DE10008265A1 - Elektronische Schaltvorrichtung mit einem Batterieschalter und einem Standby-Schalter - Google Patents
Elektronische Schaltvorrichtung mit einem Batterieschalter und einem Standby-SchalterInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltvorrichtung zum zeitweiligen Verbinden einer Batterie mit einem Verbraucher. Sie weist einen zwischen der Batterie und dem Verbraucher angeordneten Batterieschalter auf. Dieser wird von einer Schaltersteuereinheit angesteuert, deren Ausgangssignal zum Ein- und Ausschalten des Batterieschalters dient. Weiterhin enthält sie einen parallel zum Batterieschalter angeordneten Standby-Schalter, welcher vorzugsweise ein Halbleiterschalter ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltvorrich
tung zum zeitweiligen Verbinden einer Batterie mit einem
Verbraucher, welche Schaltvorrichtung einen zwischen der
Batterie und dem Verbraucher angeordneten Batterieschal
ter und eine Schaltersteuereinheit aufweist, deren Aus
gangssignal zum Ein- und Ausschalten des Batterieschal
ters vorgesehen ist.
Aus der DE 195 48 612 A1 ist bereits ein elektronischer
Schalter zum zeitweiligen Verbinden wenigstens zweier An
schlüsse mit wenigstens zwei elektrisch steuerbaren
Schaltelementen bekannt, die in einer Leitung zwischen
den beiden Anschlüssen angeordnet sind. Dabei ist wenig
stens eines der elektrisch steuerbaren Schaltelemente ein
Feldeffekttransistor oder ein anderes bidirektionales
Bauelement mit externer oder integrierter Überlastab
schaltung. Ein derartiger elektronischer Schalter kann im
Zusammenhang mit einem Fahrzeug-Bordnetz verwendet wer
den, wobei der elektronische Schalter zum zeitweiligen
Verbinden wählbarer Verbraucher und/oder einer Batterie
mit einem Generator und/oder mehrerer Batterien dient.
Weiterhin kann derartiger Schalter zum zeitweiligen Ver
binden mehrerer Anschlüsse in einem mehrkreisigen Fahr
zeug-Bordnetz dienen, wobei das mehrkreisige Bordnetz we
nigstens zwei Batterien umfaßt.
Weiterhin wurden bereits Zweispannungs-Bordnetze für
Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, welche ein 42-V-Bordnetz
für Hochleistungsverbraucher und ein 14-V-Bordnetz für
Verbraucher geringeren Leistungsbedarfs aufweisen. Diese
Netze werden jeweils von einer Batterie (36 V bzw. 12 V)
als Energiespeicher gepuffert. Die Speisung des 42-V-
Netzes erfolgt durch einen 42-V-Generator. Die Energie
versorgung des 14-V-Netzes erfolgt unter Verwendung eines
Gleichspannungswandlers aus dem 42-V-Netz. Eine Realisie
rungsform sieht vor, zwischen dem 42-V-Bordnetz und dem
14-V-Bordnetz zwei parallel zueinander angeordnete
Gleichspannungswandler einzusetzen. Einer dieser Gleich
spannungswandler ist als bidirektionaler Wandler ausge
führt. Er kann demzufolge als Tiefsetzsteller und als
Hochsetzsteller arbeiten, um einen Energieaustausch zwi
schen den Speichern vornehmen zu können.
Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltvorrich
tung ist der Standby-Schalter bei ausgeschaltetem Batte
rieschalter eingeschaltet. Er nimmt keinen Ruhestrom auf.
Es ist keine Ladungspumpe erforderlich.
Durch die Verwendung eines elektronischen Schalters als
Standby-Schalter wird ein verschleißfreies Schalten er
reicht, bei welchem kein Prellen auftritt und auch gerin
gere EMV-Probleme bestehen als bei der Verwendung mecha
nischer Schalter. Gegenüber letzteren ist auch der not
wendige Platzbedarf reduziert.
