DE3027100A1

DE3027100A1 - System zur energieregelung

Info

Publication number: DE3027100A1
Application number: DE19803027100
Authority: DE
Inventors: Richard Elmer Staerzl
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1979-07-19
Filing date: 1980-07-17
Publication date: 1981-02-05
Also published as: US4320335A; JPS5619347A

Description

-A-

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung bzw. Regulierung der Energie.

Herkömmliche Systeme zur Aufladung von Batterien verwenden einen Vollwellen-Brückengleichrichter _r um die Wicklung bzw. Windung eines Wechselstromgenerators mit einer einzigen Phase mit einer Batterie tu verbinden, wodurch zur Aufladung der Batterie die erzeugte Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umgewandelt⁴ wird. Wenn ein solcher Wechselstromgenerator kontinuierlich über relativ lange· Zeit arbeitet, kann es zu einer Überladung der Batterie -kommen, so daß in bestimmten Fällen aufgrund eines zu hohen Stroms die Batterie zerstört werden kann.

Einige Systeme messen die Batteriespannung, um wahlweise einen SCR-Schalter zu betätigen, also einen Schalter mit siliciumgesteuerten Gleichrichtern bzw. Siliciumthyristoren; dadurch wird eine Kompensationswicklung des Generators in einen Stromkreis mit der Energie erzeugenden Wicklung geschaltet. Der Steuerstrom für den SCR-Schalter bei einem solchen System wird direkt von der Batterie durch eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Zener-Diode erhalten. Die Temperatur-Instabilität des siliciumgesteuerten Gleichrichters bzw. Siliciumthyristors SCR und der Zener-Diode führt jedoch zu einer schlechten Spannungsregelung.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein System zur Energieregelung vorzuschlagen, bei dem die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Das System zur Energieregelung nach der vorliegenden Erfindung enthält eine Batterie, die elektrisch über

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eine Anschlußschaltung mit einer elektrische Energie erzeugenden Wicklung eines Generators verbunden ist. Mit der Anschlußschaltung ist ein Schalter verbunden; der Schalter kann zwischen einer ersten Stellung, in der elektrische Energie von der Wicklung der Batterie zugeführt wird, und einer zweiten Stellung umgeschaltet werden, in der der Fluß der elektrischen Energie von der Wicklung zu der Batterie unterbrochen wird. Eine Steuerung spricht auf den Aufladungspegel der Batterie an, um ein temperaturunabhängiges, strombegrenztes Ausgangssignal zu erzeugen, das den Schalter von der ersten Stellung in die zweite Stellung um- . stellt, wodurch der Energiefluß zu der Batterie unterbrochen wird, wenn das Aufladungssignal eine vorgegebene Größe übersteigt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende schematische Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Blockdiagramm eines Systems für die.Energieregelung darstellt.

Das allgemein mit dem Bezugszeichen 21 versehene System zur Energieregelung weist einen Wechselstromgenerator

22 mit einer einzigen Phase auf, der eine Wicklung 23 für die Erzeugung von elektrischer Energie enthält. Eine Anschlußschaltung 24 verbindet die Wicklung 23 elektrisch mit einer Batterie 25. Die Anschlußschaltung 24 enthält eine Vollwellen-Brückenschaltung mit zwei Dioden 26a und 26b sowie zwei Zener- bzw. Z-Dioden 27 und 28. Die Kathoden der Dioden 26a und 26b sind wechselseitig bzw. gegenseitig mit dem positiven Anschluß der Batterie 25, die Anoden der Dioden 26ä und 26b dagegen mit der Wicklung

23 verbunden. Die Anoden der Z-Dioden 27 und 28 sind

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an den negativen Anschluß der Batterie 25 und die Kathoden der Z-Dioden 27 und 28 an die Wicklung 23 angeschlossen.

