DE10021155C1

DE10021155C1 - Bordnetz eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10021155C1
Application number: DE10021155A
Authority: DE
Inventors: Josef Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-04-29
Filing date: 2000-04-29
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2020-04-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten 1 und einer zweiten Fahrzeugbatterie 2, wobei am Ausgang der zweiten Fahrzeugbatterie 2 eine größere Spannung bereitstellbar ist als am Ausgang der ersten Fahrzeugbatterie 1. Es umfaßt weiterhin einen Starter 5, der an die zweite Fahrzeugbatterie 2 gekoppelt ist, wobei der Starter 5 derart dimensioniert ist, daß er bei Versorgung aus der zweiten Fahrzeugbatterie 2 im Überlastbereich betrieben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen ist die Lärmentwicklung beim Starten des Verbrennungsmotors nicht unerheblich, was unter anderem auf die relativ lange Dauer zum Errei chen der Startdrehzahl des Verbrennungsmotors zurückzu führen ist.

Weiterhin treten bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmo toren, insbesondere bei großvolumigen Benzinmotoren mit sechs, acht oder zwölf Zylindern, oder bei Dieselmotoren häufig Startprobleme auf, da das herkömmliche 12 V- Bordnetz mit den Startern überfordert sein kann. Die Startprobleme nehmen besonders zu mit zunehmendem Alter der Fahrzeugbatterie und in der kalten Jahreszeit.

Es ist bekannt, dieses Startproblem zu lösen, indem die Bordspannung auf 24 V verdoppelt wird, wie dies bei Last kraftwagen der Fall ist. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß alle Verbraucher auf die hohe Spannung umgerüstet werden müssen. Dies hat zur Folge, daß alle Standards ge ändert werden müssen Eine weitere Lösung besteht darin, ein Zweispannungsbordnetz zu verwenden, das über ein herkömmliches 12 V-Netz mit einer 12 V-Fahrzeugbatterie für die in einem Personenkraftwa gen üblicherweise eingesetzten 12 V-Verbraucher, und über ein zusätzliches Netz höherer Spannung, wie zum Beispiel 24 V oder 36 V verfügt, das eine 24 V- oder 36 V-Fahrzeugbatterie umfaßt, wobei das Netz höherer Spannung insbesondere auch den Starter versorgt.

Nachteilig an diesem Zweispannungsbordnetz ist, daß bei einem Ausfall der Fahrzeugbatterie mit hoher Spannung, der Verbrennungsmotor nicht mehr gestartet werden kann, da die even tuell noch funktionstüchtige 12 V-Fahrzeugbatterie nicht in der Lage ist, den Starter ausrei chend mit Energie zu versorgen. Ein Fremdstart gestaltet sich häufig ebenso schwierig, da die meisten anderen Fahrzeuge, die als Starthilfegeber in Frage kommen, lediglich ein 12 V- Bordnetz haben.

Aus der DE 198 46 319 ist eine Energieversorgungsschaltung für ein Kraftfahrzeugbordnetz mit zwei Spannungsversorgungszweigen auf unterschiedlichen Spannungsebenen bekannt, wobei der erste Spannungsversorgungszweig über einen elektrischen Gleichspannungswand ler von dem zweiten Spannungsversorgungszweig und der zweite Spannungsversorgungs zweig von einem Generator speisbar ist. Der Starter ist in üblicher Weise an der Hochspan nungsseite angeschlossen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bordnetz für ein Kraft fahrzeug zur Verfügung zu stellen, das unter Beibehaltung und Nutzung herkömmlicher Stan dards immer ein gutes und damit schnelles Starten des Verbrennungsmotors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.

Bei einem Bordnetz, das über zwei Fahrzeugbatterien verfügt, wobei die Ausgangsspannung der zweiten Fahrzeugbatterie höher als die der ersten Fahrzeugbatterie ist, kann ein Starter, der vorzugsweise für den Betrieb mit der ersten Fahrzeugbatterie ausgelegt ist, von der zweiten Fahrzeugbatterie betrieben werden. In diesem Fall wird der Starter im Überlastbereich betrieben und bringt da durch den zu startenden Verbrennungsmotor schnell auf die Startdrehzahl, was zu einem schnellen und zuverlässigen Start führt. Da der Startvorgang schneller erfolgen kann wird auch weniger Lärm verursacht.