Weitere Vorteile der Erfindung liegen in der guten Inte
grierbarkeit des Standby-Schalters. Es besteht die Mög
lichkeit, den Standby-Schalter und dessen Ansteuerlogik
in Form eines einzigen integrierten Schaltkreises zu rea
lisieren. Weiterhin kann alternativ dazu auch die gesamte
Schalteinheit, die den Standby-Schalter, seine Ansteuer
logik, den Batterieschalter und dessen Ansteuereinheit
umfaßt, als eine einzige integrierte Schaltung aufgebaut
sein.
Durch eine Überwachung des Spannungsabfalls über den
Standby-Schalter oder eine Strommessung im Standby-
Schalter kann ein erhöhter Energiebedarf detektiert wer
den und eine automatische Zuschaltung des Batterieschal
ters erfolgen, um den erhöhten Energiebedarf zu decken.
Bei einer Verwendung eines elektronischen Schalters als
Standby-Schalter wird weiterhin im Vergleich zur Verwen
dung eines mechanischen Schalters der Vorteil erzielt,
daß im geöffneten Schaltzustand des Batterieschalters die
zur Betätigung des Standby-Schalters zu erbringende An
steuerleistung reduziert ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren bei
spielhaft näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt ein Block
schaltbild einer elektronischen Schaltvorrichtung zum
zeitweiligen Verbinden einer Batterie mit einem Verbrau
cher. Die Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel
für einen Standby-Schalter. Die Fig. 3 zeigt ein zweites
Ausführungsbeispiel für einen Standby-Schalter. Die Fig.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Stand
by-Schalter. Die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer
weiteren elektronischen Schaltvorrichtung zum zeitweili
gen Verbinden einer Batterie mit einem Verbraucher.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer elektroni
schen Schaltvorrichtung zum zeitweiligen Verbinden einer
Batterie mit einem Verbraucher. Dabei handelt es sich bei
der Batterie 1 um eine 12 V-Batterie, die zur Pufferung
bzw. zum Auffangen von Spannungseinbrüchen eines 12 V-
Verbrauchers 2 vorgesehen ist, beispielsweise des 12 V-
Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges. Diesem 12 V-Bordnetz 2
gehören Verbraucher an, wie eine Uhr, ein Radio, eine
Schließvorrichtung, Speicherbausteine und Steuergeräte,
die auch im Standby-Betrieb mit Energie versorgt werden
müssen.
Im Signalweg zwischen der Batterie 1 und dem Verbraucher
2 ist eine elektronische Schaltvorrichtung 3 vorgesehen,
deren Baugruppen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet
sind. Weiterhin steht die elektronische Schaltvorrichtung
3 über einen CAN-Bus mit einem externen Bordnetz-Manage
mentsystem 4 in Verbindung.
Der Schaltvorrichtung gehört ein elektronischer Batterie
schalter an, der aus zwei in Reihe geschalteten MOS-Feld
effekttransistoren oder PROFET's 5, 6 besteht. Eine der
artige Reihenschaltung zweier MOS-Feldeffekttransistoren
zur Bildung eines bidirektionalen, überlastgeschützten
Schalters ist in der eingangs genannten DE 195 48 612 be
schrieben.
Die Ansteuerung des Schalters 5, 6 erfolgt durch eine
Schaltersteuereinheit, der eine Ansteuerlogik 7 und ein
Mikrocomputer 8 angehören.
Der Mikrocomputer 8 wertet die im 12 V-Bordnetz vorlie
gende Spannung aus und erzeugt beim Erkennen des Vorlie
gens einer Unterspannung ein Steuersignal für die Ansteu
erlogik 7. Diese stellt als Reaktion darauf an ihrem Aus
gang ein Einschaltsignal für den Batterieschalter 5, 6
zur Verfügung, so daß der Spannungsabfall im Bordnetz 2
ausgeglichen werden kann. Weiterhin wird mittels des Mi
krocomputers 8 auch eine Messung des durch den Batterie
schalter 5, 6 fließenden Stromes durchgeführt. Erkennt
der Mikrocomputer anhand der Stromflußrichtung, daß ein
Stromrückfluß vom 12 V-Bordnetz 2 in die Batterie 1 er
folgt, dann erzeugt er ein weiteres Ansteuersignal für
die Ansteuerlogik 7. Diese stellt als Reaktion darauf an
ihrem Ausgang ein Ausschaltsignal für den Batterieschal
ter 5, 6 zur Verfügung.
