DE102005028750A1

DE102005028750A1 - Elektrische Doppelbatteriesysteme für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102005028750A1
Application number: DE102005028750A
Authority: DE
Inventors: Muhammad Siddiqui; Mark Conen; Paul Taberham
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: US7696716B2; GB2415839B8; GB2415839A; US20050285559A1; JP4713244B2; DE102005028750B4; GB2415839B; GB2415839A8; JP2006015989A; GB0414513D0

Abstract

Die Erfindung stellt ein umschaltbares elektrisches Doppelbatteriesystem 2 für ein Fahrzeug mit einem Motor bereit. Das Fahrzeug umfasst einen ersten Verbraucher 8 und einen zweiten Verbraucher 10. Das Fahrzeug ist umschaltbar zwischen einem EIN-Zustand, in dem der Motor läuft, einem AUS-Zustand, in dem der Motor nicht läuft, und einem START-Zustand, in dem der erste Verbraucher 8 Energie braucht. Das System 2 umfasst eine erste Batterie 4, die Energie für den ersten Verbraucher 8 bereitstellen kann, und eine zweite Batterie 6, die Energie für den zweiten Verbraucher 10 bereitstellen kann. Ein Schalter 18 ist zwischen der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 6 vorgesehen, und eine Steuereinrichtung 20 kann den Schalter 18 nur dann öffnen, wenn sich das Fahrzeug im AUS-Zustand befindet. Außerdem ist ein Verbindungssystem 12 vorgesehen, das mehrere Ausgangsanschlüsse 16 zum Anschluss an mehrere Primär- udn Sekundärverbraucher 8, 10 und zwei Eingangsanschlüsse 14 zum Anschluss an die erste bzw. zweite Batterie 4, 6 aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Doppelbatteriesysteme für Fahrzeuge.

Bei modernen Fahrzeugen muss eine große Zahl elektrischer Verbraucher durch ein oder mehr Batterien des Fahrzeugs mit Energie versorgt werden. Diese Verbraucher umfassen im Allgemeinen einen Startermotor, mit dem der Motor gestartet wird, und können noch weitere Systeme umfassen, deren Betrieb zum Starten des Fahrzeugs unbedingt notwendig ist, wie zum Beispiel Sicherheitssysteme und das Motormanagementsystem. Die Batterie bzw. die Batterien sollen keinesfalls durch den Betrieb anderer Verbraucher wie zum Beispiel Radio, Beleuchtung, Telefonladegerät oder fahrzeugeigene Unterhaltungssysteme entleert werden, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist, so dass die Batterie dann, wenn das Fahrzeug gestartet werden muss, nicht genügend Energie hat, um den Startermechanismus in Gang zu setzen. Um diese Situation zu vermeiden, hat man bekanntlich ein Doppelbatteriesystem, bei dem zwei Batterien zum Starten eines Fahrzeugs verwendet werden – wobei eine der Batterien für den Startermechanismus bestimmt ist. Die spezielle Starterbatterie wird abgeschaltet, nachdem sie so eingesetzt wurde, dass sie außer Betrieb ist, sobald das Fahrzeug gestartet wurde. Die Energie der allein für den Startmechanismus bestimmten Batterie steht daher nicht zur Verfügung, um während der Fahrt irgendeinen anderen Verbraucher zu betreiben.

Die vorliegende Erfindung stellt ein elektrisches Doppelbatteriesystem für ein Fahrzeug mit einem Motor bereit, wobei das System einen Primärverbraucher und einen Sekundärverbraucher umfasst und umschaltbar ist zwischen einem EIN-Zustand, in dem der Motor läuft, einem AUS-Zustand, in dem der Motor nicht läuft, und einem START-Zustand, in dem der erste Verbraucher Energie zum Starten des Motors benötigt, wobei das System Folgendes umfasst: eine erste Batterie, die Energie für den ersten Verbraucher bereitstellen kann; eine zweite Batterie, die Energie für den zweiten Verbraucher bereitstellen kann; eine Schaltereinrichtung, die umschaltbar ist, um die erste Batterie mit der zweiten Batterie zu verbinden, so dass beide Batterien Energie für beide Verbraucher bereitstellen können; eine Steuereinrichtung, die die Schaltereinrichtung öffnen kann, wenn sich das System im AUS-Zustand befindet, und die Schaltereinrichtung schließen kann, wenn sich das System im EIN-Zustand und im START-Zustand befindet; und ein Verbindungssystem mit mehreren Ausgangsanschlüssen zum Anschluss an mehrere Primär- und Sekundärverbraucher und zwei Eingangsanschlüssen zum Anschluss an die erste bzw. die zweite Batterie.

