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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. Darüber hinaus umfasst diese Verpolschutzschaltung ein zweites Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und der Masse angeordnet ist und im geschlossen Zustand das erste Schaltsteuerungselement mit der Masse verbindet, und ein zweites Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das zweite Schaltelement bei der vorbestimmten Polarität zu schließen.
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Die Verpolschutzschaltung umfasst weiterhin ein drittes Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und dem zweiten Schaltelement angeordnet ist und im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement über das zweite Schaltelement mit der Masse verbindet, und ein drittes Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das dritte Schaltelement zu schließen, wenn das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, wobei das dritte Schaltsteuerungselement weiterhin angepasst ist, das dritte Schaltelement zu öffnen, wenn die elektrische Versorgung durch das Bordnetz ausgeschaltet wird.
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Eine solche Verpolschutzschaltung ist aus der offengelegten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 018 065 A1 bekannt. Nach einer kurzen Erläuterung des Prinzips des Verpolschutzes wird im Folgenden diese Verpolschutzschaltung beschrieben und ihre Vorteile und Nachteile werden erläutert.
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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 asymmetrisch 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 entladene Batterie zu schalten, um den Motor des ersten Fahrzeuges zu starten. Eine solche Technik ist im Allgemeinen als Fremdstart bekannt. Wenn die Batterie eines 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 offengelegten deutschen Patentanmeldung
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 erwähnten 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 mit der in der oben erwähnten veröffentlichten Patentanmeldung
DE 100 47 791 A1 beschriebenen Verpolschutzschaltung verbundenen Nachteile werden von der in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 052 847 A1 beschriebenen Verpolschutzschaltung beseitigt. Die darin beschriebene Verpolschutzschaltung umfasst ein zweites Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und der Masse angeordnet ist und im geschlossen Zustand das erste Schaltsteuerungselement mit der Masse verbindet, und ein zweites Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das zweite Schaltelement bei der vorbestimmten Polarität zu schließen, 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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Somit muss eine entladene Batterie eines fremden Fahrzeuges nicht den hohen Steuerstrom des Leistungsrelais ausgeben können, sondern nur den geringeren Steuerstrom, der durch das in dieser Patentanmeldung beschriebene Hilfsrelais fließt. Da sich dieser Steuerstrom 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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Die in den offengelegten Patentanmeldungen
DE 100 47 791 A1 und
DE 10 2007 052 847 A1 beschriebenen Verpolschutzschaltungen schützen sicher vor Schäden an Bordnetzkomponenten bei Verpolung des fremden Bordnetzes sowohl im Falle vom Fremdstartgeben als auch im Falle vom Fremdstartnehmen. Ein Nachteil beider Verpolschutzschaltungen ist jedoch ein Selbsthalteeffekt, der das Lastrelais über dessen eigene Kontakte weiterhin eingeschaltet lässt, selbst wenn der Fremdstartvorgang beendet und das Fremdstartkabel entfernt ist. Das Lastrelais kann also unter Umständen über Jahre hinweg eingeschaltet bleiben. In diesem Zustand besteht kein Verpolschutz mehr, da der Fremdstartpunkt und das eigene Bordnetz galvanisch verbunden bleiben. Weiterhin fließt während dieser Zeit dauerhaft der Spulenstrom des Lastrelais in der Größenordnung mehrer hundert milliAmpere, was beim Langzeit Parken die Batterie vollständig entladen kann.
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Zur Verhinderung dieses Nachteils umfasst die in der offengelegten Patentanmeldung
DE 10 2008 018 065 A1 beschriebene Verpolschutzschaltung weiterhin ein drittes Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und dem zweiten Schaltelement angeordnet ist und im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement über das zweite Schaltelement mit der Masse verbindet, und ein drittes Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das dritte Schaltelement zu schließen, wenn das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, wobei das dritte Schaltsteuerungselement weiterhin angepasst ist, das dritte Schaltelement zu öffnen, wenn die elektrische Versorgung durch das Bordnetz ausgeschaltet wird.