Eine Schaltungsanordnung 29 zum Feststellen bzw. Fühlen einer Spannung enthält eine Diode 30, die elektrisch mit dem positiven Anschluß der Batterie 25 verbunden ist, um als Verpolungsschutz für die Batterie zu dienen. Eine integrierte Schaltung "31 ist über eine Spannungsteilerschaltung 32 mit der Schaltungsanordnung 29 für die Feststellung bzw. Messung der Spannung verbunden. Die integrierte Schaltung 31 arbeitet als Komparator und kann von einem geeigneten Hersteller bezogen werden, beispielsweise von Texas Instruments, die eine solche integrierte.Schaltung unter der Bezeichnung uA723C vertreiben. Ein nicht invertierender Eingang 33 der integrierten Schaltung 31 ist mit dem Spannungsteiler- 32 verbunden, und zwar mit einer Verbindungsschaltung 34, die einen Widerstand 35 und ein Widerstandsnetzwerk 36 verbindet, das parallel geschaltete Widerstände 37 und 38 aufweist. Das Widerstandsnetzwerk 36 ist mit der

Systemmasse oder einer Massen- bzw. Erdschaltung 39 verbunden. Ein stabilisierender Kondensator 40 ist parallel zu dem Spannungsteiler 32 geschaltet und dient dazu, hochfrequente Obergangs- bzw. Einschalt-Ströme kurzzuschließen, die über die Leitung 29' für die Feststellung der Spannung empfangen werden können; diese Leitung 29' liegt zwischen der integrierten Schaltung 31 und der Batterie 25 , wie man in der Figur erkennen kann.

Ein invertierender Eingang 41 der integrierten Schaltung 31 ist mit einem V _f-Anschluß 42 verbunden, der durch die integrierte Schaltung 31 gebildet wird. Dadurch wird ein hoch bzw. stark geregeltes bzw. reguliertes Bezugssignal V_f an dem invertierenden Eingang 41 aufrechterhalten, wobei dieses Signal im wesentlichen konstante

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Größe hat und unabhängig von Temperaturänderungen und Änderungen des Batteriepotentials ist. Eine Ausgangsschaltung 43 verbindet die integrierte Schaltung 31 mit einem Schalter 44 und enthält eine Anschlußschaltung 45, einen zur Feststellung bzw. zum Fühlen des Stroms dienenden Widerstand 46 und eine Anschlußschaltung 47. Eine Rückkopplungsschaltung 48 ist mit der Schaltungsanordnung 45 verbunden, wodurch eine Rückkopplung zu einem strombegrenzenden Eingang 49 der integrierten Schaltung 31 entsteht. Die Anschlußschaltung 47 ist mit einem stromfühlenden Anschluß 50 der integrierten Schaltung 31 durch eine Anschlußschaltung 51 verbunden.

Die hier erwähnten Anschlußschaltungen werden zweckmäßigerweise durch einfache, stromführende Drähte gebildet.

Der Schalter 44 ist direkt parallel zu der Z-Diode 27 geschaltet und besteht aus einem halbleitergesteuerten Gleichrichter (SCR) mit einer Anodenschaltung 52, die mit der Kathodenschaltung der Z-Diode 27 verbunden ist. Eine Kathodenschaltung 53 des halbleitergesteuerten Gleichrichters 44 ist mit der Systemmasse oder der Erdschaltung 39 verbunden, während eine Steuerschaltung 54 , nämlich die Steuerelektrode des Thyristors 44, über Verbindungsschaltungen 45 und 47, nämlich Leitungen, und den stromfühlenden Widerstand 46 mit der integrierten Schaltung 31 verbunden ist.

Ein kompensierender Kondensator 55 ist mit dem Kompensationsanschluß der integrierten Schaltung 31 verbunden, während der V-Anschluß mit der Systemmasse oder Erde 39 durch eine Schaltung 56, nämlich eine Leitung, verbunden ist. Die V+ und V -Anschlüsse der integrierten Schaltung 31 sind durch eine Verbindungsschaltung 57 mit einem Widerstand 58 mit der Spannungsbezugsleitung 29 verbunden. Der Widerstand 58 dient als Spannungsschutz für die integrierte Schaltung 31.

