DE10056795A1 - Schaltungsanordnung zur Vermeidung der Tiefentladung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Tiefentladung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, umfassend ein Trennelement, das zwischen der Batterie (1) und den zündungsunabhängigen Verbrauchern (4) angeordnet ist, und mindestens eine Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie (1), wobei mittels der Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie (1) bei abgestellter Zündung der Ladezustand der Batterie (1) ermittelbar ist und das Trennelement in Abhängigkeit vom erfaßten Ladezustand durch die Einrichtung schaltbar ist, wobei die Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie (1) derart ausgebildet ist, daß diese nach Öffnen des Trennelementes selbsttätig von der Batterie (1) abkoppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung der Tiefentladung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE 37 42 312 A1 bekannt. Dabei wird nach abgezogenem Zündschlüssel automatisch eine Batteriespannungsmessung aktiviert. Bei Unterschreitung einer gewissen Spannungsgrenze wird das gesamte Bordnetz über ein Lastrelais abgetrennt. Der Abschaltpunkt ist so gewählt, daß einerseits eine möglichst lange Stromentnahme durch das Bordnetz gegeben ist, andererseits für den nächsten Start noch ausreichende Energiereserven sichergestellt sind. Hierzu wird nach erfolgtem Start und Erreichen der Nenndrehzahl durch die Lichtmaschine ein erstes Relais erregt. Über seinen Arbeitskontakt und eine RC-Kombination erhält das bistabile Lastrelais seinen Einschaltwischimpuls und das Bordnetz wird mit der Batterie verbunden. Nach abgezogenem Zündschlüssel verbleibt das Lastrelais zunächst in seiner Stellung, während das erste Relais abfällt und über einen Ruhekontakt die Batteriespannungsmessung aktiviert. Ein als Komparator geschalteter Verstärker vergleicht nun fortlaufend die Batteriespannung mit einer Sollspannung. Wird die Sollspannung unterschritten, so erzeugt der Verstärker ein Signal, wodurch das Lastrelais in seine zweite stabile Lage kippt und das Bordnetz von der Batterie trennt. Erst beim nächsten Start, wenn die Lichtmaschine die Nenndrehzahl erreicht hat, kippt das Lastrelais wieder in seine Fahrbetriebsstellung. Das Lastrelais ist bewußt als bistabiles Kipprelais ausgebildet, um den Haltestrom zu vermeiden. Nachteilig an der bekannten Schaltungsanordnung ist der relativ hohe Ruhestromverbrauch der Spannungsmesseinrichtung von ca. 25 mA, der insbesondere bei längeren Standzeiten des Kraftfahrzeuges die Batterie vollständig entladen kann bzw. die Batterie derart weit entlädt, daß kein Startvorgang mehr durchgeführt werden kann.

Aus der DE 43 37 273 C2 ist eine Schaltungsanordnung zur Reduzierung des Ruhestroms bei abgestellten Kraftfahrzeugen bekannt, mit einem steuerbaren Schalter zur Trennung eines Bordnetzverbrauchers von der Kraftfahrzeugbatterie, wobei bei angeschalteter Zündung der steuerbare Schalter unabhängig von der Spannung zur Messung des Ruhestromverbrauchs geöffnet wird, wenn vor dem Ausschalten der Zündung ein Fehler in einem elektrischen Bordnetzverbraucher erkannt wurde, der bei geschlossenem steuerbaren Schalter zu einem Ruhestrom führen würde, dessen Wert größer als ein einer vorgegebenen Ruhestromschwelle entsprechender Schwellwert ist.

Aus der EP 0 650 867 B1 ist eine Schaltungsanordnung zur Reduzierung des Ruhestromverbrauchs bei abgestellten Kraftfahrzeugen mit einem steuerbaren Schalter zur zentralen Trennung im wesentlichen aller Bordnetzverbraucher von der Kraftfahrzeugbatterie bekannt, wobei der elektrische Versorgungseingang einer elektrischen Diebstahlschutzvorrichtung unter Umgehung des steuerbaren Schalters mit der Kraftfahrzeugbatterie verbunden ist, die elektrische Diebstahlschutzvorrichtung ein der Stellung des steuerbaren Schalters entsprechendes Eingangssignal erhält und die Stellung eines manuell zu betätigenden Schalters zum Schärfen und Entschärfen der Diebstahlschutzvorrichtung bei geöffnetem steuerbaren Schalter weniger oft abfragt, als bei geschlossenem steuerbaren Schalter.