Der Primärverbraucher kann ein Startermotor, ein Sicherheitssystem, ein Kraftstoffzuführungssystem oder jedes System sein, das den Zugang zu dem Fahrzeug bzw. das Starten des Fahrzeugs steuert.

Wenn der Primärverbraucher ein Startermotor ist, kann der Startzustand ein Motorstartzustand sein, in dem der Motor durch einen Startermotor gestartet wird. Wenn alternativ dazu der Primärverbraucher ein anderer, zum Starten des Fahrzeugs unbedingt notwendiger Verbraucher ist, wie zum Beispiel das Fahrzeugsicherheits-, Kraftstoffzuführungs- oder Motormanagementsystem, kann das Starten des Motors nicht zu dem START-Zustand gehören.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, die eine schematische Darstellung eines Doppelbatteriesystems gemäß der Erfindung zeigt.

Gemäß 1 umfasst ein elektrisches Doppelbatteriesystem 2 für einen Fahrzeugmotor eine erste Batterie 4 zum Betreiben der Primärverbraucher 8 und eine zweite Batterie 6 zum Betreiben der Sekundärverbraucher 10. Das System 2 umfasst ferner ein Verbindungssystem 12, über das die Batterien 4, 6 an ihre jeweiligen Verbraucher 8, 10 angeschlossen sind. Die Primärverbraucher 8 sind zum Starten des Fahrzeugs unbedingt notwendig und umfassen ein Kraftstoffzuführungssystem 81, einen Motormanagement-Controller 82 und ein Sicherheitssystem 83. Die Sekundärverbraucher 10 umfassen Lampen (Innen- und Außenlampen) 101, einen DVD-Player 102, ein fahrzeugeigenes Unterhaltungssystem 103 und ein Mobiltelefonladegerät 104. In dem Verbindungssystem 12 ist eine Reihe von Eingangsanschlüssen 14 und Ausgangsanschlüssen 16 vorgesehen. Eine erste Gruppe der Eingangsanschlüsse 14 ist über eine Primärkreis-Sammelschiene 5 mit der ersten Batterie 4 verbunden, und eine zweite Gruppe der Eingangsanschlüsse 14 ist über eine Sekundärkreis-Sammelschiene 7 mit der zweiten Batterie 6 verbunden. Eine erste Gruppe 16a der Ausgangsanschlüsse 16 ist mit jeweiligen Primärverbrauchern 8 verbunden, und eine zweite Gruppe 16b der Ausgangsanschlüsse 16 ist mit jeweiligen Sekundärverbrauchern verbunden. Jeder der primären Eingangsanschlüsse 14a ist mit dem jeweiligen primären Ausgangsanschluss 16a verbunden, und jeder der sekundären Eingangsanschlüsse 14b ist mit dem jeweiligen sekundären Ausgangsanschluss 16b verbunden. Das Bordnetz ist daher effektiv in einen Primärkreis mit der ersten Batterie 4 und den Primärverbrauchern 81, 82, 83 und einen Sekundärkreis mit der zweiten Batterie 6 und den Sekundärverbrauchern 101, 102, 103, 104 unterteilt.
Ein Relaisschalter 18 ist zwischen den positiven Anschlüssen der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 6 angeordnet. Ein Batteriesystem-Controller 20 ist dazu ausgelegt, den Betrieb des Relaisschalters 18 zu steuern. Ein durch einen Schlüssel 22 betätigter Zündschalter 21 ist dazu vorgesehen, die Zündanlage des Fahrzeugs zu steuern, und ist mit dem Batteriesystem-Controller 20 verbunden. Das System 2 umfasst ferner eine Anzahl von Kundenanschlusspunkten 24, die mit der Sekundärkreis-Sammelschiene 7 verbunden sind, und einen Stromerzeuger 26, der mit dem positiven Anschluss der ersten Batterie 4 verbunden ist und die Batterien 4, 6 laden kann, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Die Kundenanschlusspunkte 24 können vom Nutzer ausgewählte Verbraucher mit Energie versorgen und umfassen einen Zigarettenanzünder 28, ein Mobiltelefonladegerät 30 und eine weitere Buchse 32 zum Anschluss an allgemeine Verbraucher wie zum Beispiel einen elektrischen Lüfter.
