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Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsschaltung,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug.
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Fahrzeuge sind heute meist mit einem
Generator ausgestattet, dessen Spannungsregelung eine Temperaturkompensation
aufweist. Diese passt die Bordnetzspannung an die Bedürfnisse
der (Blei-)Batterie an, deren optimale Ladespannung mit abnehmender
Temperatur mit etwa 35 mV/K ansteigt. Die höhere Bordnetzspannung erhöht die elektrische Leistung
in ohmschen Verbrauchern, erfordert Mehraufwand in Elektroniken
und schädigt
Glühbirnen.
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In modernen Kraftfahrzeugen kommen
andererseits vermehrt aktive Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (DC/DC-Wandler)
zum Einsatz. Diese werden beispielsweise benötigt, um Front- oder Heckscheibenheizungen
mit einer erhöhten
Spannung. zu versorgen oder Doppelspannungsbordnetze mit nur einem
Generator zu ermöglichen.
Die benutzten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler müssen auf den Maximalstrom überdimensioniert
sein und werden zeitweise nur zum Teil oder gar nicht betrieben.
Es werden daher nicht genutzte Überkapazitäten geschaffen,
die im Leerlauf unerwünschte
Leistungsverluste erzeugen. Aus der
DE 196 00 074 C2 ist ein mehrteiliger Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler bekannt,
der geringere Überkapazitäten ermöglicht.
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In der
DE 198 46 319 A1 wird eine
Energieversorgungsschaltung für
eine Zweispannungssystem vorgeschlagen, welche die Batterie vom
Bordnetz abkoppeln und mit höherer
Spannung laden kann. Allerdings bezieht sich dieser Vorschlag lediglich
auf ein Zweispannungsbordnetz, bei dem eine Spannung aus einem ersten
Generator und die zweite Spannung aus einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
bereitgestellt wird. Solche Systeme sind derzeit jedoch noch nicht
praktikabel.
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Der vorstehende Lösungsansatz basiert auf einem
Vorschlag der
DE 198
05 926 A1 , einen zentralen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in kleinere Einheiten
aufzuteilen. Die Teilwandler können
dann auf verschiedenen Spannungen arbeiten.
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Aus der
DE 199 51 128 A1 ist ein
Zwei-Batterien-Bordnetz bekannt. Dort werden nur spannungsunsensible
Verbraucher (z.B. Starter) mit einer speziellen Startbatterie verbunden.
Diese wird unabhängig
von der Bordnetzspannung über
einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler immer auf maximalen Ladezustand
gehalten. Voraussetzung ist allerdings eine zweite Batterie und
ein weiterer (kleinerer) Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler.
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Es werden heute des öfteren Windschutzscheibenheizungen
mit 42 Volt betrieben. Die Spannung wird über einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
aus dem 12 Volt-Bordnetz zur Verfügung gestellt. Die erforderliche
Leistung von etwa einem Kilowatt belastet sowohl den Generator bzw.
die Batterie (beide 12 Volt), als auch den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler.
Nach Enteisung der Scheibe sinkt die abgegebene Leistung des Wandlers
auf Null und der Generator weist Leistungsreserven auf. Um dieses
Problem zumindest teilweise zu umgehen, wurde in der
DE 201 16 916 U1 eine Lösung vorgeschlagen,
welche die Leistung aus dem Generator in das 12 Volt-Bordnetz über das
Heizelement einspeist. Zusätzlich
kann ein (kleiner) Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler Stromdiskrepanzen
ausgleichen. Dieser Vorschlag weist zwar entscheidende Vorteile
auf, dem ei nerseits steigt die Ausgangsleistung der Stromquelle
(Generator) im Falle benötigter Heizleistung
und andererseits kann auf einen großen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
verzichtet werden. Die Batterie kann allerdings nicht mit erhöhter Spannung
geladen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
eine Energieversorgungsschaltung für ein Fahrzeug anzugeben, bei
dem vorhandene Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler-Überkapazitäten besser ausgenutzt werden,
um die Batterie mit der optimalen Spannung zu laden, ohne jedoch
die Bordnetzspannung zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch
eine Energieversorgungsschaltung gemäß Patentanspruch 1. Ausgestaltungen
und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von
Unteransprüchen.