Die genannte Strommessung erfolgt bei einer Verwendung
von PROFET's als Batterieschalter direkt im Schalter, da
bei PROFET's bereits eine Strommessung integriert ist.
Bei Verwendung von MOSFETs als Batterieschalter kann die
Strommessung über eine Shuntmessung oder über Stromwand
ler erfolgen.
Der Mikrocomputer 8 leitet die ihm vorliegenden Informa
tionen über den CAN-Bus an das externe Bordnetz-Manage
mentsystem 4 weiter, in welchem eine Gesamtenergiever
brauchsermittlung und eine Berechnung des Batteriezustan
des erfolgen. Weiterhin kann vom Bordnetz-Management
system 4 auch dem Mikrocomputer 8 signalisiert werden,
daß ein erhöhter Leistungsbedarf vorliegt. Als Reaktion
darauf erzeugt der Mikrocomputer 8 auch unabhängig vom
Ergebnis der eigenen Bordnetz-Spannungsauswertung ein
Steuersignal für die Ansteuerlogik 7, aufgrund dessen
diese dem Batterieschalter 5, 6 ein Einschaltsignal zu
führt.
Parallel zum Batterieschalter 5, 6 ist ein Standby-Schal
ter 9 geschaltet, über welchen das 12 V-Bordnetz 2 im
Standby-Betrieb, d. h. bei abgestelltem Fahrzeug, ausge
schaltetem Gleichspannungswandler bzw. ausgeschaltetem
Steuergerät, mit Energie versorgt wird. Der Standby-
Schalter 9 ist ein Halbleiterschalter, der vorzugsweise
P-Kanal-MOSFET's T1 und T2 aufweist, die in Reihe zuein
ander angeordnet sind, wobei die Drain-Anschlüsse der
beiden Feldeffekttransistoren miteinander verbunden sind.
Die Feldeffekttransistoren bilden wegen der internen Bo
dy-Dioden einen in beiden Flußrichtungen sperrenden
Schalter. Die Ansteuerung der Gate-Anschlüsse der Feldef
fekttransistoren zum Ein- und Ausschalten des Schalters 9
erfolgt durch eine Ansteuerlogik 10, der ihrerseits Steu
ersignale vom Mikrocomputer 8 zugeführt werden.
Die Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ei
nen Standby-Schalter. Bei diesem Ausführungsbeispiel bil
den die beiden P-Kanal-MOSFET's T1 und T2 den Schalter,
wobei die Drain-Anschlüsse der beiden Feldeffekttranisto
ren miteinander verbunden sind. Im aktiven Zustand des
Steuergerätes werden der Ansteuerlogik über die Transi
storen T4 und T3 sowie T6 und T5 Ansteuersignale zuge
führt, durch welche die den Schalter bildenden P-Kanal-
MOSFETs T1 und T2 gesperrt werden. Ist das Steuergerät
hingegen deaktiviert bzw. der Gleichspannungswandler ab
geschaltet, dann ist auch das vom Mikrocontroller 8 ge
lieferte Ansteuersignal Null bzw. nicht aktiv, so daß die
P-Kanal-MOSFET's über die Pull-Down-Widerstände R1 und R2
aufgesteuert werden. Dabei fließt kein Querstrom, da
MOSFETs leistungslos angesteuert werden. Die Drain-Gate
bzw. Source-Gate-Leckströme sind dabei vernachlässigbar
klein.