Die negativen Anschlüsse der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 6 sind mit einer gemeinsamen Masse verbunden. Der Zündschalter 21 wird vom Nutzer über den Schlüssel 22 betätigt, der von einem Fahrer des Fahrzeugs von Hand betätigt werden kann, um den Motor zu starten. Der Zündschalter 22 kann sich in einer von drei bekannten Stellungen befinden, die einem EIN-Zustand, einem AUS-Zustand und einem START-Zustand entsprechen, der verwendet wird, wenn ein Nutzer das System von seinem AUS-Zustand wieder in seinen EIN-Zustand bringen und den Fahrzeugmotor starten will.
Wenn sich das System 2 im Gebrauch zunächst in seinem AUS-Zustand befindet, kann der Controller 20 das Relais 18 öffnen, wodurch Primär- und Sekundärkreis voneinander getrennt werden. Die zweite Batterie 6 kann für die Sekundärverbraucher 10, z.B. die Innen- und Außenlampen 101, den DVD-Player 102, das fahrzeugeigene Unterhaltungssystem 103 oder das Mobiltelefonladegerät 104, Energie bereitstellen, aber diese Verbraucher werden keine Energie von der ersten Batterie 4 verwenden.
Die erste Batterie 4 kann Energie für die Primärverbraucher 8 bereitstellen – aber keiner dieser Verbraucher 8 braucht eine signifikante Menge an Energie, solange das System AUS ist. Der Motormanagement-Controller 82 und der Sicherheitsverbraucher 83 brauchen nur eine sehr geringe Menge an Energie. Solange das System AUS ist, ist der Relaisschalter 18 geöffnet, so dass die erste Batterie 4 den zweiten Verbrauchern 10 keine Energie zuführt und die zweite Batterie 6 keine Energie für die ersten Verbraucher 8 bereitstellt. Auf diese Weise unterliegt die erste Batterie 4 keinem signifikanten Energiebedarf, solange der Fahrzeugmotor ausgeschaltet ist, und daher wird die erste Batterie 4 genügend Energie aufsparen, um den Startermotor 38 zu versorgen, wenn er schließlich den Motor starten soll. Wenn die Sekundärverbraucher 10 benutzt werden, solange das System AUS ist, wird diesen nur durch die zweite Batterie 6 Energie zugeführt.
Wenn ein Nutzer den Fahrzeugmotor starten möchte, wird der Schlüssel 22 in die Startposition bewegt, und dieser Vorgang wird durch Sensoren in dem Zündschalter 21 erfasst. Der Batteriesystem-Controller 20 empfängt ein Signal von den Sensoren, um ihm mitzuteilen, dass der Fahrzeugmotor gestartet werden soll. Der Batteriesystem-Controller 20 sendet ein Signal, um den Relaisschalter 18 zu schließen und dann gleich danach den Startermotor 38 in Gang zu setzen.
Wenn zunächst der Startermotor 38 in Gang gesetzt wird, können daher sowohl die erste Batterie 4 als auch die zweite Batterie 6 dem Startermotor 38 Energie zuführen. Da der Relaisschalter 18 geöffnet war, bis der Startermotor 38 Energie braucht, wird zumindest die erste Batterie 4 in der Lage sein, genügend Energie bereitzustellen, um den Startermotor 38 in Gang zu setzen. Sobald der Fahrzeugmotor gestartet wurde und der Zündschlüssel 22 in Stellung EIN gebracht ist, kann der Batteriesystem-Controller 20 den Relaisschalter 18 geschlossen halten, so dass sowohl die erste Batterie 4 als auch die zweite Batterie 6 den Primärverbrauchern 8 und den Sekundärverbrauchern 10 weiterhin Energie zuführen. Während der Fahrzeugmotor läuft, lädt der Stromerzeuger 26 die erste Batterie 4 und die zweite Batterie 6 auf herkömmliche Weise wieder auf. Vorteilhafterweise kann der Batteriesystem-Controller 20 den Relaisschalter 18 geschlossen halten, während der Fahrzeugmotor läuft, und somit werden sowohl die erste Batterie 4 als auch die zweite Batterie 6 durch den Stromerzeuger 26 wieder aufgeladen. Außerdem sind die Batterien miteinander verbunden, so dass sie beide jeglichen Verbraucher mit Energie versorgen können.