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Im Einzelnen wird die Aufgabe durch
eine Energieversorgungsschaltung mit einer Batterie zur Zwischenspeicherung
von Energie bei einer Spannung in einem ersten Versorgungsspannungsbereich,
einem Generator zur Energieerzeugung bei einer Spannung in einem
zweiten Versorgungsspannungsbereich, einem eine Spannung im ersten
Versorgungsspannungsbereich führenden
ersten Stromzweig und einem durch den Generator gespeisten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
gelöst,
wobei der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler entweder auf den ersten
Stromzweig oder die Batterie aufschaltbar ist. Als Spannungen eines
Versorgungsspannungsbereichs gelten dabei die Spannungen, die bei üblicher Betriebsweise
um eine bestimmte Nennspannung herum auftreten. Als Batterie kommen
sowohl die elektrochemischen Energiespeicher als auch Kondensatoren
in Betracht. Der Generator kann sowohl eine übliche Lichtmaschine als auch
eine Starter-Generator-Kombination sein.
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Bei einem Zweispannungs-Bordnetz
kann zudem ein die zweite Versorgungsspannung führender zweiter Stromzweig
vorgesehen werden
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Zwischen erstem und zweitem Stromzweig kann
zum Zwecke der (gegenseitigen) Energieversorgung ein passiver Stromwandler
geschaltet werden, der vorzugsweise durch einen ohmschen Widerstand
gegeben ist, jedoch auch allgemein als Impedanz (Widerstand, Induktivität, und/oder
Kapazität) ausgebildet
sein kann.
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Zudem kann der passive Stromwandler
aus einem zwei Impedanzen in Reihe gebildeten Spannungsteiler bestehen,
bei dem zumindest einer der Widerstände als ohmscher Widerstand
ausgebildet ist. Anstelle eine passiven Stromwandlers kann auch ein
aktiver Stromwandler, vorzugsweise ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
geschaltet werden, der den ersten Versorgungsspannungsbereich in
den zweiten Versorgungsspannungsbereich oder umgekehrt umsetzt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist der erste Versorgungsspannungsbereich niedriger, als der zweite
Versorgungsspannungsbereich. So kann beispielsweise der Generator
bei einem zweiten Versorgungsspannungsbereich mit einer Nennspannung
von 42 Volt arbeiten, während
die Batterie als Energiespeicher einen ersten Versorgungsspannungsbereich
mit einer Nennspannung von 12 Volt aufweist.
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Bei einer derartigen Anordnung kann
eine zusätzliche
Batterie zur Zwischenspeicherung von Energie im zweiten Versorgungsspannungsbereich vorgesehen
werden, wobei die zusätzliche Batterie auf
den Generator aufschaltbar ist und damit durch diesen geladen werden
kann.
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In entsprechender Weise kann der
erste Stromzweig auf die Batterie aufgeschaltet werden. Dies ist
insbesondere im Ruhezustand des Fahrzeugs von Vorteil, da dann sämtliche
Energie bei geringsten Verlusten direkt aus der Batterie entnommen werden
kann.
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Bevorzugt wird die Spannung an der
Batterie mittels des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers so geregelt,
dass die maximale Dauer der Ladespannung nicht überschritten wird. Unter Umständen kann aber
die Spannung an der Batterie kurzzeitig beispielsweise zum Zwecke
der Batteriezustandsbestimmung überschritten
werden.
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Weiterhin kann vorgesehen werden,
dass beim Betrieb des Generators der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
und der Generator derart geregelt werden, dass deren Spannung im
ersten Versorgungsspannungsbereich unter der Ladespannung der Batterie
liegt, wobei jedoch ein vorgegebener Minimalwert nicht umterschritten
und ein vorgegebener Maximalwert nicht überschritten wird. Der Minimalwert
wird dabei so gewählt,
dass keine Ladung der Batterie erfolgt, diese aber nicht maßgeblich
entladen wird. Der Maximalwert wird hingegen so gewählt, dass
die maximal zulässige
Spannung der Batterie unter keinen Umständen überschritten wird oder Verbraucher
im Bordnetz geschädigt
werden.
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Die erfindungsgemäße Energieversorgungsschaltung
wird vorzugsweise so ausgelegt, dass bei einem motorischen Betrieb
des Generators, das heißt
beispielsweise bei der Verwendung des Generators als Anlasser, die
Verbindung zwischen Genera tor und Batterie möglichst niederohmig ist, z.
