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Die
Erfindung betrifft eine mobile Kraftfahrzeugnotstartvorrichtung
gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
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Heutige
Kraftfahrzeugmotore werden überwiegend mit Elektrostartern
angelassen, welche aus einer Starterbatterie (in der Regel Blei-Säure-Batterien)
gespeist werden. Auf Grund übermäßiger
Nutzung oder Alter können Situation auftreten, in denen die
in den Starterbatterien enthaltene Energie nicht mehr ausreicht,
um den Motor anzulassen. Aus der
DE 102 32 207 A1 oder der
WO 2006/069620 A sind Starthilfen
für Kraftfahrzeugmotore bekannt, bei denen ein Kondensator
für die Kurzzeitenergiebereitstellung beim Startvorgang über
den Anlasser von einer Elektronik gesteuert oder geregelt aufgeladen wird.
Die benötigte Energie wird der vorhandenen Starterbatterie
entnommen. Die Schaltungsanordnung in der
WO 2006/069620 umfasst für
die kurzeitige Energiebereitstellung einen Doppelschichtkondensator
(z. B. UltraCaps(R), Fa. Epcos AG, München) der über
einen DC/DC-Wandler aufgeladen werden kann. Die Schaltungsanordnung
ist jedoch nicht tragbar und nutzt zum Laden des Kondensators die
in der Starterbatterie vorhandene Energie.
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Bekannt
sind außerdem tragbare Starthilfeboxen, wie zum Beispiel
in der
US 7,199,555 beschrieben,
welche im Fahrzeug als Schutz vor der Gefahr des Liegenbleibens
wegen einer leeren Starterbatterie mitgeführt werden können.
Starthilfeboxen dieser Bauart sind recht groß und schwer,
weil ein großer Anteil des bei hergestellter Verbindung fließenden
Stroms als Ausgleichsstrom in die Starterbatterie fließt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine tragbare
Starthilfebox zur Verfügung zu stellen, welche so klein
ist, dass sie jederzeit bequem mitgeführt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die tragbare Kraftfahrzeugnotstartvorrichtung gemäß Anspruch
1.
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Die
erfindungsgemäße tragbare Kraftfahrzeugnotstartvorrichtung
ist insbesondere zum Anlassen eines Verbrennungsmotors in einem
Kraftfahrzeug vorgesehen und umfasst ein Gehäuse, in dem mindestens
eine Primärquelle, insbesondere Langzeitbatterie (zum Beispiel
Akku oder Primärbatterie) oder eine externe Energiequelle
und eine elektronische Schaltungsanordnung untergebracht sind. Die elektronische
Schaltungsanordnung kann bevorzugt im wesentlichen durch einen Mikrocontroller,
zum Beispiel mit analoger Elektronik, ausgeführt sein.
Es ist aber auch möglich, die elektronische Schaltungsanordnung
ohne einen Mikrocontroller auszuführen.
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Das
Gehäuse umfasst ferner elektrische Verbindungen mit Anschlüssen
oder Klemmen (zum Beispiel Plus- und Minuskabel), welche eine Verbindung zum
elektrischen System des Kraftfahrzeugs für den Notstart
ermöglicht/ermöglichen. Die Vor richtung umfasst
weiterhin einen Leistungsspeicher, welchem von der Elektronik gesteuert
oder geregelt elektrische Energie von der Primärquelle
zuführbar ist.
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Um
die Notstartvorrichtung effektiv betreiben zu können, umfasst
diese vorzugsweise ein Bedienteil mit einem oder mehren Anzeigelementen und/oder
einem oder mehreren Schaltmitteln. Das eine oder die mehreren Schaltmittel
ermöglich-t/en eine Bedienung der Vorrichtung z. B. über
Knopf, Taster oder Timer von außen. So ist es insbesondere zumindest
möglich, mit dem Schaltmittel den Leistungsspeicher für
den Notstartvorgang kurzzeitig zu entladen, wenn dieser zuvor von
der Primärquelle gefüllt wurde. Mit dem zumindest
einen Anzeigelement lassen sich zum Beispiel Spannungen oder Ladezustande
oder Bereitschaftsanzeigen realisieren.
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Das
Bedienteil ist nicht unbedingt erforderlich, ermöglicht
jedoch eine erheblich einfachere Handhabung der Notstartvorrichtung.
Ohne das von außen bedienbare Schaltmittel oder einen Entladeschalter
hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Starterbatterie vom Restbordnetz
des Kraftfahrzeugs abzuklemmen, damit die Energie der Notstartvorrichtung auch
vollständig dem Starter zugeführt werden kann. Dies
kann besonders einfach dadurch erfolgen, dass vor dem Anklemmen
der Notstartvorrichtung die geschwächte Starterbatterie
masseseitig vom Fahrzeugnetz abgeklemmt wird.