Der Batteriesystem-Controller 20 hat weitere Eingänge 34, 36, die mit dem positiven Anschluss der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 6 verbunden sind, so dass er die Ausgangsspannung beider Batterien erfassen kann. Wenn die Ausgangsspannung der zweiten Batterie 6 unter der der ersten Batterie 4 liegt, wird der Controller 20 den Relaisschalter 18 beim Starten nicht schließen. Damit soll sichergestellt werden, dass die Energie der ersten Batterie 4 nicht zum Wiederaufladen der zweiten Batterie 6 verwendet wird, anstatt den Startermotor 38 in Gang zu setzen, was offensichtlich unerwünscht ist. Bei anderen Ausführungsformen kann es sein, dass das Batteriesystem diese weiteren Sensoren nicht enthält.
Wenn der Benutzer möchte, dass der Fahrzeugmotor abgeschaltet wird, wird der Schlüssel 22 in die Stellung AUS gedreht, was vom Batteriesystem-Controller 20 erfasst wird. Wenn der Fahrzeugmotor abgeschaltet ist, öffnet der Controller 20 den Relaisschalter 18 noch einmal, so dass die erste Batterie 4 den Sekundärverbrauchern 10 keine Energie zuführen kann. Auf diese Weise hat die erste Batterie 4 allein den Zweck, die Primärverbraucher 8 (die keine signifikante Menge an Energie verbrauchen, solange der Motor abgeschaltet ist) mit Energie zu versorgen. Es steht daher immer genügend Energie zur Verfügung, um den Startermotor 38 und andere Primärverbraucher zu betreiben und somit den Fahrzeugmotor bei Bedarf zu starten.
Die Anschlüsse in dem Anschlusskasten können relativ leicht modifiziert werden, so dass unterschiedliche Verbraucher an Primär- und Sekundärkreise angeschlossen werden. Dadurch kann ein bestimmter Verbraucher während der Fertigung des Doppelbatteriesystems 2 leicht als Primärverbraucher 8 oder als Sekundärverbraucher 10 ausgewiesen werden. Die Primärverbraucher 8 werden sorgfältig ausgewählt, so dass sie bei abgeschaltetem Fahrzeugmotor nicht viel Energie verbrauchen und die Energie daher in der ersten Batterie 4 für den Moment aufgespart wird, wo der Fahrzeugmotor eingeschaltet werden soll.
Bei einer Modifikation der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Zündschalter 21 nicht durch den Schlüssel 22 betätigt, sondern stattdessen durch eine schlüssellose Zündanlage 40 gesteuert. Diese kann durch eine Swipe Card oder durch Eingabe eines Sicherheitscodes in eine Tastatur in Gang gesetzt werden. Bei der schlüssellosen Zündanlage wird genauso wie bei der schlüsselbetätigten Zündanlage zwischen drei Zuständen umgeschaltet. Jeder Zustand kann vom Fahrer von Hand ausgewählt werden, oder das System kann ohne Fahrereingabe zwischen dem START-Zustand und dem EIN-Zustand umschalten, so dass der Fahrer nur eine Eingabe machen muss, um das Fahrzeug zu starten.
An der vorliegenden Erfindung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Zum Beispiel können viele verschiedene Arten von Verbrauchern durch die erste Batterie und die zweite Batterie mit Energie versorgt werden. Die Primärverbraucher können zum Beispiel Verbraucher der Kraftstoffanlage, Diebstahlsicherungen und andere bekannte Niedrigenergieverbraucher umfassen. Die Sekundärverbraucher können das Radio, Nebelscheinwerfer, Getränkekühler und andere bekannte ähnliche Verbraucher umfassen. Bei dieser Anordnung können mehr als zwei Batterien vorgesehen sein, solange eine Batterie der Verwendung mit dem Starter vorbehalten ist und nicht signifikant entleert wird, wenn der Fahrzeugmotor abgeschaltet ist.

