DE2813987A1

DE2813987A1 - Batterieladesystem

Info

Publication number: DE2813987A1
Application number: DE19782813987
Authority: DE
Inventors: Joseph David Foulkes Taylor
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-04-02
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1978-10-05
Also published as: US4210856A; FR2386177A1; AR228560A1; GB1602462A; AU3491678A; IT1101895B; FR2386177B1; IT7848695A0; ZA781633B; JPS53123848A; IN149886B; ES468451A1; AU522132B2

Description

HOFFMANN · ISITIJE Oc PARTNER 28 1 3987

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197«} · DIPL.-ING. W.E1TLE . D R. RER. NAT. K. HOFFMANN . D1PL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) . D-8000 MDNCHEN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE)

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Lucas Industries Limited
Birmingham / England

Batterieladesys tem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Batterieladesystem für Straßenfahrzeuge.

Es wurden bereits elektrische Systeme für Fahrzeuge vorgeschlagen, bei denen eine Haupt- und eine Zusatzbatterie vorgesehen sind. Dabei wird eine für normale elektrische Belastungen des Fahrzeuges, beispielsweise Beleuchtung und Zündung, verwendet. Die andere Batterie, welche mit der zuerst genannten Batterie in Reihe geschaltet ist, schafft eine höhere Spannungsversorgung für den Startvorgang des Motors und für andere Zwecke.

Es gibt verschiedene Vorschläge für das Aufladen der Zusatzbatterie unter Berücksichtigung von Transformatoren ι, welche einen Gleichrichter mit dem Ausgang eines Generators koppeln, der seinerseits durch einen anderen Gleichrichter mit der Hauptbatterie gekoppelt ist. Ein anderer Vorschlag macht von einem bekannten Typ einer Diode/Kondensator-Spannungsdoppleranordnung Gebrauch. Jedoch

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ist keine dieser Anordnungen vollständig zufriedenstellend.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler zu verwenden, um die Zusatzbatterie aufzuladen. Jedoch waren die dabei verwendeten Stromkreise und Schaltungen sehr komplex und erforderten einen relativ teueren Ausgangstransformator, um die Spannung heraufzutransformieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Batterieladesystem der allgemein bekannten Art zu schaffen, welches einen einfachen und wirkungsvollen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler aufweist, um die Zusatzbatterie aufzuladen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die sich aus dem Patentanspruch 1 ergebenden Merkmale gelöst·

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den U nterans prüchen.

Vorzugsweise sind zwei weitere Wicklungen vorgesehen, und zwar jede mit einer zusammenwirkenden Diode. Diese beiden Wicklungen wirken jeweils mit den beiden Hauptwicklungen zusammen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. In dieser Zeichnung ist schematisch der Stromkreis eines Batterieladesystems dargestellt.

Entsprechend der Darstellung in der Zeichnung ist ein Generator mit einer Statorwicklung 10 versehen. Eine drehbare Feldwicklung 11 wird für das Aufladen sowohl der Hauptbatterie 12 als auch einer Zusatzbatterie 13 verwendet. Ein Hauptgleichrichter 14 verbindet den Ausgang des Generators mit

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einer Hauptversorgungsschiene 15 und einer Erdrückleitung 16, über die die Hauptbatterie 12 angeschlossen ist. Ein Zusatzgleichrichter 17 verbindet den Ausgang des Generators mit der anderen Schiene 18, die über eine Zündwarnlampe 19 und einen Zündschalter 20 mit der Schiene 15 verbunden ist. Wenn der Generator normal läuft, hat die Schiene 18 dieselbe Spannung wie die Schiene 15, so daß die Lampe 19 auf bekannte Weise ausgelöscht ist. Die Feldwicklung 11 ist auf bekannte Weise zwischen der Schiene 18 und der Erdrückleitung 16 mit dem Spannungsregler 21 in Reihe gesshaltet.

Für das Aufladen der Zusatzbatterie 13 ist ein Gleichstrom— zu-Gleichstrom-Wandler vorgesehen, welcher zwei Halbleiterschaltelemente in der Form von npn-Transistoren 24, 25 umfaßt. Jeder dieser Transistoren ist mit einem Emitter versehen, welcher mit der Erdrückleitung 16 verbunden ist. Ein Autotransformator 26 ist mit zwei Hauptw acklungen 27, 28 versehen, die die gleiche Wicklungszahl aufweisen. Ein Ende einer jeden Hauptwicklung ist mit dem Kollektor jeweils eines der Transistoren 24, 25 verbunden. Die anderen Enden der Hauptwicklungen 27, 28 sind miteinander und über eine Drosselspule 29 und einen.Zünder 30, die in Serie geschaltet sind, mit der Schiene 15 verbunden.