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Das
gemäß der bevorzugten Ausführungsform
von außen Bedienbare Schaltmittel kann zum Beispiel ein
Knopf am Gehäuse der Vorrichtung sein. Bei dieser Ausführungsform
ist es von großem Vorteil, wenn die vorhandene Fahrzeugbatterie
vom Bordnetz getrennt wird. Die Vorrichtung umfasst daher bevorzugt auch
einen Hochstromschalter zum Trennen der Fahrzeugbatterie vom Bordnetz.
Nach einem erfolgreichen Notstartvorgang kann dann die Batterie
mit Hilfe des Hochstromschalters gefahrlos wieder mit dem Bordnetz
verbunden werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
zumindest ein Schaltmittel in einem abgesetzten Bedienteil integriert,
so dass eine Bedienung der Notstartvorrichtung von einer Bedienperson
auch vom Fahrzeuginnenraum aus möglich ist. Eine Signalverbindung
zwischen Notstartvorrichtung und abgesetztem Bedienteil kann über
eine elektrische Leitung oder drahtlos erfolgen. Denkbar und zum
Zwecke der Einsparung zusätzlicher Geräte vorteilhaft
ist auch eine Integration der notwendigen Bedienelemente in den
Fahrzeugrechner oder das Armaturenbrett. Dadurch, dass das Bedienelement vom
Hauptgerät abgesetzt ausgeführt ist, kann während
des Notstartvorgangs mit der Energie der Notstartvorrichtung vom
Fahrer gleichzeitig auch der Zündschalter betätigt
werden, so dass die Energie aus der Notstartvorrichtung im wesentlichen
dem Starter zufließt.
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Das
Bedienelement oder das Gehäuse kann vorzugsweise Anzeigelemente
umfassen, die den Status der Vorrichtung anzeigen (zum Beispiel ”Laden”, ”Bereitschaft”, ”Verbunden” etc.).
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Bevorzugt
umfasst die Notstartvorrichtung auch eine Ladezustandsanzeige, mit
der der aktuelle Ladezustand des Leistungsspeichers und/oder der Entladezustand
der Primärquelle angezeigt werden kann.
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Das
Schaltmittel umfasst vorzugsweise weiterhin zumindest einen Taster
oder einen Schalter oder ein Relais oder einen Halbleiterschalter
für die Verbindung mit dem Fahrzeugbordnetz. Der Taster oder
der Schalter oder das Relais oder der Halbleiterschalter kann im
externen Bedienteil oder in der Notstartvorrichtung angeordnet sein.
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Besonders
bevorzugt umfasst die Vorrichtung ein Ausgangsschaltmittel zum Schalten
des Ausgangs und/oder einen Ladeschalter zur elektrischen Verbindung
der Primärstromquelle mit dem Leistungsspeicher. Vorzugsweise
sind diese Schalter innerhalb in der Elektronik der Vorrichtung
oder im Bedienelement angeordnet.
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Die
Vorrichtung ist bevorzugt als ein mobiles Handgerät mit
einem Volumen von weniger als 600 ml ausgeführt. Das Gewicht
beträgt dabei vorzugsweise weniger als 12 kg.
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Die
Vorrichtung umfasst eine Primärquelle, insbesondere Langzeitbatterie
(zum Beispiel Akku oder Primärbatterie) oder eine externe
Energiequelle. Die Primärquelle ist bevorzugt eine Batterie
mit einer Kapazität von höchstens 5000 mAh, insbesondere
höchstens 2000 mAh, besonders bevorzugt höchstens
500 mAh. An Stelle einer Batterie kann vorteilhaft auch ein Akkumulator
mit geringfügiger Selbstentladung, wie zum Beispiel ein
Akkumulator auf Lithium-Basis eingesetzt werden. Die Vorrichtung lässt
sich dann besonders zweckmäßig mit einer Ladebuchse
versehen, um den Akkumulator nachladen zu können.
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Die
mindestens eine Primärquelle oder externe Energiequelle
weist bevorzugt eine Nennspannung von weniger als 12 V auf. Es können
als Primärquelle also auch einzelne Primärbatteriezellen
eingesetzt werden, wodurch diese besonders klein und leicht sind.
Prinzipiell ist es aber auch möglich, mehrere in Reihe
geschaltete Primärbatteriequellen einzusetzen, um damit
höhere Nennspannungen zu erzielen.
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Als
externe Energiequelle kommen beispielsweise Solarzellen zum Einsatz.
In diesem Fall umfasst die Vorrichtung einen Anschluss (zum Beispiel
Buchse oder Buchsen) für eine elektrische Verbindung mit
der externen Energiequelle.