Das gemeinsame Source-Potential der MOSFETs T1 und T2
kann als Statussignal für den Schaltzustand des Standby-
Schalters verwendet werden, da an diesem Punkt nur dann
eine Spannung anliegen kann, wenn beide Transistoren T1
und T2 eingeschaltet bzw. aktiv geschaltet sind. Das ge
nannte Statussignal wird über den Transistor T7 und den
Begrenzer R11, R12, D6 dem Mikrocomputer zugeführt. Der
Transistor T7, dessen Gate-Anschluß über einen Transistor
T8 angesteuert wird, dient zum Abtrennen der Begrenzer
schaltung im ausgeschalteten Zustand des Gleichspannungs
wandlers, damit kein Ruhestrom fließt. Der Gate-Anschluß
des Transistors T8 wird vom Mikrocomputer 8 aus angesteu
ert.
Die Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ei
nen Standby-Schalter. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind
die Source-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren T1 und
T2 miteinander verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil,
daß zur Ansteuerung der Feldeffekttransistoren eine
gemeinsame Ansteuerlogik verwendet werden kann.
Die Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für ei
nen Standby-Schalter. Dieser weist nur einen Feldeffekt
transistor T1 auf, so daß die Schalteranordnung wegen der
Body-Diode nur in einer Richtung sperren kann, nämlich
von der Batterieseite aus in Richtung der Verbrauchersei
te.
Die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren
elektronischen Schaltvorrichtung zum zeitweiligen Verbin
den einer Batterie mit einem Verbraucher. Die in der
Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von
der Ausführungsform gemäß Fig. 1 im wesentlichen durch
den Spannungsdetektor 11. Dieser ist zur Detektion der
Spannung über einen der P-Kanal-MOSFET's vorgesehen.
Überschreitet diese Spannung bzw. der zugehörige Strom
einen vorgegebenen Schwellenwert, dann wird über die An
steuerlogik 7 der Batterieschalter 5, 6 eingeschaltet, so
daß der Energiebedarf des 12 V-Bordnetzes 2 durch Energie
aus der Batterie 1 gedeckt werden kann. In einem derarti
gen Fall kann dann auch der Standby-Schalter 9 ausge
schaltet werden, wobei diese Ausschaltung von der Ansteu
ereinheit 7 initiiert und von der Ansteuerlogik 10 durch
Erzeugung eines geeigneten Abschaltsignals durchgeführt
werden kann.
Damit dabei kein ständiger Wechsel des Schaltzustandes
von Batterieschalter 5, 6 und Standby-Schalter 9 auf
tritt, erfolgt eine Selbsthaltung des Schaltzustandes
durch eine Stromdetektierung im Batterieschalter. Diese
wird mittels eines Stromdetektors 12 durchgeführt, wel
cher einen Differenzverstärker aufweist, dessen einer
Eingang mit dem Feldeffekttransistor 5 und dessen anderer
Eingang mit Masse verbunden ist. Zwischen den beiden Ein
gängen des Differenzverstärkers 12 ist ein Widerstand
vorgesehen. Der Ausgang des Stromdetektors 12 ist mit der
Ansteuereinheit 7 für der Batterieschalter 5, 6 verbun
den.
Unterschreitet der gemessene Strom durch den Batterie
schalter 5, 6 einen vorgegebenen minimalen Stromwert, so
wird der Standby-Schalter 9 wieder eingeschaltet, wobei
dieses Wiedereinschalten von der Ansteuereinheit 7 initi
iert und von der Ansteuerlogik 10 durch Bereitstellung
eines Einschalt-Steuersignals für den Gate-Anschluß der
Feldeffekttransistoren des Standby-Schalters durchgeführt
wird. Weiterhin wird in diesem Fall der Batterieschalter
5, 6 wieder ausgeschaltet.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Standby-
Schalter 9 nur für den Standby-Strom des Bordnetzes 2
ausgelegt werden muß, da bei Vorliegen eines erhöhten
Strombedarfs automatisch der Batterieschalter 5, 6 einge
schaltet bzw. aktiviert wird.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist es auch mög
lich, beim Vorliegen eines erhöhten Energiebedarfes im
Standby-Betrieb den Batterieschalter 5, 6 einzuschalten
und nach diesem Einschalten auch den Standby-Schalter 9
im eingeschalteten Zustand zu belassen. In diesem Falle
erfolgt der Stromfluß über beide Schalter.
