DE102007043919A1

DE102007043919A1 - Lade- und Trennschaltung

Info

Publication number: DE102007043919A1
Application number: DE102007043919A
Authority: DE
Inventors: Antonios Katirtzidis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-03-26
Also published as: WO2009037043A3; WO2009037043A2

Abstract

Es wird eine Lade- und/oder Trennschaltung, insbesondere für Fahrzeugbordnetze, mit einem ersten Energiespeicher und einem zweiten Energiespeicher mit wenigstens einem zugeordneten Verbraucher vorgeschlagen, wobei die Lade- und/oder Trennschaltung zwischen den beiden Energiespeichern liegt und wenigstens drei Dioden aufweist. In einer Ausgestaltung ist zusätzlich noch ein Schalter vorhanden, der ansteuerbar ist und bei bestimmten Situationen geöffnet oder wieder geschlossen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Lade- und/oder Trennschaltung, insbesondere für einen 12 V Energiespeicher inklusive Verbraucher eines Fahrzeugbordnetzes. Dabei sollen erfindungsgemäß während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs die empfindlichen Verbraucher inklusive eines zusätzlichen Energiespeichers vom restlichen Bordnetz getrennt werden.
Heute wird beim Startvorgang eines Verbrennungsmotors im Kraftfahrzeug ein Spannungseinbruch im elektrischen Bordnetz in den Kombiinstrumenten und Multimediaanlagen sichtbar. Es kann sogar zum rebooten einzelner Geräte kommen. Der Spannungseinbruch ist auf den kurzzeitigen hohen Strom der Startereinheit von mehreren 100 Ampere zurück zu führen, der in der Startphase allein von der Starterbatterie bereitgestellt wird. Besonders vor dem Hintergrund wachsender Nachfrage an automatischen Start/Stopp-Systemen in der Kraftfahrzeugtechnik ist es wichtig den Spannungseinbruch von empfindlichen Geräten fern zu halten. Erste technische Lösungsansätze sind Zwei-Batterien-Bordnetze. Hierbei sind zwei bekannte Ansätze zu unterscheiden.
Im ersten Fall hat die eine Batterie nur den Starter zu versorgen und die andere Batterie versorgt das restliche Bordnetz. Die beiden Batterien werden über ein Steuergerät geladen bzw. entkoppelt. Eine solche Lösung ist aus der DE 101 00 889 A1 bekannt. Im anderen Fall wird der Starterbatterie eine Batterie mit wenigen Ampere/Stunden parallel geschaltet. Deren Aufgabe ist es, einen oder mehrere andernfalls gestörte Verbraucher zu schützen. Dazu ist in der Plusleitung zwischen den beiden Batterien ein Schalter angeordnet, der wenigstens zwei MOSFET-Transistoren umfasst. Dieser Ansatz ist aus der FR 2 869 469 A bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, mit einfachen Mitteln eine Lade- und/oder Trennschaltung zu realisieren, die insbesondere in einem Fahrzeugbordnetz eingesetzt wird. Das heißt die Schaltung soll während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors die empfindlichen Verbraucher inklusive ihres Energiespeichers vom restlichen Bordnetz trennen. Sobald der Startvorgang abgeschlossen ist, wird wieder der ursprüngliche Zustand hergestellt, d. h. die Verbraucher und ihr Energiespeicher werden wieder vom Generator bzw. der Starterbatterie versorgt. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen das Anspruchs 1.
Die Vorteile der Erfindung werden erzielt, indem eine Schaltung mit nur wenigen Bauteilen eingesetzt wird, die in vorteilhafter Weise verschaltet wird. Sie umfasst in besonders vorteilhafter Weise nur drei Dioden, einen Widerstand und eine Sicherung. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird noch ein Lasttrennschalter eingesetzt, der als Relais oder Halbleiterschalter usw. ausgestaltet ist. Er wird in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von der Bedienstrategie angesteuert.
In besonders vorteilhafter Weise wird dadurch ermöglicht, bei dem zusätzlich zur Starterbatterie benötigte Energiespeicher in der eingesetzten Technologie unabhängig zu sein. Möglich sind dabei sowohl AGM-/Gel-Batterien als auch Double-Layer-Capacitor. Auch die Speichergröße ist für die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht relevant und somit in vorteilhafter Weise an die erforderlichen Gegebenheiten anpassbar. Die Erfindung ermöglicht es, elektrische Verbraucher die empfindlich auf Spannungsschwankungen reagieren, zuverlässig zu schützen.
Offenbarung der Erfindung
In den 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Dabei sind zwei Varianten zu unterscheiden, nämlich die Grundschaltung und die erweiterte Schaltung. Die Grundschaltung ist in 1 dargestellt, die erweiterte Schaltung in 2. Die erweiterte Schaltung unterscheidet sich in nur einem Punkt von der Grundschaltung, nämlich durch den zusätzlichen Schalter „S1".