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Der
Leistungsspeicher besteht bevorzugt aus einem Kondensator oder eine
Gruppe von Kondensatoren, welcher/welche insbesondere (ein) Doppelschichtkondensator/en
ist/sind. Der Leistungsspeicher ist insbesondere so ausgelegt, dass
dieser unter Last, also während des Notstartvorgangs, eine Spannung
von mindestens 6 V aufweist. Besonders gute Ergebnisse lassen sich
erzielen, wenn die Lastspannung mindestens 12 V beträgt.
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Vorzugsweise
kann der Leistungsspeicher eine Energiemenge von vorzugsweise wenigstens 200
Ws und höchstens 10.000 Ws aufnehmen, welche dieser während
einer Zeitspanne von höchsten 2 s abgeben kann. Besonders
bevorzugt beträgt die für einen Startversuch benötigte
Energie zwischen 500 Ws und 4000 Ws. Je nach Energieverbrauch des Startvorgangs
ist auch eine Auslegung des Leistungsspeichers denkbar, die mehrere
Startversuche kurz hintereinander ermöglicht.
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Die
elektronische Schaltungsanordnung umfasst bevorzugt einen DC/DC-Wandler, über
den die Energieübertragung von der Primärbatterie
zum Leistungsspeicher erfolgt. Der DC/DC-Wandler ist beispielsweise
ein Aufwärts- oder ein Abwärtswandler. Ein Aufwärtswandler
kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Nennspannung der Primärquelle
oder externen Energiequelle auf eine Spannung von mehr als 12 V
angehoben werden muss, die dem notwendigen Ladespannungsniveau des Leistungsspeichers
entspricht.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an
Hand von Figuren.
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Es
zeigen
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Notstartgeräts gemäß der
Erfindung für Kraftfahrzeuge,
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2 eine
vergrößerte Darstellung des Starterbatterieanschlusses
und
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3 eine
Prinzipdarstellung des Notstartgeräts mit abgesetztem Bedienteil.
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Die
in Kraftfahrzeug (Kfz) 4 angeordnete Starterbatterie 5 wird
zunächst vom Fahrzeugpluspol 8 getrennt. Der Fahrzeugpluspol 8 ist
je nach Kfz-Ausführung eine Batterieklemme mit einem oder mehreren
Kabeln 10, welches/welche zum Starter und zur Fahrzeugelektronik
führt bzw. führen. Notstarter 11 umfasst
elektrische Verbindungen 12, 13, die mit der Starterbatterie 5 und
dem Fahrzeugpluspol 8 verbunden werden können.
Um dies für den Fahrzeugführer einfach zu gestalten,
ist zumindest die zum Pluspol führende Verbindung 12 mit
einem Schnellverbinder versehen, wobei es sich bei dem elektrischen
Schnellverbinder beispielsweise um eine elektrische Klemmzange 18 oder
einen passend für die gängigen Kfz ausge legten
Adapter handeln kann. Bevorzugt sind die Verbindungen 12 und 13 zumindest
teilweise zu einem Kabel zusammengefasst.
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Notstartvorrichtung 11 umfasst
ein Gehäuse 14 mit elektrischen Kabelanschlüssen 15 und 16, welche
entsprechend mit Plus- bzw. Minuspol einer in Reihe geschalteten
Anordnung aus mehreren Doppelschichtkondensatoren (DLC) 3, 3' verbunden
sind. Die DLC-Anordnung 3, 3' ist mit dem Ausgang
eines DC/DC-Aufwärtswandlers 2 verbunden, wobei
dieser von Mikrocontroller 20 ansteuerbar ist. Der Eingang des
DC/DC-Wandlers 2, welcher getaktet oder analog aufgebaut
sein kann, ist mit einer Anordnung aus Primärbatteriezellen 1 verbunden.
Als Primärzellen können zum Beispiel Li-Ionen-Becherzellen,
handelsübliche 9 V Zink-Kohle- oder entsprechende Alkali-Mangan-Batterien
zum Einsatz kommen. Die Verwendung von einzelnen Batteriezellen
ist ebenfalls denkbar, wenn der DC/DC-Wandler die für die DLC-Kondensatoren
erforderliche Spannung bei vertretbarem Batterieentnahmestrom noch
erzeugen kann.
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In 2 ist
die im Kfz eingebaute Starterbatterie 5 zur Verdeutlichung
der Durchführung des elektrischen Anschlusses der Notstartervorrichtung 11 an Batterie 5 vergrößert
dargestellt. Im Gegensatz zum Anschlussbeispiel in 1 bleibt
bei dem in 2 dargestellten Beispiel der
Pluspol der Starterbatterie 5 mit dem Fahrzeugpluspol 8 fest
verbunden. Plusleitung 12 des Notstarters wird wie in 1 über
Klemme 18 mit dem Pluspol der Starterbatterie 5 verbunden.