Aus der DE 42 07 155 C2 ist eine Schaltungsanordnung in Kraftfahrzeugen mit einem Zentralverriegelungssystem und mit steuerbaren Trennschaltern in den Verbindungsleitungen zwischen der Fahrzeugbatterie und Ruhestromverbrauchern, wobei die Trennschalter unabhängig vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie in Abhängigkeit vom Zentralverriegelungssystem schaltbar sind, wobei durch eine manuell zu erwirkende Zusatzbedingung das Öffnen der Trennschalter verhinderbar ist.

Nachteilig an allen bekannten Schaltungsanordnungen zur Vermeidung der Tiefentladung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz ist, daß aufgrund eines jeweils verbleibenden Ruhestroms die Startfähigkeit des Kraftfahrzeuges nur bedingt gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung der Tiefentladung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz zu schaffen, die eine verbesserte Sicherstellung der Startfähigkeit ermöglicht, ohne die Nutzung von zündungsunabhängigen Verbrauchern generell zu beschränken.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu umfaßt die Schaltungsanordnung mindestens ein Trennelement, das zwischen der Batterie und den zündungsunabhängigen Verbrauchern angeordnet ist, und mindestens eine Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie, wobei mittels der Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie bei abgestellter Zündung der Ladezustand der Batterie ermittelbar ist und das Trennelement in Abhängigkeit vom erfaßten Ladezustand durch die Einrichtung schaltbar ist, wobei die Einrichtung derart ausgebildet ist, daß diese nach Öffnen des Trennelementes selbsttätig von der Batterie abkoppelbar ist. Dadurch wird erreicht, daß bis zum Erreichen eines Grenzwertes für den Ladezustand zunächst alle zündungsabhängigen Verbraucher nutzbar bleiben und bei Erreichen des Grenzwertes der Ruhestrom auf Null begrenzt wird, so daß nur noch die Selbstentladung der Batterie die Startfähigkeit begrenzen kann. Die Selbstentladung liegt jedoch im Regelfall um Größenordnungen unter den Ruhestromwerten aus dem Stand der Technik, so daß erheblich längere Standzeiten ermöglicht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsversorgung der Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie zwischen dem Trennelement und den zündungsunabhängigen Verbrauchern angeordnet, so daß beim Öffnen des Trennelementes die Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie von der Batterie abgetrennt wird.

Die Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie kann als Spannungsüberwachungseinheit oder als Batteriesäureüberwachungseinheit ausgebildet sein, wobei die Spannungsüberwachungseinheit sehr einfach in die vorhandenen Bordnetze integrierbar ist. Der Vorteil einer Überwachung der Säure ist, daß früher kritische Zustände der Batterie erfaßbar sind, die zu einem schnellen Spannungseinbruch führen können.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands eine Strommesseinrichtung zugeordnet, mittels derer bei abgestellter Zündung erfaßbar ist, ob mindestens ein zündungsunabhängiger Verbraucher aktiv ist und das Trennelement unabhängig vom Ladezustand der Batterie schaltbar ist, wenn kein zündungsunabhängiger Verbraucher aktiv ist. Dadurch belastet die Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie diese nur, wenn auch nach abgestellter Zündung Verbraucher aktiv sind. Ist dies nicht der Fall, wird die Einrichtung abgeschaltet.

Vorzugsweise ist das Trennelement als Relais ausgebildet, da über eine galvanische Trennung der Ruhestrom am besten gegen Null reduziert werden kann. Dabei kann das Relais als Schließer oder als bistabiles Kipprelais ausgebildet sein, um den offenen Zustand ohne Haltestrom zu halten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung einer Tiefentladung einer Batterie in einem Ein-Batterien-Kraftfahrzeug-Bordnetz und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz mit Zusatzbatterie.