Claims

Elektrisches Doppelbatteriesystem für ein Fahrzeug mit einem Motor, wobei das System einen Primärverbraucher und einen Sekundärverbraucher umfasst und umschaltbar ist zwischen einem EIN-Zustand, in dem der Motor läuft, einem AUS-Zustand, in dem der Motor nicht läuft, und einem START-Zustand, in dem der erste Verbraucher Energie zum Starten des Motors braucht, wobei das System ferner Folgendes umfasst: eine erste Batterie, die Energie für den Primärverbraucher bereitstellen kann; eine zweite Batterie, die Energie für den Sekundärverbraucher bereitstellen kann; eine Schaltereinrichtung, die geschlossen werden kann, um die erste Batterie mit der zweiten Batterie zu verbinden, so dass beide Batterien Energie für beide Verbraucher bereitstellen können; eine Steuereinrichtung, die die Schaltereinrichtung öffnen kann, wenn sich das System im AUS-Zustand befindet, und die Schaltereinrichtung schließen kann, wenn sich das System im EIN-Zustand und im START-Zustand befindet; und ein Verbindungssystem mit mehreren Ausgangsanschlüssen zum Anschluss an mehrere Primär- und Sekundärverbraucher und zwei Eingangsanschlüssen zum Anschluss an die erste bzw. die zweite Batterie.
Batteriesystem nach Anspruch 1, das ferner einen Stromerzeuger umfasst, der die erste und die zweite Batterie laden kann, wenn sich die Baugruppe im EIN-Zustand befindet.
Batteriesystem nach Anspruch 1, bei dem der erste Verbraucher einen Startermotor umfasst, der betrieben werden kann, um das Fahrzeug zu starten, wenn sich das System im START-Zustand befindet.
Batteriesystem nach Anspruch 3, bei dem die Steuereinrichtung die Schaltereinrichtung schließen kann, bevor sie den Startermotor in Betrieb setzt.
Batteriesystem nach Anspruch 1, das ferner einen vom Nutzer betätigten Zündschalter umfasst, der mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht, um das System zwischen den drei Zuständen umzuschalten.
Batteriesystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Batterie mit dem Primärverbraucher verbunden ist, um einen Primärkreis zu bilden, und die zweite Batterie mit dem Sekundärverbraucher verbunden ist, um einen Sekundärkreis zu bilden, so dass die Kreise durch das Öffnen der Schaltereinrichtung elektrisch voneinander getrennt werden.
Batteriesystem nach Anspruch 1, bei dem der Primärverbraucher einen oder mehrere von einem Motormanagement-Controller, einem Sicherheitsverbraucher und einem Kraftstoffzuführungssystem umfasst.
Batteriesystem nach Anspruch 1, bei dem der Primärverbraucher einen sparsamen Verbraucher umfasst, so dass die erste Batterie genügend Energie aufspart, um den ersten Verbraucher anzutreiben, wenn sich das System im START-Zustand befindet.
Batteriesystem nach Anspruch 1, bei dem der Sekundärverbraucher eines oder mehrere von Innenlampen, Außenlampen, einem Radio, Kundenanschlusspunkten, einem Zigarettenanzünder, einem Mobiltelefonladegerät, Heckleuchten, einem DVD-Player, einem fahrzeugeigenen Unterhaltungssystem, einem Getränkekühler und sonstigen Nebenverbrauchern umfasst.
Batteriesystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung ferner die Ausgangsspannung der zweiten Batterie erfassen kann, wobei die Steuereinrichtung die Schaltereinrichtung nur dann öffnen kann, wenn die Ausgangsspannung der zweiten Batterie über einem vorbestimmten Wert liegt.