Auch wenn die Fahrzeugbatterie mit der höheren Ausgangs spannung witterungs- oder alterungsbedingt schwächer wird, kann sie den Starter immer noch mit hinreichend E nergie versorgen, um ein gutes Starten des Verbrennungs motors zu gewährleisten. Für den Fall, daß die die höhere Ausgangsspannung liefernde zweite Fahrzeugbatterie voll ständig leer ist, kann der Starter immer noch mit der ersten Fahrzeugbatterie hinreichend betrieben werden, und ein gutes Notstarten des Verbrennungsmotors gewährleistet werden. Selbst wenn beide, sowohl die erste als auch die zweite Fahrzeugbatterie defekt oder entladen sind, so ist ein Fremdstarten durch 12 V- oder 24 V-Starthilfegeber mög lich.

Ein Kraftfahrzeug, das mit einem derartigen Bordnetz aus gestattet ist, ist demnach bei funktionstüchtiger zweiter Fahrzeugbatterie problemlos startbar und auch nach einem Ausfall der zweiten Fahrzeugbatterie immer noch durch ei nen Fremdstart startbar nicht auf eine Fahrzeugbatterie mit höherer Ausgangsspannung angewiesen. Darüber hinaus können alle herkömmlichen Standards für die meisten Verbraucher in einem Kraftfahrzeug weiter verwendet wer den.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist im Verbin dungsweg zwischen der zweiten Fahrzeugbatterie und dem Starter eine Strombegrenzungsvorrichtung angeordnet, mit der verhindert wird, daß der im Überlastbereich betriebe ne bzw. der für die Spannung der ersten Fahrzeugbatterie ausgelegte Starter nicht beschädigt wird.

Um auf vorteilhafte Weise die erste, eine niedrigere Spannung liefernde Fahrzeugbatterie für einen Notstart zu verwenden, ist die erste Fahrzeugbatterie über eine Not startdiode mit der zweiten Fahrzeugbatterie verbunden, wobei diese Verbindung vorteilhafterweise mit einem Schalter versehen ist. Die Notstartdiode ist derart ein gebaut, daß ein Stromdurchlaß nur von der ersten zur zweiten Fahrzeugbatterie möglich ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Bord netz mit einem Fremdstartanschluss versehen, der über ei ne Fremdstartdiode mit der zweiten Fahrzeugbatterie ver bunden ist, wobei die Verschaltung der Fremdstartdiode den Stromdurchlaß nur vom Fremdstartanschluss in das Bordnetz zuläßt.

Durch die Fremdstartdiode und die Notstartdiode wird er reicht, daß das zum Fremdstarten oder Notstarten einge setzte Spannungsnetz, das eine niedrigere Spannung als die zweite Fahrzeugbatterie hat, vor Überspannung ge schützt ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben, die in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Bordnetz eines Kraft fahrzeugs zeigt.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bordnetz eines Kraft fahrzeugs mit einer ersten Fahrzeugbatterie 1, die eine Spannung U1 zur Verfügung stellt und einer zweiten Fahr zeugbatterie 2, die eine Spannung U2 zur Verfügung stellt. Die Spannung U1 ist niedriger als die Spannung U2. Bevorzugt beträgt die Spannung U1 12 V und die Span nung U2 36 V.

Das Bordnetz hat weiterhin einen Generator 4 mit einem Ausgang G1, an dem eine Gleichspannung U3 bereit steht. Die Spannung U3 ist gleich oder etwas größer als die Spannung U1 der ersten Fahrzeugbatterie 1 und beträgt be vorzugt 14 V. Der Ausgang G1 ist sowohl mit der ersten Fahrzeugbatterie 1 als auch mit allen Verbrauchern 20 verbunden, die eine Anschlußspannung U1 benötigen.

An der zweiten Fahrzeugbatterie 2 sind ein Starter 5, ei ne elektrische Lenkung 6, eine Frontscheibenheizung 7, und eventuell weitere, die höhere Spannung U2 benötigende Verbraucher angeschlossen. Die Frontscheibenheizung 7 ist über einen Frontscheibenheizungsschalter 13 ein- und aus schaltbar.

