position ist, wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators in dem ersten Geschwindigkeitsbereich liegt; und zum Bewirken, daß der Schalter (15, 16) in der zweiten Position ist, wenn der Wechselstromgenerator in dem zweiten Geschwindigkeitsbereich ist.

2. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend Spannungsregulierungsmittel (8) zum Steuern des Generators (1) zum Beibehalten der Spannung an den Ausgängen auf einer ersten Spannung, die höher ist als die Spannung der ersten Batterie (10) und niedriger ist als die Spannung der zweiten Batterie (12), wenn der Schalter (15, 16) in seiner ersten Position ist und Beibehalten der Spannung an den Ausgängen auf einer zweiten Spannung, die höher ist als die Spannung der zweiten Batterie, wenn der Schalter in seiner zweiten Position ist.

3. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 2, worin der Schalter (15) in der ersten Position geschlossen ist und in der zweiten Position geöffnet ist.

4. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend Spannungswandlermittel (14), das zwischen dem zweiten Ausgang (7) und der ersten Batterie (10) angeschlossen ist zum Wandeln der Spannung an dem zweiten Ausgang (7) auf eine niedrige Spannung, die zum Laden der ersten Batterie (10) geeignet ist.

5. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 2, worin der Regler (20) Mittel zum Festlegen des Schalters (15) auf die zweite Position umfaßt, wenn das Fahrzeug gebremst wird.

6. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 2; ferner umfassend einen dritten Anschluß (9), der mit der Ankerwicklung (2) an einem Punkt angeschlossen ist, der eine Spannung besitzt, die niedriger ist als die Spannung an den ersten und zweiten Ausgängen (6, 7), wobei die Anordnung derart ist, daß der erste Ausgang (6) durch den Schalter (16) mit der ersten Batterie (10) verbunden ist, wenn der Schalter (16) in seiner ersten Position ist und der dritte Ausgang (9) durch den Schalter (16) mit der ersten Batterie (10) verbunden wird, wenn der Schalter (16) in seiner zweiten Position ist.

7. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 6, worin der Wechselstromgenerator ein Dreiphasenwechselstromgenerator ist, der erste bis dritte Ankerwicklungen besitzt, wobei jede Ankerwicklung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, die drei Ankerwicklungen an ihren ersten Enden miteinander verbunden sind, um eine Y-Verbindung zu bilden, der dritte Anschluß (9) mit den ersten Enden der Ankerwicklungen (2) verbunden ist.

8. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 6, worin der Wechselstromgenerator (2) ein Dreiphasenwechselstromgenerator ist, der erste bis dritte Ankerwicklungen besitzt, wobei jede Ankerwicklung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, die drei Ankerwicklungen an ihren ersten Enden miteinander verbunden sind, um eine Y-Verbindung zu bilden, der dritte Anschluß (9) mit dem zweiten Ende einer der Ankerwicklungen verbunden ist.