In 1 ist ein erstes Beispiel für ein Bordnetz mit einem Generator G, einem Starter S, einer AGM-Starterbatterie B1 und einem Verbraucher V1 dargestellt. Die erfindungsgemäße Lade- und/oder Trennschaltung umfasst drei Dioden D1, D2, D3, einen Widerstand R1 und eine Sicherung F1. Zusätzlich sind in der 1 eine AGM-Stützbatterie B2 und ein Verbraucher V2 dargestellt. Verbraucher V2 sind spannungsempfindliche Verbraucher wie beispielsweise kombinierte Navigations- und Radio-Geräte.
Die Funktion der Bauteile lässt sich wie folgt beschreiben: Die Sicherung F1 hat die Aufgabe im Fehlerfall die von ihr abgehenden Verbraucher V2 vor zu hohen Strömen zu schützen. Der Widerstand R1 hat die Aufgabe den Ladestrom des zusätzlichen Energiespeichers bzw. der Stützbatterie B2 zu begrenzen. Die Stützbatterie B2 ist beispielsweise eine 12 V AGM Stützbatterie. Bei Blei-Säure Batterien, sowohl der AGM-Technologie als auch der Gel-Technologie, ist die Begrenzung des Ladestromes wichtig um ein so genanntes "Kochen der Batterie" durch zu hohen Ladestrom zu verhindern.
Für den Fall das der zusätzliche Energiespeicher ein Kondensator ist, dient der Widerstand R1 ebenfalls dazu den Ladestrom zu begrenzen. Allerdings aus anderen Gründen, ein entleerter Kondensator würde jeglichen verfügbaren Strom in kürzester Zeit zum Laden nutzen und somit seinerseits einen Spannungseinbruch im Bordnetz auslösen.
Die Diode D1 hat die Aufgabe den Ladestrom des zusätzlichen Energiespeichers bzw. der Stützbatterie B2 nur in eine Richtung durchzulassen. Es soll somit der Stromrückfluss in das Restbordnetz verhindert werden. Dies wäre z. B. der Fall, wenn der Verbrennungsmotor steht und somit der Generator keinen Strom erzeugt, um das Bordnetz ausreichend mit Energie zu versorgen.
Die Diode D2 hat die Aufgabe zu gewährleisten, dass der Strom des zusätzlichen Energiespeichers bzw. der Stützbatterie B2 auch tatsächlich nur die dafür vorgesehenen Verbraucher versorgt.
Die Diode D3 hat die Aufgabe im Falle eines entleerten zusätzlichen Energiespeichers B2, dafür zu sorgen, dass die angeschlossen Verbraucher nicht gestört werden und die Ladungsbegrenzung des zusätzlichen Energiespeichers nicht aufgehoben wird.
In 2 ist eine erweiterte Schaltung als zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Diese Variante der Erfindung besteht aus den gleichen Bauteilen wie zuvor beschrieben. Auch erfüllen diese Bauteile die gleichen Aufgaben. Hinzu kommt lediglich ein Schalter S1, der als Trennrelais oder Halbleiterschalter ausgeführt sein kann. Die Hauptaufgabe des Schalters S1 besteht dabei darin den zusätzlichen Energiespeicher B2 inklusive der daran angeschlossenen empfindlichen Verbraucher V2 vom restlichen Bordnetz in bestimmten Situationen abzutrennen. Der Schalter S1 kann über ein Steuersignal, das beispielsweise von einem von einem Steuergerät geliefert wird, betätigt werden oder in Abhängigkeit von anliegenden Spannungen.
Im einzelnen kann der Schalter S1 bei folgenden Ereignissen geöffnet werden:
Der Schalter S1 wird bei jedem Startvorgang des Verbrennungsmotors geöffnet und nach Abschluss des Vorgangs wieder geschlossen. Als Auslöser könnte man das Klemme-50-Signal, das der dort herrschenden Spannung entspricht, nehmen oder in einem Start/Stopp-Fahrzeug die Auslöser für einen automatischen Wiederstart, die dann im Start/Stopp-Koordinator vorliegen. Um den Schalter S1 wieder zu schließen, könnte ein Wegfall des Klemme-50-Signals, eine Nachricht vom Motorsteuergerät, das DF-Signal vom Generator oder der Start/Stopp-Koordinator genutzt werden.
Der Schalter S1 wird in einem Start/Stopp-Fahrzeug während der ganzen Stopp-Phase des Verbrennungsmotors geöffnet. Das würde Sinn machen, um die Starterbatterie B1 zu entlasten und somit die Stopp-Phase zu verlängern bzw. mehr Stopp-Phasen zu erlauben. Der Start/Stopp-Koordinator, der in solchen Start/Stopp-Fahrzeugen zum Einsatz kommt, würde somit die Steuerung des Schalters S1 übernehmen.
Die erfindungsgemäße Lade/Trennschaltung kann beispielsweise in allen Start/Stopp-Systeme in modernen Kraftfahrzeugen, bei denen während des Startvorganges des Verbrennungsmotors ein Spannungseinbruch des Fahrzeugbordnetzes zu erwarten ist, eingesetzt werden. Ein weiteres Einsatzgebiet sind alle konventionelle Kraftfahrzeuge, bei denen man empfindliche elektrische Verbraucher während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors vom Fahrzeugbordnetz trennen möchte, um sie vor dem zu erwartenden Spannungseinbruch zu schützen.
Ein weiteres Einsatzgebiet sind alle Kraftfahrzeuge, bei denen durch Zuschalten eines Hochstromverbraucher selbst bei laufendem Generator ein Spannungseinbruch im Fahrzeugbordnetz zu erwarten ist. Ein solcher elektrischer Verbraucher könnte beispielsweise eine rein elektrische Lenkkraftunterstützung für Großkraftfahrzeuge sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10100889 A1 [0003]
- FR 2869469 A [0003]