B. durch geschlossenes Relais oder geschaltetem Leistungshalbleiterschalter.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung
sind in einem Ruhebetrieb der Energieversorgungsschaltung der oder
die Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler deaktiviert, wobei Verbraucher
ohne Zwischenschaltung von Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlern an die Batterie
bzw. die Batterien direkt angeschlossen sind, z. B. durch geschlossenes
Relais oder geschaltetem Leistungshalbleiterschalter.
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Schließlich kann vorgesehen werden,
dass die Wärme,
die der oder die (insbesondere passiven) Stromwandler bzw. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
erzeugen, über
den Kühlkreislauf
des Fahrzeugs abgeleitet wird. Die Verlustleistung des oder der Stromwandler
kann damit bei tiefen Temperaturen zur Heizung des Kühlkreislaufes
benutzt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 ein
erstes allgemeines Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung
für ein
Zweispannungsbordnetz,
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2 eine
Weiterbildung der Energieversorgungsschaltung nach 1,
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3 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung
mit einem Gleichstrom-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler und
einer Batterie,
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4 ein
alternatives Ausführungsbeispiel zu
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel,
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5 ein
weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
zu dem in 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel,
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6 eine
weitere alternative Ausführungsform
zu der Ausführungsform
nach 3,
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7 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung
mit einer Batterie mit erhöhter
Spannung und
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8 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltung
mit zwei Batterien unterschiedlicher Spannungen.
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Bei der in 1 gezeigten Energieversorgungsschaltung
erzeugt ein Generator 1 eine (Gleich-)Spannung U2, die
direkt an einen Stromzweig Z2 angelegt ist. An den Generator 1 ist
zudem ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 2 direkt angeschlossen,
der aus der Spannung U2 des Generators 1 eine niedrigere
Spannung U1 erzeugt. Die Spannung U1 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 2 ist dabei
entweder auf einen Stromzweig Z1 oder auf eine Batterie 3 aufschaltbar.
Der Stromzweig Z2 und die Batterie 3 haben dabei jeweils
eine Nennspannung von U2. Schließlich ist noch ein Schalter 4 vorgesehen,
der zwischen Batterie 3 einerseits und Generator 1 und
Stromzweig Z1 andererseits geschaltet ist.
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Wenn die Spannung U2 die maximal
zulässige
Ladespannung der Batterie 3 nicht überschreitet, ist der Schalter 4 geschlos sen
und die Batterie 3 wird durch den Generator 1 direkt
geladen. Dabei ist der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 2 auf
den Stromzweig Z1 aufgeschaltet und versorgt diesen mit der Spannung
U1. Reicht beispielsweise die Spannung U2 nicht mehr zum Laden der
Batterie 3 aus, dann kann der Schalter 4 geöffnet werden
und der Ausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 2 auf die Batterie
mittels des Umschalters 5 aufgeschaltet werden. Nachteilig
ist bei dieser allgemeinen erfindungsgemäßen Lösung, dass beim Laden der Batterie 3 mittels
des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 2 aus dem Generator 1 der
Stromzweig Z1 abgekoppelt ist und somit dessen Spannung U1 gleich
Null ist. Die Spannung U3 über
der Batterie 3 ist beim Laden über den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 2 gleich U1
und im Falle des direkten Ladens aus dem Generator 1 gleich
der Spannung U2.
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Um auch auf dem Stromzweig Z1 die
Spannung U1 zu führen,
wird in 2 ausgehend
von dem Ausführungsbeispiel
nach 1 vorgeschlagen,
zwischen die Stromzweige Z1 und Z2 einen ohmschen Widerstand 6 als
passiven Stromwandler einzusetzen. Als ohmscher Widerstand 6 können dabei
ohmsche Lasten verwendet werden, die eine hohe Strombelastbarkeit
aufweisen. In Frage kommen hierfür
beispielsweise Front- oder Heckscheibenheizungen.
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Der ohmsche Widerstand 6 ist
dabei so ausgelegt, dass für
einen durchschnittlichen Betrieb die Stromwandlung durch den ohmschen
Widerstand 6 ausreichend ist. Bei einer stärkeren Belastung
kann dann mittels des Umschalters 5 der aktive Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 2 mittels
des Umschalters 5 ebenfalls auf den Stromzweig Z1 aufgeschaltet werden.
Im Normalfall ist jedoch der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 2 mit
der Batterie 3 verbunden, um diese zu laden. Allerdings
kann auch Spannung an der Batterie 3 abgegriffen werden,
d. h. der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in umgekehrter Richtung
betrieben werden jedoch ist dies in 2 aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt.