Die erste Fahrzeugbatterie 1 ist über einen Notstart schalter 10 und eine Notstartdiode 11 mit der zweiten Fahrzeugbatterie 2 verbunden. Die Anode der Notstartdiode 11 ist zur ersten Fahrzeugbatterie 1 und die Kathode der Notstartdiode 11 ist zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin orientiert, so daß bei geschlossenem Notstartschalter 10 ein Stromfluß nur von der ersten Fahrzeugbatterie 1 zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin erfolgen kann.

Die zweite Fahrzeugbatterie 2 ist über eine Fremdstartdi ode 12 mit einem Fremdstartanschluss 8 verbunden. Die A node der Fremdstartdiode 12 ist zum Fremdstartanschluss 8 und die Kathode der Fremdstartdiode 12 ist zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin orientiert, so daß bei Anschluß einer Fremdstartspannungsquelle (nicht dargestellt) an den Fremdstartanschluss 8 ein Stromfluß nur von der Fremdspannungsquelle zur zweiten Fahrzeugbatterie 2 hin erfolgen kann. Die Fremdspannungsquelle kann insbesondere eine Spannung von U1 und U2 haben, also bevorzugt 12 V und 36 V betragen.

Die erste Fahrzeugbatterie 1 bzw. der Generator 4 und die zweite Fahrzeugbatterie 2 sind über einen DC/DC-Wandler 3 verbunden, der eine Spannung U3 des Generators von bevor zugt 14 V in eine Spannung U4 von bevorzugt 42 V umsetzen kann. Mit der Spannung U4 wird im Fahrbetrieb die zweite Fahrzeugbatterie geladen und die Hochspannungsverbrau cher, wie die elektrische Lenkung 6 und die Frontschei benheizung 7 mit Spannung versorgt.

Der Starter 5 ist für den Betrieb mit der Spannung U1 ausgelegt und wird hier jedoch mit der gegenüber der Spannung U1 höheren Spannung U2 versorgt, so daß der Starter 5 im Überlastbetrieb betrieben wird. Zwischen dem Starter 5 und der zweiten Fahrzeugbatterie 2 ist ein Strombegrenzer 9 angeordnet, der dazu dient, den Starter 5 vor Beschädigungen, wie Durchbrennen seiner Wicklungen, zu bewahren. Er begrenzt insbesondere den Stromfluß un mittelbar nach Beginn des Startvorgangs bis sich nach dem Aufbau einer Gegen-EMK der Stromfluß durch den Starter 5 von selbst reduziert.

Beispielsweise über die Gestaltung der Plattendicke ist es möglich Fahrzeugbatterien entweder durch Verwendung von dicken Platten mehr in Richtung Batteriekapazität o der durch Verwendung von dünneren Platten mehr in Rich tung Leistung zu optimieren. Beim vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel ist die erste Fahrzeugbatterie 1 hinsicht lich ihrer Kapazität optimiert, d. h., die erste Fahr zeugbatterie 1 kann eine vorbestimmte Leistung über einen längeren Zeitraum liefern. Die zweite Fahrzeugbatterie 2 ist bevorzugt hinsichtlich ihrer Leistung optimiert, d. h., die zweite Fahrzeugbatterie 2 ist in der Lage eine sehr hohe Spitzenleistung abzugeben, wobei die Zeitdauer, in der die Spitzenleistung abgegeben werden kann, be grenzt ist. Eine derart ausgelegte zweite Fahrzeugbatte rie 2 eignet sich daher besonders zum Starten eines Verbrennungsmotors.

Die vorstehend dargestellte Bordnetzanordnung ermöglicht es, den Starter 5 aus den verschiedensten Spannungsquel len zu betreiben. Bei normalem Betrieb, also bei funkti onstüchtiger zweiter Fahrzeugbatterie 2, wird der Starter 5 von der zweiten Fahrzeugbatterie 2 mit der hohen Spannung U2 gespeist. Da der Starter 5 für einen Betrieb mit der niedrigen Spannung U1 ausgelegt ist, gibt der Starter 5 beim normalen Startvorgang ein sehr kräftiges Drehmo ment ab, um einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) innerhalb relativ kurzer Zeit zu starten. Bei diesem nor malen Startvorgang wird der im Überlast betriebene Star ter 5 durch den Strombegrenzer 9 vor Beschädigungen durch Überstrom geschützt.

