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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verpolschutzschaltung für
einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug, wobei die Verpolschutzschaltung
ein erstes Schaltelement, das zwischen einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs
und dem Fremdstartpol angeordnet ist, eine Einrichtung zur Erfassung
einer Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung,
und ein erstes Schaltsteuerungselement umfasst, das angepasst ist, das
erste Schaltelement bei einer vorbestimmten Polarität zu
schließen.
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Es
ist bekannt, den einzelnen elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug,
die gegen elektrische Verpolungen sehr empfindlich sind, einen Verpolschutz
zuzuordnen. Der Verpolungsschutz kann auf diverse Weisen sichergestellt
werden. Es können beispielsweise mechanische Vorrichtungen
vorgesehen werden, die sicherstellen, dass elektrische Anschlüsse
nicht in falscher Polarität hergestellt werden können,
wie z. B. ein asymetrisch aufgebauter Stecker, der nur in einer
Richtung eingesteckt werden kann und so das Verpolen der Anschlüsse
verhindert. Beim elektrischen Verpolungsschutz wird durch geeignete
Schaltungen und Bauteile, wie beispielsweise Verpolschutz-Dioden,
sichergestellt, dass beim Anlegen elektrischer Spannungen in falscher
Polarität in dem angeschlossenen Gerät kein Schaden
entsteht.
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Mehrere
einfache Schaltungsvarianten können vorgesehen werden.
Es kann beispielsweise eine Diode in Serie mit der Versorgungsspannung
geschaltet werden, sodass bei Verpolung das Gerät keinen
Strom mehr erhält. Alternativ kann eine Diode parallel
zur Versorgungsspannung geschaltet werden. Ein Relais kann auch
angewandt werden, das mit Hilfe einer Diode die Versorgungsspannung
zum Verbraucher durchschaltet. Allerdings sind diese einfachen Lösungen
nicht immer anwendbar. In einem Starterkreis eines Fahrzeuges ist beispielsweise
der Strom zu hoch, damit eine Diode in Serie mit der Versorgungsspannung
geschaltet werden kann.
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Wenn
eine Batterie eines ersten Kraftfahrzeuges leer ist, das heißt
keine genügende Leistung vorhanden ist, ist es bekannt,
eine Batterie eines zweiten Kraftfahrzeuges über die leere
Batterie zu schalten, um den Motor des ersten Fahrzeuges zu starten.
Eine solche Technik ist im Allgemeinen als Fremdstart bekannt. Wenn die
Batterie ei nes Kraftfahrzeuges nicht in dem Motorraum sondern anderswo
in dem Fahrzeug angeordnet ist, ist es übliche Praxis geworden,
Fremdstartanschlüsse in dem Motorraum vorzusehen, die mit
einer Batterie eines zweiten Fahrzeuges verbindbar sind, wenn die
Batterie des ersten Fahrzeuges leer werden sollte. Wenn die zweite
Batterie nicht korrekt mit den Fremdstartanschlüssen, d.
h. mit falscher Polarität, verbunden ist, können
elektrische Komponenten in dem ersten Fahrzeug beschädigt
werden. Das trifft insbesondere für Dioden, die mit dem
Generator des ersten Fahrzeuges in Verbindung stehen, zu.
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In
der
DE 100 47 791
A1 ist ein Verpolschutz für einen Fremdstartpol
in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei zwischen einem Bordnetz
des Kraftfahrzeuges und dem Fremdstartpol ein Schaltelement angeordnet
ist, dem eine Einrichtung zur Erfassung der Polarität der
an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung zugeordnet ist, wobei
das ansonsten offene Schaltelement bei richtiger Polung über
die Einrichtung zur Erfassung der Polarität schließbar
ist.
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Eine
solche Verpolschutzschaltung ermöglicht es, sowohl von
einem fremden Fahrzeug einen Fremdstart zu nehmen, als auch einem
fremden Fahrzeug einen Fremdstart zu geben. Allerdings muss das
Bordnetz des liegengebliebenen Kraftfahrzeuges über eine
minimale Restbordnetzspannung verfügen, damit die Diode in
Flussrichtung gepolt wird und der Relaiskontakt schließt.