Zur Fahrzeugmasse 19 wird eine elektrische Verbindung über
eine weitere Klemme 18' geschaffen. Zu Notstarter 11 wird
als Zubehörteil ein kostengünstig herstellbarer
Hochstromschalter 17 mitgeliefert, welcher einerseits für
eine Abtrennung der Batterie 5 vom Fahrzeugnetz beim Notstartvorgang sorgt
und andererseits, nach einem erfolgreich durchgeführten
Notstartvorgang, dazu dient, den Minuspol der Batterie wieder mit
der Fahrzeugmasse gefahrlos zu verbinden. Der Hochstromschalter 17 muss
mindestens so lange im Fahrzeug eingebaut bleiben, bis die Starterbatterie
wieder aufgeladen oder gegen eine funktionstüchtige ersetzt
ist.
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Die
Anordnung in 3 zeigt eine Ausführungsvariante
der Notstartvorrichtung mit einem abgesetzten Bedienteil 23.
Bedienteil 23 umfasst einen oder mehrere Taster oder Schalter 25',
mit dem Ladeschalter 25 aus größerer
Entfernung betätigt werden kann. Mit einem weiteren im
Bedienteil 23 angeordneten Schalter oder Taster 22' kann
zum Starten des Notstartvorgangs ausgangsseitig Halbleiterrelais 22 betätigt
werden. Das abgesetzte Bedienteil ermöglicht, die elektrischen
Leitungen der Notstartvorrichtung 11, die die hohen Startströme übertragen,
relativ kurz zu halten, denn die Notstarvorrichtung verbleibt während
des Starvorgangs in der Nähe der Starterbatterie. Ferner
umfasst das Bedienteil 23 eine Bereitschaftsanzeige 21' (z.
B. LED, LCD oder Zeigerinstrument), welche von einem Differenzverstärker 21 angesteuert
wird, der mit den Polen des Leistungsspeichers 3 verbunden
ist.
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Mit
Hilfe des abgesetzten Bedienteils 23 kann ein Notstartvorgang
innerhalb des Kraftfahrzeugs 4 durchgeführt werden,
kurz nachdem Zündschalter 24 im Kraftfahrzeug
betätigt wurde. Zunächst wird Notstartvorrichtung 14 über
die Batterieklemmen 12' und 13' mit der nicht
mehr funktionsfähigen Starterbatterie 5 verbunden.
Danach betritt eine Bedienper son (in der Regel der Fahrzeugführer) das
Fahrzeug und nimmt dabei Bedienteil 23 mit in das Fahrzeug
hinein. Bei der dargestellten Ausführungsvariante mit einem
ausreichend langen Kabel 26 kann dabei die Fahrzeugtüre
nicht ganz geschlossen werden. In der nicht dargestellten drahtlosen Ausführungsvariante,
bei der das Bedienteil und die Vorrichtung zum Beispiel jeweils
ein Blootooth(R)-Modul umfassen, kann die Datenübertragung
zwischen Bedienteil und Vorrichtung drahtlos erfolgen. Gegenüber
dem Beispiel in 1 ist diese Ausführungsvariante
einfacher einsetzbar, da die Starterbatterie 5 nicht vom
Fahrzeugnetz getrennt werden muss. Zur Durchführung des
Notstartvorgangs betätigt die Bedienperson zunächst
Zündschalter 24. Zuvor müssen die Doppelschichtkondensatoren 3, 3' aufgeladen
werden. Möglichst unverzüglich nach Betätigen
der Zündung wird das fernbedienbare Halbleiterrelais 22 geschlossen,
wodurch die in den Kondensatoren gespeicherte Energie dem Anlasser
des Kraftfahrzeugs zufließt. Zwar fließt in der
hier dargestellten Ausführungsvariante ein Teil der Energie
der Starterbatterie 5 in Form von Ladestrom zu, jedoch
ist die Energieaufnahme im Vergleich zum Anlasser zumindest bei
betätigter Zündung vergleichsweise gering.
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Gemäß einem
weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
werden die Funktionskomponenten, welche mit dem abgesetzten Bedienteil 23 realisiert
sind, als Softwareprogramm realisiert. Durch die Ausführungsform
des Bedienteils als Softwareprogramm kann dieses besonders zweckmäßig
in einem Mobiltelefon, PDA oder einem Notebook eingesetzt werden.
Hierdurch sind die ohnehin vorhandenen Kommunikationskomponenten (WLAN,
Blootooth(R)) dieser mobilen Geräte nutzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10232207
A1 [0002]
- - WO 2006/069620 A [0002]
- - WO 2006/069620 [0002]
- - US 7199555 [0003]