Das Kraftfahrzeug-Bordnetz umfaßt eine Batterie 1, einen Zündanlaßschalter 2, zündungsabhängige Verbraucher 3, zündungsunabhängige Verbraucher 4, einen Generator 5, einen Starter 6, eine Spannungsüberwachungseinheit 7, ein Relais 8 und eine Strommesseinrichtung 9. Die Batterie 1 ist über den Arbeitskontakt des Relais 8 mit den zündungsunabhängigen Verbrauchern 4 verbunden. Die Spannungsüberwachungseinheit 7 erfaßt die Spannung zwischen dem Arbeitskontakt des Relais 8 und den zündungsunabhängigen Verbrauchern 4 und die Spannung zwischen der Batterie 1 und den zündungsabhängigen Verbrauchern 3. Des weiteren ist die Spannungsüberwachungseinheit 7 mit der Strommesseinrichtung 9 verbunden und wertet den erfaßten Strom über den Arbeitskontakt des Relais 8 aus. Ein Steuerausgang A1 der Spannungsüberwachungseinheit 7 ist mit dem Relais 8 verbunden. Das Relais 8 ist als Schließer ausgebildet, d. h. solange ein Steuerstrom h fließt, ist der Arbeitskontakt geschlossen.

Bei abgestellter Zündung befindet sich der Zündungsanlaßschalter 2 in der Fig. 1 dargestellten Nullstelltung N. Dadurch sind die zündungsabhängigen Verbraucher 3 von der Batterie 1 getrennt und belasten diese nicht. Der Arbeitskontakt des Relais 8 bleibt hingegen geschlossen und die zündungsunabhängigen Verbraucher 4 bleiben mit der Batterie verbunden. Zur Vermeidung der Tiefentladung der Batterie 1 erfaßt die Spannungsüberwachungseinheit 7 über ihren Eingang E2 die Spannung an dem geschlossenen Arbeitskontakt des Relais 8. Solange die erfaßte Spannung größer als eine vorgebbare Grenzspannung ist, erzeugt die Spannungsüberwachungseinheit 7 am Ausgang A1 den Steuerstrom I₁, so daß der Arbeitskontakt geschlossen bleibt. Gleichzeitig erfaßt die Strommesseinrichtung 9 den Strom über den Arbeitskontakt und leitet das Ergebnis an einen Eingang E3 der Spannungsüberwachungseinheit 7 weiter. Der Strom über den Arbeitskontakt setzt sich vereinfacht zusammen aus dem Strom I₂ für die zündungsunabhängigen Verbraucher 4 und dem Steuerstrom I₁ für das Relais S. Erfaßt nun zu einem Zeitpunkt nach Abschaltung der Zündung die Spannungsüberwachungseinheit 7, daß der gesamte Strom über den Arbeitskontakt nur der Steuerstrom I₁ ist, so sind keine zündungsunabhängigen Verbraucher 4 eingeschaltet. In diesem Fall sperrt die Spannungsüberwachungseinheit 7 den Ausgang A1, so daß kein Steuerstrom I₁ mehr durch das Relais 8 fließt und der Arbeitskontakt öffnet. Dadurch wird die Spannungsüberwachungseinheit 7 von der Batterie 1 getrennt und kein Verbraucher belastet mehr die Batterie 1. Sind hingegen zündungsunabhängige Verbraucher 4 eingeschaltet, so bleibt der Arbeitskontakt solange geschlossen, bis die Spannungsüberwachungseinheit 7 am Eingang E2 das Erreichen der Grenzspannung erfaßt. In diesem Fall wird ebenfalls der Ausgang A1 gesperrt, so daß aufgrund des fehlenden Steuerstromes I₁ der Arbeitskontakt öffnet und die Spannungsüberwachungseinheit 7 und das Relais 8 von der Batterie 1 abtrennt. Es findet also eine Selbstabschaltung statt, so daß die Spannungsüberwachungseinheit 7 und das Relais 8 keinen Ruhestrom mehr aus der Batterie 1 ziehen. Eine Entladung der Batterie 1 ist somit nur noch durch Selbstentladung bzw. nicht dargestellte startrelevante Verbraucher wie beispielsweise Startfreigabesteuergeräte möglich.