Wenn die Bordnetzspannung hingegen zusammengebrochen ist und um
diese Restbordnetzspannung nicht verfügt, muss der Relaiskontakt
manuell geschlossen werden, um die elektrische Verbindung zwischen
den beiden Bordnetzen herzustellen.
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Die
schwache Batterie muss zumindest so stark sein, dass sie noch ausreichend
Spulenstrom zur Ansteuerung des Leistungsrelais herausgeben kann.
Ein Leistungsrelais, das einen Starterstrom in der Größenordnung
von mehreren Hunderten von Ampere zu führen hat, benötigt
einen entsprechend hohen Steuerstrom durch die Spule, der bis zu
500 mA betragen kann. Wenn die Batterie aber dafür zu schwach
ist, fließt nicht genügend Spulenstrom zur Ansteuerung
des Relais. In so einem Fall sieht der in der oben erwähnten
Patentanmeldung beschriebene Verpolschutz vor, dass das Relais manuell
betätigt werden soll. Wenn die fremde Batterie aber verpolt
ist, können Schäden in den elektrischen Vorrichtungen
vorkommen. Somit weist die in der oben er wähnten Patentanmeldung
veröffentlichte Verpolschutzschaltung den Nachteil auf,
dass kein Verpolungsschutz mehr besteht, wenn die Batterie des fremden
Fahrzeuges zu stark entladen ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Verpolschutzschaltung für einen Fremdstartpol in einem
Kraftfahrzeug anzugeben. Darüber hinaus besteht die Aufgabe
darin, ein verbessertes Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes
für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche
1 und 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine
Verpolschutzschaltung für einen Fremdstartpol in einem
Kraftfahrzeug ein erstes Schaltelement, das zwischen einem Bordnetz
des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol angeordnet ist, eine Einrichtung
zur Erfassung einer Polarität der an dem Fremdstartpol
anliegenden Spannung, ein erstes Schaltsteuerungselement, das angepasst
ist, das erste Schaltelement bei einer vorbestimmten Polarität
zu schließen, ein zweites Schaltelement, das zwischen dem ersten
Schaltsteuerungselement und der Masse angeordnet ist und im geschlossen
Zustand das erste Schaltsteuerungselement zu der Masse verbindet,
und ein zweites Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das zweite
Schaltelement bei der vorbestimmten Polarität zu schließen,
wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, wobei das zweite
Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet
sind, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais
ausgebildet ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die
Einrichtung zur Erfassung einer Polarität der an dem Fremdstartpol
anliegenden Spannung eine erste Diode, die vom Fremdstartpol in Flussrichtung
zum zweiten Schaltsteuerungselement geschaltet ist und den Strom
von dem Fremdstartpol nur bei der vorbestimmten Polarität
zu dem zweiten Schaltsteuerungselement durchlässt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das erste
Schaltsteuerungselement und das erste Schaltelement als ein Leistungsrelais
ausgebildet, wobei das erste Schaltelement als ein Kontakt des Leistungsrelais
ausgebildet ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt
das Hilfsrelais den Kontakt, wenn die erfasste Polarität
die vorbestimmte Polarität ist und die Spannung am Fremdstartpol
größer als eine vorbestimmte Spannung ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die
Verpolschutzschaltung weiterhin eine Entkopplungseinrichtung zur
Entkopplung des Fremdstartpoles vom Bordnetz, wobei die Entkopplungseinrichtung
angepasst ist, den Strom aus dem Fremdstartpol oder Bordnetz durchzulassen,
der der größeren Spannung von der am Fremdstartpol
anliegenden Spannung und der am Bordnetz anliegenden Spannung entspricht.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die
Entkopplungseinrichtung eine zweite Diode und eine dritte Diode,
wobei die zweite Diode in Flussrichtung vom Fremdstartpol zum ersten Schaltsteuerungselement
geschaltet ist und die dritte Diode in Flussrichtung vom Bordnetz
zum ersten Schaltsteuerungselement geschaltet ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein
Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes für einen
Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug das Anordnen eines ersten Schaltelements
zwischen einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol,
das Erfassen einer Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden
Spannung, das Schließen, durch ein erstes Schaltsteuerungselement,
des ersten Schaltelements bei einer vorbestimmten Polarität,
das Anordnen eines zweiten Schaltelements zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement
und der Masse, wobei das zweite Schaltelement im geschlossen Zustand
das erste Schaltsteuerungselement zu der Masse verbindet, und das
Schließen, durch ein zweites Schaltsteuerungselement, des
zweiten Schaltelements bei der vorbestimmten Polarität,
wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, wobei das zweite
Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais
ausgebildet sind, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt
des Hilfsrelais ausgebildet ist.