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Somit, wenn ein Fremdstartvorgang beendet ist, bleiben zunächst alle drei Relais, also das Leistungsrelais, das erste und zweite Hilfsrelais, eingeschaltet, da nun auch das erste Hilfsrelais vom eigenen Bordnetz bei laufendem Generator über die Kontakte des Leistungsrelais gespeist wird. Dieser Selbsthalteeffekt wird aber behoben, sobald die Zündung des Bordnetzes durch das dritte Schaltsteuerungselement ausgeschaltet wird. Zuerst fällt das zweite Hilfsrelais ab, das vom eigenen Bordnetz elektrisch versorgt wird. Danach fällt das Leistungsrelais und schließlich das erste Hilfsrelais ab. Somit wird der Ausgangszustand wieder hergestellt. Danach gibt es keine Stromaufnahme der Verpolschutzschaltung mehr aus dem Bordnetz.
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In der in der offengelegten Patentanmeldung
DE 10 2008 018 065 A1 beschriebenen Verpolschutzschaltung gewährleistet das zweite Hilfsrelais, dass die Selbsthaltung der Verpolschutzschaltung nach der Entfernung des Fremdstartkabels mit dem Ausschalten der Klemme
15 aufgehoben wird. Nach erfolgtem Fremdstart (Geben bzw. Nehmen) und Entfernung des Fremdstarthilfekabels bleibt die Selbsthaltung des Lastrelais zwar zunächst auch bestehen, sobald aber die Zündung, d. h. die Klemme
15 vom Bordnetz ausgeschaltet wird, öffnet das zweite Hilfsrelais und schaltet damit das Leistungsrelais aus. Damit ist die Selbsthaltung rückgesetzt und die Verpolschutzschaltung ist für den nächsten Fremdstart wieder einsatzbereit.
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Allerdings hat die in der offengelegten Patentanmeldung
DE 10 2008 018 065 A1 beschriebene Verpolschutzschaltung den Nachteil, dass sie nicht funktionsfähig ist, wenn bei einem Fremdstart von Fahrzeugen, beide Fahrzeuge über eine solche Verpolschutzschaltung verfügen. Es ist nämlich keine Verbindung möglich und daher ist kein Fremdstart-Geben noch -Nehmen möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verpolschutzschaltung für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug anzugeben, die einen Fremdstartvorgang ermöglicht, selbst wenn die beiden Fahrzeuge mit einer solchen Verpolschutzschaltung ausgerüstet sind. Darüber hinaus besteht die Aufgabe darin, ein entsprechendes Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verpolschutzschaltung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Eine Verpolschutzschaltung für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst 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 mit der Masse verbindet, ein zweites Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das zweite Schaltelement bei der vorbestimmten Polarität zu schließen, ein drittes Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und dem zweiten Schaltelement angeordnet ist und im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement über das zweite Schaltelement mit der Masse verbinden kann, und ein drittes Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das dritte Schaltelement zu schließen, wenn das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, wobei das dritte Schaltsteuerungselement weiterhin angepasst ist, das dritte Schaltelement zu öffnen, wenn die elektrische Versorgung durch das Bordnetz ausgeschaltet wird. Die Verpolschutzschaltung umfasst weiterhin einen Taster und ist angepasst, durch manuelle Betätigung des Tasters, zu veranlassen, wenn eine am Bordnetz anliegende Spannung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, dass das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, so dass das dritte Schaltelement geschlossen wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird.
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Dadurch, dass die Verpolschutzschaltung weiterhin einen Taster umfasst und angepasst ist, durch manuelle Betätigung des Tasters, zu veranlassen, wenn eine am Bordnetz anliegende Spannung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, dass das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, so dass das dritte Schaltelement geschlossen wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, kann ein Fremdstartvorgang zwischen zwei über eine solche Verpolschutzschaltung verfügenden Fahrzeugen stattfinden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Verpolschutzschaltung weiterhin eine Auswertungseinheit zum Auswerten der am Bordnetz anliegenden Spannung, wobei die Auswertungseinheit weiterhin angepasst ist, zu ermitteln, ob die am Bordnetz anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Auswertungseinheit eine Zener Diode, die zwischen dem Bordnetz und der Masse in Sperrrichtung geschaltet ist. Alternativ kann die Auswertungseinheit aus einem Komparator bestehen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Verpolschutzschaltung weiterhin ein viertes Schaltelement, das angepasst ist, dass das dritte Schaltsteuerungselement im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, und ein viertes Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das vierte Schaltelement zu schließen, wenn die am Bordnetz anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das vierte Schaltsteuerungselement und das vierte Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet, wobei das vierte Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist und das vierte Schaltsteuerungselement weiterhin von einem NPN Bipolartransistor angesteuert wird, wobei das vierte Schaltsteuerungselement zwischen dem Kollektor des NPN Bipolartransistors und dem Bordnetz geschaltet ist, und die Basis des NPN Bipolartransistors mit der Auswertungseinheit verbunden ist, sodass der NPN Bipolartransistor leitend geschaltet ist, wenn die am Bordnetz anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wodurch das vierte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird und das vierte Schaltelement schließt.