Für den Fall, daß die zweite Fahrzeugbatterie 2 leer ist, kann ein Notstartvorgang über die erste Fahrzeugbatterie 1 durchgeführt werden, indem der Notstartschalter 10 ge schlossen wird, worauf der Strom von der ersten Fahrzeug batterie 1 über die Notstartdiode 11 zum Starter 5 gelei tet wird. Da der Starter 5 für den Betrieb mit der Span nung U1 ausgelegt ist, kann ein Notstart problemlos aus geführt werden.

Für den Fall, daß die erste Fahrzeugbatterie 1 und die zweite Fahrzeugbatterie 2 leer sind, kann ein Fremdstart über den Fremdstartanschluss 8 durchgeführt werden. Hier zu kann am Fremdstartanschluss 8 jede beliebige Span nungsquelle angeschlossen werden, die eine Spannung zwi schen U1 und U4 bereitstellt.

Die vorliegenden Bordnetzanordnung ermöglicht das zuver lässige Starten eines Verbrennungsmotors mit unterschied lichsten Spannungsquellen. Es können zum Starten Span nungsquellen höherer Spannung, wie U2 bis U4, und Span nungsquellen niedrigerer Spannung, wie U1, gleichermaßen verwendet werden. Weiterhin können beim vorliegenden Bordnetz alle bisherigen Standards weiter verwendet wer den.

Die Diode 11 und die Diode 12 können jeweils auch durch einen Transistor, insbesondere einen MOSFET realisiert werden, wobei der jeweilige Transistor dann so zu be schalten ist, dass er einen Stromfluss nur in eine Rich tung zulässt.

Claims

1. Bordnetz eines Kraftfahrzeugs umfassend

- eine erste (1) und eine zweite Fahrzeugbatterie (2), wobei am Aus gang der zweiten Fahrzeugbatterie eine größere Spannung (U2) bereitstellbar ist als am Ausgang der ersten Fahrzeugbatterie (U1);
- einem Starter (5), der an die zweite Fahrzeugbatterie (2) gekoppelt ist;

dadurch gekennzeichnet,
daß die Nennspannung des Starters (5) kleiner ist als die Nennspannung der zweiten Fahrzeugbatterie (2), wobei das Bordnetz weiterhin umfaßt eine Überlastverhinderungsvorrichtung (9), die eine Überlastung des Star ters (5) verhindert.

2. Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennspannung des Starters (5) der Nennspannung der ersten Fahrzeugbatterie (1) entspricht.

3. Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Überlastverhinderungsvorrichtung im Verbindungsweg zwischen zweiter Fahrzeugbatterie (2) und Starter (5) eine Strombegrenzungsvor richtung (9) angeordnet ist.

4. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einen Fremdstartanschluß (8) umfaßt, der über eine Fremdstartdiode (12) mit der zweiten Fahrzeugbatterie (2) verbunden ist, wobei die Anode der Fremdstartdiode (12) zum Fremdstartanschluß (8) orientiert ist.

5. Bordnetz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Fremdstartdiode (12) mit der Seite der Strombegren zungsvorrichtung (9) verbunden ist, die mit der zweiten Fahrzeugbatterie (2) verbunden ist.

6. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fahrzeugbatterie (2) über eine Notstartdiode (11) mit der ersten Fahrzeugbatterie (1) verbunden ist, wobei die Anode der Notstart diode (11) zur ersten Fahrzeugbatterie (1) orientiert ist.

7. Bordnetz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Notstartdiode (11) mit der Seite der Strombegren zungsvorrichtung (9) verbunden ist, die mit der zweiten Fahrzeugbatterie (2) verbunden ist.

8. Bordnetz nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsweg zwischen erster (1) und zweiter Fahrzeugbatterie (2) seriell zur Notstartdiode (11) ein Schalter (10) angeordnet ist.

9. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fahrzeugbatterie (1) für die Abgabe von Dauerleistung aus gelegt ist.

10. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fahrzeugbatterie (2) für die Abgabe von Spitzenleistung ausgelegt ist.

11. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten Fahrzeugbatterie (1) eine Spannung von 12 V und mit der zweiten Fahrzeugbatterie (2) eine Spannung von 36 V bereitstellbar ist.

12. Bordnetz nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstartdiode (12) und/oder die Notstartdiode (11) durch eine Transistorschaltung, insbesondere einen MOSFET realisiert sind/ist.