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Eine Ausgestaltung des in 2 gezeigten Grundprinzips
ist in dem Ausführungsbeispiel
nach 3 realisiert. Dabei
speist ein nicht gezeigter Wechselstromgenerator einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 7,
der eine Spannung U4 im Bereich von beispielsweise 18 bis 48 Volt
bereitstellt. Durch einen als passiver Stromwandler wirkenden, zwei
ohmsche Widerstände 8 und 9 aufweisenden
Spannungsteiler wird die Spannung U4 auf eine Spannung U5 geteilt,
die am Abgriff zwischen den Widerständen 8 und 9 abgenommen
wird. Die Widerstände 8 und 9 können dabei
wiederum durch Front- und/oder Heckscheibenheizung gebildet werden oder
durch eine entsprechend segmentierte Front- oder Heckscheibenheizung.
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Die Ladung einer Batterie 10 mit
einer Spannung U6 erfolgt mittels eines Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 11 aus
der Spannung U4. Der Batterie 10 ist dabei ein Verbraucher 12 parallel
geschaltet. Der Abgriff des Spannungsteilers mit den Widerständen 8 und 9 ist
darüber
hinaus zur Steuerung des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers 7 mit
dessen Steuereingang verbunden, so dass die Spannung am Knotenpunkt
der Widerstände 8 und 9 auf
die Spannung US (beispielsweise 13 Volt) ausgeregelt wird. Je nach
Belastung kann die Spannung U4 im Bereich zwischen 18 und 48 Volt
schwanken.
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Der Knotenpunkt zwischen den Widerständen 8 und 9 kann über einen
Schalter 13 auf die Batterie 10 und damit auch
auf den Verbraucher 12 aufschaltbar sein. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 11 speist
dabei einen Strom aus dem 42- Volt-Bordnetz
in die Last 10 und 12. Die anliegende Spannung
kann sich von der Spannung U5 unterscheiden (z. B. 13...36V) oder
gleich sein. In letzterem Fall kann der Schalter 13 geschlossen
sein. Der Knotenpunkt zwischen den Widerständen 8 und 9 kann
darüber
hinaus mittels eines Schalters 42 auf den Ausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 11 aufgeschaltet
werden. Der dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 11 nachgeschaltete Schalter 42 verbindet
dann anstelle der Batterie 10 den Stromzweig Z1 mit dem
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 11.
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Das in 4 gezeigte
Ausführungsbeispiel geht
aus dem Ausführungsbeispiel
nach 3 dadurch hervor,
dass an Stelle des zwischen die beiden Stromzweige Z1 und Z2 geschalteten
Widerstandes 8 ein Kondensator 14 geschaltet ist
und dass dem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 7 ein Umschalter 15 nachgeschaltet
ist, der die Ausgangsspannung des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers 7 entweder
auf den Stromzweig Z1 oder auf den Stromzweig Z2 aufschaltet.
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Der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 7 wird
dabei mittels der Spannung U5 (z.B. 13 Volt) derart geregelt, dass
die Spannung U5 konstant bleibt. Über dem Kondensator 14 ergibt
sich dann ein Spannungsabfall U4 – U5 von bis zu ca. 48 Volt
abzüglich
einiger Verluste, so dass sich insgesamt als Spannung U4 im vorliegenden
Fall eine Spannung zwischen 18 und 58 Volt ergibt.
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Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird wiederum
durch einen nicht gezeigten Generator ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 16 gespeist.
Der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 16 erzeugt
eine Spannung U7 (beispielsweise 13 Volt), die in einen ersten Stromzweig
Z1 eingespeist wird. Mit dem Stromzweig Z1 verbunden ist eine Last 17,
die mit der Spannung U7 gespeist wird. An den Ausgang des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers 16 ist
ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 18 angeschlossen,
dessen Ausgangsspannung mittels eines Umschalters 19 entweder
auf den Stromzweig Z2 oder eine Batterie 20 aufschaltbar
ist. An den Stromzweig Z2 ist eine Last 21 angeschlossen, über der eine
Spannung U8 (beispielsweise 42 Volt) abfällt. Schließlich ist noch ein Schalter 22 zwischen
den Stromzweig Z1 und die Batterie 20 geschaltet.
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Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 18 kann
folglich entweder zur Speisung des Stromzweigs Z2 herangezogen werden
oder aber zur Ladung der Batterie 20 verwendet werden.