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Anhand
der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausgestaltungen
wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Ansicht einer Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Bezug
auf 1 im Detail unten erläutert. 1 zeigt
eine Verpolschutzschaltung 10 für einen Fremdstartpol 1 in
einem Kraftfahrzeug. Die Verpolschutzschaltung 10 umfasst
ein erstes Schaltelement 3, das zwischen einem Bordnetz 2 des
Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol 1 angeordnet ist.
Des Weiteren umfasst die Verpolschutzschaltung 10 ein erstes
Schaltsteuerungselement 4, das das Schalten des Schaltelements 3 steuert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind das erste Schaltsteuerungselement 4 und das erste
Schaltelement 3 als ein Leistungsrelais ausgebildet. Das
erste Schaltelement 3 wird dabei als ein Kontakt des Leistungsrelais
ausgebildet und das Schaltsteuerungselement 4 wird als
die Spule des Leistungsrelais ausgebildet. Der Kontakt ist im normalen
Zustand offen.
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Die
Verpolschutzschaltung 10 umfasst weiterhin ein zweites
Schaltelement 6, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement 4 und
der Masse angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement 6 im
geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement 4 zur
Masse verbindet. Die Verpolschutzschaltung 10 umfasst weiterhin
ein zweites Schaltsteuerungselement 7, das das Schalten
des zweiten Schaltelementes 6 steuert.
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Gemäß dieser
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zweite
Schaltsteuerungselement 7 als ein Hilfsrelais ausgebildet.
Das zweite Schaltelement 6 ist als ein Kontakt des Hilfsrelais 7 ausgebildet, wobei
der Kontakt im normalen Zustand offen ist. Das Hilfsrelais 7 schaltet
das zweite Schaltelement 6 leitend, wenn eine vorbestimmte
Polarität der am Fremdstartpol 1 anliegenden Spannung
erfasst wird, d. h. wenn die Polung am Fremdstartpol 1 richtig
ist, und die Spannung am Fremdstartpol 1 größer
als eine vorbestimmte Spannung ist.
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Die
Verpolschutzschaltung 10 umfasst weiterhin eine erste Diode 8,
die in Flussrichtung vom Fremdstartpol 1 zum zweiten Schaltsteuerungselement 7 geschaltet
ist. Die erste Diode 8 dient zur Erfassung der Polarität
der an dem Fremdstartpol 1 anliegenden Spannung, indem
die erste Diode 8 den Strom von dem Fremdstartpol 1 nur
bei richtiger Polung am Fremdstartpol 1 zu dem zweiten
Schaltsteuerungselement 7 durchlässt.
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Die
Verpolschutzschaltung 10 gemäß dieser
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin
eine zweite Diode 5, die in Flussrichtung vom Fremdstartpol 1 zum
ersten Schaltsteuerungselement 4 geschaltet ist, und eine
dritte Diode 9, die in Flussrichtung vom Bordnetz 2 zum
ersten Schaltsteuerungselement 4 geschaltet ist. Die zweite
Diode 5 und dritte Diode 9 dienen zur Entkopplung
des Fremdstartpoles 1 vom Bordnetz 2 und gewährleisten,
dass das erste Schaltsteuerungselement 4 von der größeren
Spannung von der am Fremdstartpol 1 anliegenden Spannung
und der am Bordnetz 2 anliegenden Spannung versorgt wird.
Die Vorteile einer solchen Entkopplungseinrichtung werden unten
im Detail erläutert.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Verpolschutzschaltung 10 gemäß der
Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.