Die Transistoren 24, 25 bilden einen Teil eines Oszillators, dessen Rückkopplung durch einen sättigungsfähigen Kerntrans— formator 31 erfolgt. Die Primärwicklung 32 dieses Transformators 31 ist zwischen den Kollektoren der Transistoren 24, 25 mit einem Widerstand 33 in Reihe geschaltet. Die beiden Enden der Sekundärwicklung 34 des Transformators 31 sind durch Widerstände 35, 36 mit der Basis des jeweiligen Transistors 24, 25 verbunden. Die Enden der Sekundärwicklung 34 sind ebenso mit den Kathoden eines Paares von Dioden 37, 38 verbunden, deren Anoden mit dem Emitter eines npn-Transistors 39 verbunden ist, dessen Kollektor mit der Erdrückleitung- 16 verbunden ist.

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Angenommen für den Moment, daß der Transistor 39 leitend ist und der Oszillator schwingt, wenn der Transistor 24 in Betrieb ist, fließt ein Strom durch die Wicklung 2 7 und induziert eine Spannung am Kollektor des Transistors 25, die höher ist als die Spannung an der Schiene 15. Der Strom fließt so durch die Primärwicklung 32 des Transformators 31 und induziert dabei eine Spannung an der Sekundärwicklung 33, wodurch der Strom durch den Widerstand 35, die Verbindung Basis-Emitter des Transistors 24, die Verbindung Kollektor-Emitter des Transistors 39 und die Diode 38 fließt. Dieser Strom bewirkt ein stärkeres Einschalten des Transistors 24. Wenn der Transformator 31 gesättigt ist, hört die Rückkopplung auf und der Transistor 24 beginnt abzuschalten, so daß der in der Primärwicklung des Transformators 32 fließende Strom umkehrt und der Transistor 25 beginnt einzuschalten. Der Kollektor des Transistors 24 nimmt dann eine höhere Spannung an.

Infolge der Verlustwirkung in dem Zünder 30, der Drosselspule 29, dem Autotransformator 26 und den Transistoren 24 und 25 ist die Spitzen-zu-Spitzen-Spannung an den Kollektoren der Transistoren 24, 25 tatsächlich ein wenig niedriger als die doppelte Spannung zwischen den Schienen 15 und der Erdrückleitung 16. Um diesen Verlust zu beseitigen, sind weitere Wicklungen 40, 41 des Autotransformators 26 jeweils mit einem Ende mit dem Kollektor des jeweiligen Transistors 24 oder 25 verbunden. Die anderen Enden dieser weiteren Wicklungen 40, 41 sind mit den Anoden von zwei Dioden 42, 43 verbunden, deren Kathoden miteinander und über eine weitere Drosselspule 44 mit dem positiven Pol der Batterie 13 verbunden sind. Bei einer typischen Anwendung der Hauptwicklungen 27, 28 kann jede Wicklung mit 17 Windungen versehen sein, während die weiteren Wicklungen 40, 41 jeweils nur zwei Windungen aufweisen.

Der Transistor 39 wird verwendet, um die Schwingung des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandlers zu beenden, indem die Stromwege

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für den Rückkopplungsstrom vom Transformator 31 unterbrochen werden. Der Transistor 39 wird durch einen pnp-Transistor gesteuert. Seine Basis ist über einen Widerstand 46 mit dem eigenen Emitter und über einen Widerstand 47 mit dem eigenen Kollektor verbunden. Die Basis des Transistors 45 ist über einen Widerstand 49 mit der Kathode einer Zenerdiode 48 verbunden, welche mit ihrer Anode mit der Erdrückleitung 16 verbunden ist. Die Kathode der Zenerdiode 48 ist ebenso über einen Widerstand 50 mit der Schiene 18 verbunden, mit der ebenfalls der Emitter des Transistors 45 verbunden ist. Der Transistor 45 ist nur dann leitend, wenn die Spannung an der Schiene 18 genügend hoch ist, daß die Zenerdiode 48 durchbricht. Wenn der Transistor 45 leitend ist, kann der Transistor 39 einschalten, um den Rückkopplungsstrom entsprechend der vorangegangenen Beschreibung zu leiten. Wenn die Spannung an der Schiene 18 zu niedrig ist, um die Zenerdiode 48 durchzubrechen, ist der Transistor 45 abgeschaltet und der Transistor 39 kann dadurch nicht leiten, wodurch der Rückkopplungsstrom unterbrochen und ein Schwingen des Oszillators verhindert wird.