Ist der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 18 auf die Batterie 20 aufgeschaltet,
dann ist der Schalter 22 geöffnet und die Batterie 20 wird
mit einer erhöhten
Spannung geladen. Die Energie für
das gesamte Bordnetz wird dabei von dem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 16 bereitgestellt.
Ist der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 18 auf
den Stromzweig Z2 aufgeschaltet, dann kann bei geladener Batterie
der Schalter 22 entweder ebenfalls geöffnet sein oder aber bei stark
entladener Batterie 20 geschlossen sein, so dass die Batterie
mit der Spannung U7 zumindest teilweise geladen wird. Die restliche
Ladung könnte dann
durch zwischenzeitliches Aufschalten des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 18 vervollständigt werden.
Auch in diesem Betriebsfall wird die gesamte Energie vom Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 16 bereitgestellt.
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Ist der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 16 nicht
in Betrieb (z. B. abgestellter Motor), dann erfolgt die Energieversorgung
aus der Batterie 20, wobei der Schalter 22 geschlossen
ist. In diesem Fall wird der Stromzweig Z1 direkt aus der Batterie 20 versorgt
und der Stromzweig Z2 wird unter Zwi schenschaltung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 18 aus
der Batterie 20 gespeist.
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Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein durch
einen nicht gezeigten Generator gespeister Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 23 zur
Speisung eines Stromzweigs Z2 mit einer Spannung U10 (beispielsweise
18 bis 48 Volt) vorgesehen. Mit dem Stromzweig Z2 verbunden und
damit durch die Spannung U10 gespeist ist ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24,
dessen Ausgang mittels eines Kontaktes eines doppelten Umschalters 25 entweder
auf eine Batterie 26 oder eine Last 27 aufschaltbar
ist. Die Batterie führt
eine Spannung U11. Die Spannung U11 wird auf den Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 23 zurückgeführt, um eine
Spannung U10 am Ausgang des Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers 23 einzustellen,
mit der die Spannung U11 gehalten werden kann. Der weitere Kontakt
des doppelten Umschalters 25 ermöglicht die Aufschaltung des
Stromzweigs Z2 unter Zwischenschaltung eines passiven Stromwandlers
in Form eines ohmschen Widerstandes 28 auf die Batterie 26 oder
die Last 27 in entgegengesetzter Weise zum ersten Kontakt
des doppelten Umschalters 25. Darüber hinaus ist noch ein Schalter 29 vorgesehen, mittels
dessen die Batterie 26 direkt auf die Last 27 aufgeschaltet
werden kann.
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Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Batterie 26 entweder über den
Widerstand 28 oder den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 geladen
bzw. umgekehrt dazu wird die Last 27 entweder durch den
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 oder
den Widerstand 28 gespeist, wenn der Generator in Betrieb
ist. Ist der Generator nicht in Betrieb und soll die Stromversorgung
durch die Batterie 26 sichergestellt werden, dann wird
der Schalter 29 geschlossen und die Last 27 wird
aus der Batterie versorgt.
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Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel erzeugt ein
durch einen nicht gezeigten Generator gespeister Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 30 eine
Ausgangsspannung U12 (beispielsweise 30 bis 38 Volt), mit der zum
Einen ein Stromzweig Z2 sowie über
einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 31 ein Stromzweig
Z1 gespeist wird. Der Stromzweig Z1 führt dabei eine Spannung U13
(beispielsweise 13 Volt). An den Stromzweig Z1 ist eine Last 32 und
an den Stromzweig Z2 ist eine Last 33 angeschlossen.
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Zudem ist auf den Stromzweig Z2 über einen Schalter 34 eine
Batterie 35 aufschaltbar. Die Batterie führt dabei
eine Spannung U14. Mit der Spannung U14 wird ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 gespeist,
dessen Ausgang mittels eines Umschalters 37 entweder auf
den Stromzweig Z2 oder auf den Stromzweig Z1 aufschaltbar ist. Je
nach Schalterstellung des Umschalters 37 kann dabei die
Spannung am Ausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 36 unterschiedlich
eingestellt werden. Desweiteren kann der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 bidirektional
betrieben werden, so dass insbesondere ein Laden der Batterie 35 mit
einer gegenüber
der Spannung mit einer gegenüber
der Spannung U12 erhöhten
Spannung möglich
ist. Die Richtung, in der der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 arbeitet kann
dabei von der Spannungsdifferenz der Spannungen U12 und U14 abhängig gemacht
werden.