Ist der Arbeitskontakt während der abgestellten Zündung geöffnet worden, so wird dieser nach erfolgtem Start des Kraftfahrzeuges erst wieder geschlossen, wenn die Batterie 1 ausreichend geladen ist. Beim Starten des Kraftfahrzeuges ist der Zündanlaßschalter 2 zunächst in der Stellung S, so daß der Starter 6 bestromt wird und den Generator 5 anwirft. Anschließend bewegt sich der Zündanlaßschalter 2 zunächst in die Stellung Z, so daß die zündungsabhängigen Verbraucher 3 mit der Batterie 1 verbunden werden. Die Spannungsüberwachungseinheit 7 erfaßt dann über den Eingang E1 die Spannung der Batterie 1. Ist die Spannung größer als eine zweite Grenzspannung, so wird der Ausgang A1 durchgeschaltet und das Relais 8 mit einem Steuerstrom I₁ bestromt. Der Arbeitskontakt schließt und die zündungsunabhängigen Verbraucher 4 sind wieder mit der Batterie 1 verbunden.

In der Fig. 2 ist ein Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einer Zusatzbatterie 10 für Zusatzverbraucher 11 dargestellt, wobei die Batterie 1 und die Zusatzbatterie 10 über den Arbeitskontakt eines zweiten Relais 12 miteinander verbunden sind. Den Steuerstrom erhält das Relais 12 über den Zündanlaßschalter 2 in der Stellung Z direkt von der Batterie 1. In der Stellung N verhält sich die Schaltung aus Spannungsüberwachungseinheit 7 und Relais 8 genauso wie zuvor in Fig. 1 beschrieben, so daß eine Tiefentladung der Batterie 1 verhindert wird. Wie jedoch in der Fig. 2 zu erkennen ist, bleiben auch in der Stellung N des Zündanlaßschalters 2 die Zusatzverbraucher 11 mit der Zusatzbatterie 10 direkt verbunden. Somit kann es bei abgeschalteter Zündung zu einer Tiefentladung der Zusatzbatterie 10 kommen, die dann noch dem Startvorgang parallel zur Batterie 1 geschaltet ist. Um nun eine Tiefentladung der Zusatzbatterie 10 zu vermeiden, kann zwischen den Zusatzverbrauchern 11 und der Zusatzbatterie 10 ein Arbeitskontakt eines weiteren Relais angeordnet werden. Dieses Relais wird dann wie das Relais für die Batterie 1 durch eine Spannungsüberwachungseinheit angesteuert und schaltet sich selbst ab.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur Vermeidung der Tiefentladung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, umfassend ein Trennelement, das zwischen der Batterie und den zündungsunabhängigen Verbrauchern angeordnet ist, und mindestens eine Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie, wobei mittels der Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie bei abgestellter Zündung der Ladezustand der Batterie ermittelbar ist und das Trennelement in Abhängigkeit vom erfaßten Ladezustand durch die Einrichtung schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie (1) derart ausgebildet ist, daß diese nach Öffnen des Trennelementes selbsttätig von der Batterie (1) abkoppelbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung der Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie zwischen dem Trennelement und den zündungsunabhängigen Verbrauchern (4) angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie (1) als Spannungsüberwachungseinheit (7) oder als Batteriesäureüberwachungseinheit ausgebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands eine Strommesseinrichtung (9) zugeordnet ist, mittels derer bei abgestellter Zündung erfaßbar ist, ob mindestens ein zündungsunabhängiger Verbraucher (4) aktiv ist und das Trennelement unabhängig vom Ladezustand der Batterie (1) schaltbar ist, wenn kein zündungsunabhängiger Verbraucher (4) aktiv ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement als Relais (8) ausgebildet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (8) als Schließer ausgebildet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (8) als bistabiles Kipprelais ausgebildet ist.