Der Kollektor des Transistors 45 ist ebenso mit der Anode einer Diode 51 verbunden, deren Kathode über einen Widerstand 52 mit dem Ende der mit dem Widerstand 36 verbundenen Sekundärwicklung 34 verbunden ist· Ein Widerstand 53 unterbricht die Enden der Primärwicklung 34. Diese beiden Widerstände 52, 53 stellen sicher, daß der Oszialltor zu schwingen beginnt, wenn· immer der Transistor 45 eingeschaltet ist, wodurch sichergestellt wird, daß der Transistor 25 stärker vorgespannt ist, als der Transistor 24.

Die Drosselspulen 29, 44 bilden einen Teil von zwei Filter— Stromkreisen, welche verhindern, daß die bei der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umwandlung erzeugten Oszillationssignale

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den Batteriespannungen überlagert werden. Zu diesem Zweck wirkt die Drosselspule 29 mit zwei Kondensatoren 54, 55 zusammen, deren beide Enden mit der Erdrückleitung 16 verbunden sind· Die Drosselspule 44 wirkt mit einem Kondensator zusammen, welcher zwischen einem Ende mit der Drosselspule 44 und mit dem anderen Ende mit der Verbindung der Hauptwicklungen 27, 28 verbunden ist. Außerdem wirkt die Drosselspule 44 mit einem Kondensator 5 7 zusammen, welcher mit dem anderen Ende der Drosselspule 44 und der Erdrückleitung 16 verbunden ist.

Wie üblich gibt es Verbindungen von der Batterie 12 und dem Zündschalter 20 für 12V-Lasten, die unabhängig bzw. abhängig vom Zündschalter sind (d.h. die Zündung bzw. die Beleuchtung ) ·

Die Batterie 13 wird hauptsächlich zum Starten verwendet. Die Zeichnung zeigt den Starterkreis 60, welcher parallel zur Reihenschaltung der beiden Batterien 12, 13 geschaltet ist. Darüberhinaus kann für andere Lasten beispielsweise ein Anhängerlichtsystem parallel zu der Serienschaltung der Batterien 12, 13 geschaltet sein.

Wenn ein hoher Strombedarf an der Zusatzbatterie 13 besteht, kann es aus wirtschaftlichen Gründen vorzuziehen sein, zwei oder mehr Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler zu verwenden, die parallel arbeiten, um eher die Batterie 13 aufzuladen als die Strommenge des Wandlers zu erhöhen. In diesem Fall muß der aus der Zenerdiode 48, den Transistoren 39 und 45, der Diode 51 und den Widerständen 46, 47, 49 und 50 bestehende Schaltkreis nicht verdoppelt werden, sondern kann gemeinsam für beide oder alle Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler verwendet werden.

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Claims

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PATEN TAN WALTE

DR. ING. E. HOFTMANN (1930-1976) · DIPL.-ING.W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · Dl PL-I NG. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-800Q MDNCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29019 (PATHE)

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Lucas Industries Limited
Birmingham / England

Batterieladesystem

Patentansprüche

1. Batterieladesystem für Straßenfahrzeuge, g e k e η η — -— zeichnet durch einen Generator (10), einen Gleichrichter (14), welcher den Generator (10) mit der Hauptbatterie (12) verbindet, um diese Batterie mittels des Generators aufzuladen, und durch einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler, welcher die Hauptbatterie (12) mit einer mit der Hauptbatterie (12) in Serie geschalteten Zusatzbatterie (13) verbindet, wobei der Gleichstrom—zu-Gleichstrom—Wandler einen Autotrans— formator (26) umfaßt, welcher ein Paar Hauptwicklungen (27, 28) aufweist, von denen jede mit einem Ende an einem Pol der Haupt—

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batterie (12) und die anderen Enden über ein jeweiliges Halbleiterschaltelement am anderen Pol der Hauptbatterie (12) angeschlossen sind, wobei die Schaltelemente einen Teil eines Oszillators bilden, so daß die Schaltelemente abwechselnd einschaltbar sind, und wobei der Transformator zumindest eine weitere Wicklung aufweist, die mit einer zwischen dem anderen Ende der Hauptwicklungen und dem Pol der Zusatzbatterie (13) befindlichen Diode (42, 43) in Serie geschaltet sind.

2. Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei dieser weiteren Wicklungen (40, 41) vorgesehen sind, deren eines Ende mit dem entsprechenden Ende einer der Hauptwicklungen (2 7, 28) und deren andere Enden über eine entsprechende Diode (42, 43) mit dem Pol der Zusatzbatterie (13) verbunden sind.

3. Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine oder beide der weiteren Wicklungen (4O, 41) in Vergleich mit den Hauptwicklungen (27, 28) nur ein ρ aar Windungen aufweisen und dahingehend wirksam sind, die Spannungsverluste in den Hauptwicklungen (27, 28) und Halbleiterschaitelementen zu kompensieren, damit die Amplitude der Wechselspannung durch jede Hauptwicklung geringer ist als die Spannung der Hauptbatterie.

4. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Oszillator ein Paar Transistoren (24, 25) aufweist, die die Schaltelemente bilden, deren Emitter mit dem anderen Pol der Hauptbatterie (12) und deren Kollektoren mit den jeweiligen Hauptwicklungen (27, 28) verbunden sind, daß ein Rückkopplungstransformator (31) eine mit den Kollektoren der Transistoren (24, 25) verbundene Primärwicklung (32) und eine mit den Basen der

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Transistoren (24, 25) verbundene Sekundärwicklung (34) aufweist, und daß ein Paar von weiteren Dioden (37, 38) vorgesehen sind, welche die gegenüberliegenden Enden der Sekundärwicklung (34) mit dem anderen Pol der Hauptbatterie (12) verbinden.

Ladesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Schalttransistor (39) vorgesehen ist, dessen Kollektor-Emitter-Weg in Serie mit den Dioden (37, 38) geschaltet ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche auf die Generatorausgangsspannung anspricht, um die Leitung des Schalttransistors für den Hemmungsvorgang des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandlers zu steuern, wenn sich die Generatorausgangsspannung unterhalb einem vorbestimmten Niveau befindet.

Ladesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Generatorausgangsspannung ansprechende Einrichtung einen weiteren Transistor (45) aufweist, dessen Emitter über einen Zusatzgleichrichter (17) mit dem Generatorausgang und dessen Kollektor mit der Basis des Schalttransistors (39) verbunden ist, und daß die auf die Ausgangsspannung des Generators ansprechende Einrichtung eine Spannungsansprecheinrichtung über den Kollektor-Emitter des weiteren Transistors (45) aufweist und mit der Basis desselben verbunden ist, um den weiteren Transistor einzuschalten, wenn die Spannung ein vorbestimmtes Niveau überschreitet.

Batterieladesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß weiterhin mindestens eine Diode und ein Widerstand vorgesehen sind, die den Kollektor des weiteren Transistors mit den Basen der Transistoren des Oszillators verbinden, um so diesen mit einer ungleichen Vorspannung zu versorgen.

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8. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Filtervorrichtung vorgesehen ist, welche die zusätzliche Wicklung (40, 41) mit der Zusatzbatterie (13) verbindet, wobei die Filtereinrichtung eine Drosselspule (44) umfaßt, welche zwischen den Dioden (42, 43) und der Zusatzbatterie (13) geschaltet ist, und daß die Filtereinrichtung einen Kondensator (5 7) aufweist, welcher ein Ende der Drosselspule (44) mit dem anderen Ende der Hauptbatterie (12) verbindet.

9· Ladesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Filtereinrichtung vorgesehen ist, welche eine weitere Drosselspule (29) aufweist, welche einen Pol der Hauptbatterie (12) mit der Hauptwicklung (27, 28) des Autotransformators (26) verbindet, und daß die weitere Filtereinrichtung ein Paar von Kondensatoren (54, 55) aufweist, die die gegenüberliegenden Enden der weiteren Drosselspule (29) mit dem anderen Pol der Hauptbatterie (12) verbinden. · ■

10. Ladesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kondensator (56) vorgesehen ist, welcher die Verbindung zwischen der zuerst genannten Drosselspule (44) mit der Diode (42, 43) mit der Verbindung zwischen der weiteren Drosselspule (29) und der Hauptwicklung (27, 28) verbindet.

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