Der Fall, wo ein Fahrzeug, das die erfindungsgemäße
Verpolschutzschaltung 10 umfasst, einen Fremdstart von
einem fremden Fahrzeug nimmt, wird zuerst erläutert, bevor
der Fall, wo das Fahrzeug einem fremden Fahrzeug einen Fremdstart
gibt, erläutert wird.
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Wenn
das Bordnetz 2 des Kraftfahrzeuges für einen Startvorgang
nicht ausreichend ist, muss der Startvorgang durch eine externe
Spannungsquelle, wie beispielsweise die Batterie eines fremden Fahrzeugs, am
Fremdstartpol 1 initiiert werden. Wird diese Spannungsquelle
richtig gepolt an den Fremdstartpol 1 angeschlossen, ist
die erste Diode 8 in Flussrichtung gepolt. Dadurch fließt
ein entsprechender Durchlassstrom durch die erste Diode 8 und,
wenn die Spannung am Fremdstartpol 1 größer
als eine vorbestimmte Spannung ist, schaltet das Hilfsrelais 7 das
zweite Schaltelement 6 leitend, sodass das erste Schaltsteuerungselement 7 des
Leistungsrelais zur Masse verbunden wird. Da die am Fremdstartpol 1 anliegende
Spannung größer ist als die am Bordnetz 2 anliegende
Spannung, ist die zweite Diode 5 in Flussrichtung gepolt.
Es fließt auch ein entsprechender Durchlassstrom durch
die zweite Diode 5 und das erste Schaltsteuerungselement 7 des
Leistungsrelais, sodass das erste Schaltelement 3, also
der Relaiskontakt des Leistungsrelais, geschlossen wird. Die für
den Startvorgang benötigten Verbraucher werden dann über
die externe Spannungsquelle versorgt.
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Wenn
hingegen die externe Spannungsquelle verpolt an dem Fremdstartpol 1 angeschlossen
ist, so sperrt die erste Diode 8, und es fließt
kein Strom durch die Erregerwicklung des Hilfsrelais. Somit schaltet
das Hilfsrelais das zweite Schaltelement 6 nicht zu und
es fließt kein Strom durch die Erregerwicklung des Leistungsrelais.
Das erste Schaltelement 3 bleibt daher offen, was einen
Verpolungsschutz bietet.
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Der
Vorteil einer Verpolschutzschaltung
10 gemäß dieser
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert.
Im Fall einer Fremdstarthilfe an ein fremdes Fahrzeug wird der entladenen
Batterie eines fremden Fahrzeuges Fremdstarthilfe von der eigenen
Batterie des Fahrzeuges gegeben. Wenn die Batterie des fremden Fahrzeuges
stark entladen ist, kann die Batterie des fremden Fahrzeuges nur
eine reduzierte Spannung ausgeben, was bei herkömmlichen
Verpolschutzsystemen Probleme bereiten kann, da die Polarität am
Fremdstartpol schwer erkennbar ist. Bei der in der
DE 100 47 791 A1 beschriebenen
Verpolschutzschaltung muss die entladene Batterie eines fremden
Fahrzeuges zumindest genug Spannung ausgeben, dass noch genügend
Spulenstrom zur Ansteuerung des Leistungsrelais fließt,
damit der Relaiskontakt geschlossen wird und die Fremdstarthilfe
stattfinden kann. Allerdings benötigt ein Leistungsrelais,
das in der Lage ist, den Starterstrom in einer Größenordnung
von mehreren Hundert Ampere zu führen, auch einen entsprechend
hohen Steuerstrom durch die Spule. Ein solcher Spulenstrom kann
so hoch wie 500 mA sein. Wenn die Batterie aber stark entladen ist,
kann ein solcher Spulenstrom möglicherweise nicht ausgegeben
werden, sodass die Fremdstarthilfe nicht stattfinden kann. Die oben
erwähnte veröffentlichte Patentanmeldung sieht
vor, den Relaiskontakt manuell zu schließen. In diesem
Fall besteht aber kein Verpolungsschutz.