Claims (16)
1. Elektronische Schaltvorrichtung zum zeitweiligen Ver
binden einer Batterie mit einem Verbraucher, mit einem
zwischen der Batterie und dem Verbraucher angeordneten
Batterieschalter und einer Schaltersteuereinheit, deren
Ausgangssignal zum Ein- und Ausschalten des Batterie
schalters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen parallel zum Batterieschalter (5, 6) ange
ordneten Standby-Schalter (9) aufweist.
2. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der Standby-Schalter ein
Halbleiterschalter (T1, T2) ist.
3. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter
zwei in Reihe zueinander angeordnete MOSFETs oder
PROFET's aufweist.
4. Elektronische Schaltvorrichtung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
sie eine Ansteuerlogik (10) aufweist, die zur Generierung
von Ansteuersignalen zum Ein- und Ausschalten des Stand
by-Schalters (9) vorgesehen ist.
5. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, da
durch gekennzeichnet, daß sie einen Mikrocontroller
(8) aufweist, der ausgangsseitig mit der Ansteuerlogik
(10) verbunden ist und zur Erzeugung eines Ein-/Aus-
Steuersignals dient.
6. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 4 oder
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerlogik
(10) einen Ausgang für ein Statussignal für den Schaltzu
stand des Standby-Schalters (9) aufweist, welcher Ausgang
mit einem Eingang des Mikrocontrollers (8) verbunden ist.
7. Elektronische Schaltvorrichtung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ansteuerlogik (10) die Schaltersteuersignale für den
Standby-Schalter (9) derart erzeugt, daß der Standby-
Schalter bei gesperrtem Batterieschalter (5, 6) leitet
und leitendem Batterieschalter (5, 6) sperrt.
8. Elektronische Schaltvorrichtung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er
einen Detektor (11) aufweist, der zur Detektion des Span
nungsabfalls oder zur Strommessung im Standby-Schalter
(9) dient.
9. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, da
durch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Span
nungsdetektor ist und einen Komparator (11) aufweist, der
ausgangsseitig mit der Schaltersteuereinheit (7) für den
Batterieschalter (5, 6) verbunden ist.
10. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 9, da
durch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuereinheit
(7) als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors
(11) ein Einschaltsignal für den Batterieschalter (5, 6)
zur Verfügung stellt.
11. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuerein
heit (7) als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detek
tors (11) ein Ausschaltsignal für den Standby-Schalter
(9) bereitstellt, welches der Ansteuerlogik zugeführt
wird.
12. Elektronische Schaltvorrichtung nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Standby-Schalter (9) und die Ansteuerlogik (10) in
Form eines eigenständigen integrierten Schaltkreises rea
lisiert sind.
13. Elektronische Schaltvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Standby-Schalter (9), die Ansteuerlogik (10), der Batte
rieschalter (5, 6) und die Schaltersteuereinheit (7) in
Form eines eigenständigen integrierten Schaltkreises rea
lisiert sind.
14. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte
Schaltkreis weiterhin den Mikrocontroller (8) aufweist.
15. Elektronische Schaltvorrichtung nach einem der An
sprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie
einen Stromdetektor (12) aufweist, der ausgangsseitig mit
der Schaltersteuereinheit (7) verbunden ist.
16. Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuerein
heit (7) als Reaktion auf ein Steuersignal des Stromde
tektors (12) ein Abschaltsignal für den Batterieschalter
(5, 6) und ein Einschaltsignal für den Standby-Schalter
(9) zur Verfügung stellt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000108265 DE10008265A1 (de) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | Elektronische Schaltvorrichtung mit einem Batterieschalter und einem Standby-Schalter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000108265 DE10008265A1 (de) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | Elektronische Schaltvorrichtung mit einem Batterieschalter und einem Standby-Schalter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10008265A1 true DE10008265A1 (de) | 2001-08-30 |
Family
ID=7631982
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000108265 Ceased DE10008265A1 (de) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | Elektronische Schaltvorrichtung mit einem Batterieschalter und einem Standby-Schalter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10008265A1 (de) |
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- 2000-02-23 DE DE2000108265 patent/DE10008265A1/de not_active Ceased
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