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Obwohl das vierte Schaltsteuerungselement in der oben erwähnten Ausführungsform als ein NPN Bipolartransistor beschrieben ist, kann auch ein Transistor anderer Art verwendet werden, wie z. B. ein n-Kanal Feldeffekttransistor.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das vierte Schaltelement und das vierte Schaltsteuerungselement als ein NPN Bipolartransistor ausgebildet sind, wobei das dritte Schaltsteuerungselement zwischen dem Kollektor des NPN Bipolartransistors und dem Bordnetz geschaltet ist, und die Basis des NPN Bipolartransistors mit der Auswertungseinheit verbunden ist, sodass der NPN Bipolartransistor leitend geschaltet ist, wenn die am Bordnetz anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wodurch das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das zweite Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das zweite Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein NPN Bipolartransistor ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das dritte Schaltsteuerungselement und das dritte Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet, wobei das dritte Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das dritte Schaltsteuerungselement mit einem Punkt elektrisch verbunden, der sich zwischen dem zweiten Schaltelement und dem dritten Schaltelement befindet, wobei das dritte Schaltsteuerungselement das dritte Schaltelement schließt, wenn sich das zweite Schaltelement im geschlossenen Zustand befindet.
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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 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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Ein Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst 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 mit der Masse verbindet, das Schließen, durch ein zweites Schaltsteuerungselement, des zweiten Schaltelements bei der vorbestimmten Polarität, das Anordnen eines dritten Schaltelements zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und dem zweiten Schaltelement, wobei das dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement über das zweite Schaltelement mit der Masse verbinden kann, das Schließen, durch ein drittes Schaltsteuerungselement, des dritten Schaltelementes, wenn das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, und das Öffnen, durch das dritte Schaltsteuerungselement, des dritten Schaltelements, wenn die elektrische Versorgung durch das Bordnetz ausgeschaltet wird. Die Verpolschutzschaltung umfasst weiterhin einen Taster und das Verfahren umfasst weiterhin das Veranlassen, durch manuelle Betätigung des Tasters, wenn eine am Bordnetz anliegende Spannung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, dass das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, so dass das dritte Schaltelement geschlossen wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird.
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Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende Einzelheiten der erfindungsgemäßen Verpolschutzschaltung sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Ansicht einer dritten Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Ansicht einer vierten Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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5 ein Flussdiagramm, das die Bedingungen für die Durchführung eines Fremdstartvorganges veranschaulicht.
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 1 im Detail unten erläutert. 1 zeigt eine Verpolschutzschaltung 100 für einen Fremdstartpol 1 in einem Kraftfahrzeug. Die Verpolschutzschaltung 100 umfasst ein erstes Schaltelement 3, das zwischen einem Bordnetz 2 des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol 1 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Verpolschutzschaltung 100 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 100 umfasst weiterhin ein zweites Schaltelement 6 und ein drittes Schaltelement 6', die zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement 4 und der Masse angeordnet sind, wobei das zweite Schaltelement 6 und das dritte Schaltelement 6' im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement 4 mit der Masse verbinden. Die Verpolschutzschaltung 100 umfasst weiterhin ein zweites Schaltsteuerungselement 7, das das Schalten des zweiten Schaltelementes 6 steuert, und ein drittes Schaltsteuerungselement 7', das das Schalten des dritten Schaltelementes 6' steuert.
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Das dritte Schaltelement 6' ist zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement 4 und dem zweiten Schaltelement 6 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement 4 über das zweite Schaltelement 6 mit der Masse. Das dritte Schaltsteuerungselement 7' ist mit dem Bordnetz 2 über die Klemme 15 elektrisch verbunden und mit einem Punkt verbunden, der sich zwischen dem zweiten Schaltelement 6 und dem dritten Schaltelement 6' befindet.