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Die
mit der in der oben erwähnten veröffentlichten
Patentanmeldung Verpolschutzschaltung verbundenen Nachteile werden
von der Verpolschutzschaltung gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beseitigt. In der Tat muss eine entladene
Batterie eines fremden Fahrzeuges nicht den hohen Steuerstrom des
Leistungsrelais ausgeben können, sondern nur den geringeren
Steuerstrom, der durch das Hilfsrelais 7 fließt.
Da dieser Steuerstrom sich in einer Spanne von wenigen Milliampere
beläuft, sollte selbst eine sehr schwache Batterie eines
fremden Fahrzeuges einen solchen Steuerstrom ausgeben können.
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Wenn
die Batterie des fremden Fahrzeuges am Fremdstartpol 1 eine
ausreichende Spannung ausgeben kann, und die am Fremdstartpol 1 erfasste
Polarität richtig ist, d. h. die Anschlüsse am
Fremdstartpol 1 richtig gepolt sind, fließt ein
entsprechender Durchlassstrom durch die erste Diode 8 und
das Hilfsrelais 7 schaltet das zweite Schaltelement 6 leitend.
Da nun die am Bordnetz 2 anliegende Spannung größer
als die am Fremdstartpol 1 anliegende Spannung ist, sperrt
nun die zweite Diode 5 und die dritte Diode 9 ist
nun in Flussrichtung gepolt, sodass der Steuerstrom des Leistungsrelais über
die dritte Diode 9 vom starken eigenen Bordnetz 2 ausgegeben
wird. Somit schließt der Relaiskontakt 3 des Leistungsrelais
und die für den Startvorgang benötigten Verbraucher
im fremden Fahrzeug werden über das eigene Bordnetz 2 versorgt.
Ist hingegen die externe Spannungsquelle am Fremdstartpol 1 verpolt,
so sperrt die erste Diode 8 und es fließt kein
Strom durch das Hilfsrelais. Das zweite Schaltelement 6 bleibt
offen und die Erregerwicklung des Leistungsrelais wird nicht zur
Masse verbunden und das erste Schaltelement 3 bleibt somit
offen. Die Verpolschutzschaltung gemäß dieser
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet somit
Verpolschutz, selbst wenn eine Fremdstarthilfe einem fremden Fahrzeug
gegeben wird.
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Nach
einem erfolgten Fremdstart kann eine Selbsthaltung über
die geschlossenen ersten Relaiskontakt
3 und zweiten Relaiskontakt
6 stattfinden.
Um eine solche Selbsthaltung zu vermeiden kann dem ersten Relaiskontakt
3 und
dem zweiten Relaiskontakt
6 jeweils eine mechanische Abdeckung
zugeordnet werden, die beim Schließen den jeweiligen Relaiskontakt
3,
6 öffnet.
Eine solche mechanische Abdeckung ist beispielsweise in der offengelegten
Patentanmeldung
DE
100 47 791 A1 beschrieben.
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Eine
Verpolschutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
bietet einen verbesserten Verpolungsschutz. Zusätzlich
bietet die Verpolschutzschaltung gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
durch die Verwendung eines Hilfsrelais statt einer komplexen elektronischen
Schaltung eine Einsparung von Material- und Bestückungskosten
für elektronische Bauelemente sowie einen geringeren Platzbedarf
der Steuerung, eine Erhöhung der Zuverlässigkeit,
und einen verringerten Prüfaufwand in der Endprüfung.
Diese Vorteile können erreicht werden, ohne den Funktionsumfang
einer komplexeren elektronischen Schaltung zu reduzieren. Bezugszeichenliste:
| Bezugsziffer | Beschreibung |
| 1 | Fremdstartpol |
| 2 | Bordnetz |
| 3 | erstes
Schaltelement |
| 4 | erstes
Schaltsteuerungselement |
| 5 | zweite
Diode |
| 6 | zweites
Schaltelement |
| 7 | zweites
Schaltsteuerungselement |
| 8 | erste
Diode |
| 9 | dritte
Diode |
| 10 | Verpolschutzschaltung |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10047791
A1 [0005, 0028, 0031]