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Im Normalfall ist der 34 geschlossen
und Schalter 37 zur Last 32 durchgeschaltet. Beide Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 und 37 speisen den
Stromzweig Z1. Sinkt der Strombedarf im Stromzweigl, kann der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 abgeschaltet
werden und der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 zur besseren
Ladung der Batterie 35 benutzt werden. Hierzu wird der
Schalter 34 geöffnet
und der Schalter 37 umgeschaltet. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 überträgt nun Strom aus
dem Stromzweig Z2 zur Batterie 35. Die Spannung U14 kann
dann kleiner oder größer U12
sein.
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Das Ausführungsbeispiel nach 8 ist gegenüber dem
in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel
dahingehend ergänzt,
dass eine zusätzliche Batterie 38 mit
dem Kontakt 37 des Umschalters verbunden ist, der mit dem
Stromzweig Z1 verbunden werden soll verbunden ist. Zwischen diesen
Kontakt und den Stromzweig Z1 ist darüber hinaus ein Schalter 39 eingefügt. Die
Batterie 38 führt
eine Spannung U15, die kleiner ist als die Spannung U14 der Batterie 35.
Den beiden Batterien 38 und 35 ist des weiteren noch
jeweils eine Last 40 bzw. 41 parallel geschaltet. In Erweiterung
des Ausführungsbeispiels
nach 7 kann somit durch
den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 nicht nur der Stromzweig
Z1 im Bedarfsfalle gespeist werden (Schalter 39 geschlossen),
sondern auch die Batterie entsprechend geladen werden (unabhängig von
Schalterstellung des Schalters 39). Der Stromzweig Z1 kann
somit bei diesem Ausführungsbeispiel
zum Einen über
den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 31 aus
dem Stromzweig Z2 versorgt werden, über den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 aus
der Batterie 35 und/oder direkt aus der Batterie 38.
Bei deaktiviertem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (z.B. abgestellter
Motor) kann darüber
hinaus die Batterie 35 als Hauptenergieversorgungsquelle
dienen, wobei die Batterie 38 eine Zwischenpufferung darstellt.
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Obwohl bei den einzelnen Ausführungsbeispielen
nicht immer explizit dargelegt, können sämtliche Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler bidirektional und
mit variablen Eingangs- bzw. Ausgangsspannungen betrieben werden.
Desweiteren können
bei sämtlichen
Ausführungsbeispielen
spannungsunsensible Verbraucher, die beispielsweise bei tiefen Temperaturen
Leistung benötigen,
dem jeweiligen Energiespeicher (Batterie) parallel geschaltet werden.
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Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen
wird die Spannung an der Batterie so geregelt, dass die maximale
Dauerladespannung nicht überschritten wird.
Eventuell kann diese Spannung aber kurzzeitig beispielsweise zum
Zwecke der Batteriezustandsbestimmung überschritten werden.
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Darüber hinaus können die
gezeigten Generatoren (in Verbindung mit den jeweiligen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlern)
sowohl in einem generatorischen Betrieb als auch in einem motorischen Betrieb
(beispielsweise als Anlasser) eingesetzt werden. Die Steuerung der
als Ausführungsbeispiele
gezeigten Energieversorgungsschaltungen erfolgt im generatorischen
Betrieb derart, dass durch entsprechende Regelung der verwendeten
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler.
und der Schalter die Spannung des Bordnetzes knapp unter der Ruhespannung
der Bordnetzbatterie liegt, dabei aber einen Minimalwert nicht unterschreitet
und einen Maximalwert nicht überschreitet.
Der Maximalwert wird dabei unterhalb der Maximalspannung der Bordnetzbatterie
angesetzt.
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Die Steuerung der gezeigten Energieversorgungsschaltungen
im motorischen Betrieb erfolgt in entsprechender Weise derart, dass
das Bordnetz mit der erforderlichen Leistung versorgt wird, jedoch
zwischen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler und Energiespeicher (Batterie)
keine wesentlichen strombegrenzenden Komponenten verbaut sind.
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Bei abgestelltem Motor (keine Versorgung über den
Generator) sind alle Ruhestromverbraucher direkt mit der Bordnetzbatterie
verbunden.
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Schließlich kann die Verlustleistung
des insbesondere passiven Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers bei
tiefen Temperaturen zur Heizung des Kühlkreislaufes benutzt werden.