Claims

Lade- und/oder Trennschaltung, insbesondere für Fahrzeugbordnetze, mit einem ersten Energiespeicher und einem zweiten Energiespeicher mit wenigstens einem zugeordneten Verbraucher, wobei die Lade- und/oder Trennschaltung zwischen den beiden Energiespeichern liegt, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens drei für eine Stromrichtung leitende und eine Stromrichtung sperrende Bauteile (D1, D2, D3) aufweist.
Lade- und/oder Trennschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Bauteile (D1, D2, D3) Dioden sind.
Lade- und/oder Trennschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden der Dioden (D1, D2) mit dem Plus-Anschluss des Energiespeichers (B1) in Verbindung stehen, dass die Kathode der Diode (D1) mit dem Plus-Anschluss des Energiespeichers (62) und der Anode der Diode (D3) verbunden ist und die Kathode der Diode (D2) mit dem Verbraucher (V2) und der Kathode der Diode (D3) verbunden ist.
Lade- und/oder Trennschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Energiespeicher (B1) und den Dioden (D1) und (D2) eine Sicherung (F1) liegt.
Lade- und/oder Trennschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sicherung (F1) und der Diode (D1) ein Widerstand (R1) liegt.
Lade- und/oder Trennschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Widerstand (R1) und der Sicherung (F1) ein Schalter (S1) liegt.
Verfahren zum Betreiben einer Lade- und/oder Trennschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S1) bei vorgebbaren Ereignissen geöffnet wird.
Verfahren zum Betreiben einer Lade- und/oder Trennschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S1) durch Zuführen eines Ansteuersignales von einem Steuergerät oder durch Zuführen oder Abschalten einer Spannung geöffnet wird.
Verfahren zum Betreiben einer Lade- und/oder Trennschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S1) bei jedem Startvorgang des Verbrennungsmotors geöffnet wird und nach Abschluss des Vorgangs wieder geschlossen wird.
Verfahren zum Betreiben einer Lade- und/oder Trennschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Auslöser das Klemme-50-Signal, das der dort herrschenden Spannung entspricht, dient.
Verfahren zum Betreiben einer Lade- und/oder Trennschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Start/Stopp-Fahrzeug als Auslöser für einen automatischen Wiederstart Informationen dienen, die im Start/Stopp-Koordinator vorliegen.
Verfahren zum Betreiben einer Lade- und/oder Trennschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schließung des Schalters (S1) ein Wegfall des Klemme-50-Signals, eine Nachricht vom Motorsteuergerät, das DF-Signal vom Generator oder der Start/Stopp-Koordinator genutzt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Lade- und/oder Trennschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S1) in einem Start/Stopp-Fahrzeug während der ganzen Stopp-Phase des Verbrennungsmotors geöffnet bleibt, wobei der Start/Stopp-Koordinator die Steuerung des Schalters (S1) übernimmt.