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Beim Betrieb führt der Wechselstromgenerator 22 gleichgerichtete Vollwellen, Speiseenergie zu, um■die Batterie 25 über die Anschlußschaltung 24 aufzuladen.

Das Potential der Batterie 25 wird durch die Fühlschaltung 29 festgestellt, die an dem nicht invertierenden Eingang 33 der integrierten Schaltung 31 überwacht wird» Wenn das Potential an dem Eingang 33 auf einen vorgegebenen Pegel zunimmt, wie beispielsweise eine Gleichspannung von 7 Volt, der durch das an dem invertierenden Eingang 41 erscheinende Bezugspotential V ^ festgelegt wird, schaltet die integrierte Schaltung 31 von dem Zustand "AUS" zu dem Zustand "EIN" um, um der Steuerschaltung 54 des Schalters 44 durch den Ausgang 43 ein·erregendes Signal zuzuführen. Das Auftreten eines vorgegebenen Signals an dem Eingang 33 zeigt an, daß die Batterie 25 auf einen vorgegebenen Pegel aufgeladen worden ist, wie beispielsweise auf einen Gleichspannungspegel von 14,2 Volt; außerdem wird dadurch angedeutet, daß die zusätzliche, weitere Aufladung dazu führen könnte, daß die Batterie 25 einen zu hohen Strom empfangen würde, der sonst die Batterie 25 beschädigen oder gar zerstören könnte.

Wenn die integrierte Schaltung 31 in dem Zustand "EIN" geschaltet wird, und der Steuerelektrode 54 ein erregendes Signal zuführt, wird der siliciumgesteuerte Gleichrichter 44 in den Zustand "EIN" geschaltet, wodurch ein Kurzschluß-Strompfad um die Z-Diode 27 gebildet wird. Auf diese Weise wird die Energie von der Wicklung 23 des Wechselstromgenerators 22 durch den siliciumgesteuerten Gleichrichter SCR44 zu der Systemmasse oder Erde 39 geleitet und dadurch von der Batterie 25 weggelenkt. Auf diese Weise läßt sich eine überladung und damit überlastung der Batterie 25 wesentlich verringern oder gar ganz vermeiden.

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Der Ausgang der Anschlußschaltung 45 der Ausgangsschaltung 4 3 wird durch eine Schaltungsanordnung 4 8 zurückgekoppelt , um an dem Ausgang 43, der durch die integrierte Schaltung 31 vorgesehen ist, eine Strombegrenzung für das erregende Signal zu liefern. Damit wirkt also ein zu hohes Signal an dem Ausgang 43 durch den strombegrenzenden Eingang 49 der integrierten Schaltung 31 in der Weise, daß die Energiemenge reduziert wird, die der Verbindungsschaltung 43 zugeführt wird, und das erregende Ausgangssignal innerhalb eines vorgegebenen Wertebereiches gehalten wird; dieser Wertebereich wird so festgelegt, daß ein sicherer Betrieb des Systems möglich ist und der siliciumgesteuerte Gleichrichter SCR44 ausreichend geschützt ist.

Das System zur Energieregelung bzw. Energieregulierung nach der vorliegenden Erfindung liefert also eine regulierte Gleichspannung von einem einphasigen Wechselstromgenerator, um das Ausgangssignal des Wechselstromgenerators während der abwechselnden Halbzyklen wesentlich zu verringern, sobald die Batterie auf einen vorgegebenen Pegel aufgeladen worden ist; dadurch läßt sich eine Überladung und damit eine Beschädigung der Batterie vermeiden. Das System enthält eine temperaturkompensierte BezugsSpannungsquelle, so daß die Regelung im wesentlichen unabhängig von Temperaturänderungen erfolgt; außerdem ist eine unabhängige Ansteuerung mit Strombegrenzung für die Steuerung des Energieflusses vorgesehen.

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e e r s e

it

Claims

PATENT ANWAuT-S

BRUNSWICK CORPORATION
One Brunswick Plaza
Skokie, Illinois 60076
USA

A. GRUNECKER

EKPU-ING.

H. KINKELDEY

OR-INQ

W. STOCKMAIR

DR-ING ■ AaE(CALTtCH)

K. SCHUMANN

DR RER. NAT. · DlPU-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL-INa

G. BEZOLD

DR RER. NAr - DlPL-CHEM.

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 15 243 17. Juli 1980

System zur Energieregelung

Patentansprüche

.) System zur Energieregelung, bei dem eine Batterie elektrisch mit einer elektrische Energie erzeugenden Wicklung eines Generators durch eine Anschlußschaltung mit einem Schalter verbunden ist, der zwischen einer ersten Stellung, in der elektrische Energie von der Wicklung der Batterie zugeführt wird, und einer zweiten Stellung umschaltbar ist, in der der Fluß der
elektrischen Energie von der Wicklung zu der Batterie unterbrochen ist, gekennzeichnet
durch eine mit der Batterie (25) verbundene

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TELEFON (ΟΘΒ) 99 98 63

TELEX OS-90 a BO

TELEeFlAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

Fühlschaltung (29) zur Erzeugung eines Signals, das den Ladungszustand der Batterie (25) anzeigt, durch eine Bezugsschaltung zur Erzeugung eines Bezugssignals, und durch einen mit der Fühlschaltung (29) und der Bezugsschaltung verbundenen Komparator (31) mit einer mit dem Schalter (44) verbundenen Ausgangsschaltung, um den Schalter (44) von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bringen und dadurch den Energiefluß zu'.'der Batterie (25) zu unterbrechen, wenn das die Ladung anzeigende Signal eine vorgegebene Größe übersteigt, die in Abhängigkeit von dem Bezugssignal (V _f) festgelegt wird.
2. System zur Energieregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsschaltung eine hochgeregelte Steuerung enthält, um unabhängig von der Ladung der Batterie (25) ein im wesentlichen konstantes Bezugssignal aufrechtzuerhalten.
3. System zur Energieregelung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung eine hochgeregelte Steuerung enthält, um im wesentlichen unabhängig von Temperaturänderungen ein im wesentlichen konstantes Bezugssignal (V *) aufrechtzuerhalten.
4. System zur Energieregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mit der Ausgangsschaltung verbundene Strombegrenzungsschaltung, um die Größe des dem Schalter (44) zugeführten Stroms zu begrenzen.

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5. System zur Energieregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußschaltung eine Z-Diode (27, 28) enthält, und daß der Schalter einen parallel zu der Z-Diode (27, 28) geschalteten, siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR 44) mit einer Kathodenschaltung enthält, die mit der Massenschaltung (39) des Systems verbunden ist.
6. System zur Energieregelung, gekennzeichnet durch eine Gleichspannungsbatterie (25), die elektrisch mit der einphasigen Wicklung (23) eines Wechselstromgenerators (22) durch eine Gleichrichterschaltung verbunden ist, durch einen die einphasige Wicklung (23) mit der Systemmasse (39) verbindenden Schalter (44), und durch eine Einrichtung, die so geschaltet ist, daß sie die Aufladung der Batterie (25) feststellt, um ein temperaturunabhängiges Steuersignal zu erzeugen, das den Schalter (44) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand bringt, um die einphasige Wicklung (23) elektrisch mit Masse (39) zu verbinden, wodurch die Aufladung der Batterie (25) begrenzt wird.
7. System zur Energieregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (44) direkt parallel zu einem Gleichrichter in der Gleichrichterschaltung geschaltet ist.
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