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Das zweite Schaltsteuerungselement 7 ist 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 100 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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Das dritte Schaltsteuerungselement 7' schließt das dritte Schaltelement 6', wenn zwei Bedingungen erfüllt sind. Zuerst muss die fremde Batterie am Fremdstartpol 1 richtig gepolt sein, damit die erste Diode 8 in Flussrichtung vom Fremdstartpol 1 zum zweiten Schaltsteuerungselement 7 geschaltet ist und sich das zweite Schaltelement 6 somit im geschlossenen Zustand befindet. Ferner muss das dritte Schaltsteuerungselement 7' vom Bordnetz 2 (Klemme 15) elektrisch versorgt werden, d. h. die Zündung muss eingeschaltet sein. Das dritte Schaltsteuerungselement 7' öffnet das dritte Schaltelement 6', wenn die elektrische Versorgung vom Bordnetz 2 ausgeschaltet wird.
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Das dritte Schaltsteuerungselement 7' ist vorzugsweise ein zweites Hilfsrelais, zusätzlich zum ersten Hilfsrelais, das das zweite Schaltelement 6 umfasst. Das zweite Hilfsrelais ist so verschaltet, dass nur dann Spulenstrom durch das zweite Hilfsrelais fließt, wenn auch das erste Hilfsrelais aufgrund eines richtig gepolten Bordnetzes am Fremdstartpol 1 eingeschaltet ist. Damit wird im Normalfall, d. h. kein Fremdstart, das eigene Bordnetz 2 mit keinem Spulenstrom, weder der 2 Hilfsrelais noch des Leistungsrelais, belastet.
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Die Verpolschutzschaltung 100 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 (Klemme 15) 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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Die Verpolschutzschaltung 100 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin eine Auswertungseinheit 11 zum Auswerten der am Bordnetz 2 (Klemme 15) anliegenden Spannung. Insbesondere ist die Auswertungseinheit 11 angepasst, zu ermitteln, ob die am Bordnetz 2 (Klemme 15) anliegende Spannung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert. Die Auswertungseinheit 11 soll ermitteln, welches Fahrzeug einen Fremdstart geben soll, da nur dieses Fahrzeug seine Batterie ohne Polaritätsprüfung auf den Fremdstartpunkt schalten kann, ohne dass Schäden entstehen. Insbesondere ermittelt die Auswertungseinheit 11, ob die am Bordnetz 2 anliegende Spannung größer als 13 V ist.
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Vorzugsweise ist die Auswertungseinheit 11 in der Form einer Zener Diode realisiert, die zwischen dem Bordnetz 2 und der Masse in Sperrrichtung geschaltet ist. Alternativ kann die Auswertungseinheit aus einem Komparator bestehen.
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Die Verpolschutzschaltung 100 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin einen Taster 10, der zwischen dem Bordnetz 2 und der Zener Diode 11 angeordnet ist.
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Die Verpolschutzschaltung 100 umfasst weiterhin ein viertes Schaltsteuerungselement 13 und ein viertes Schaltelement 12, die als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, wobei das vierte Schaltelement 12 als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist. Das vierte Schaltelement 12 ist zwischen einem ersten Punkt, der zwischen der zweiten Diode 5 und der dritten Diode 9 angeordnet ist, und einem zweiten Punkt, der zwischen der ersten Diode 8 und dem zweiten Schaltsteuerungselement 7 angeordnet ist, geschaltet.
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Das vierte Schaltsteuerungselement 13 wird weiterhin von einem NPN Bipolartransistor 14 angesteuert. Das vierte Schaltsteuerungselement 13 des Hilfsrelais ist zwischen dem Bordnetz 2 und dem Kollektor des NPN Bipolartransistors 14 geschaltet. Die Basis des NPN Bipolartransistors 14 ist über den Widerstand R1 zur Masse verbunden und über den Widerstand R2 mit der Serienschaltung der Auswertungseinheit 11 und des Tasters 10 verbunden. Der Emitter des NPN Bipolartransistors 14 ist mit der Masse verbunden. Der NPN Bipolartransistor 14 ist leitend geschaltet, wenn die am Bordnetz 2 anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert. Somit wird das vierte Schaltsteuerungselement 13 vom Bordnetz 2 (Klemme 15) elektrisch versorgt und das vierte Schaltsteuerungselement 13 schließt das vierte Schaltelement 12.
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Dadurch, dass das vierte Schaltelement 12 geschlossen wird, wird das zweite Schaltsteuerungselement 7 über das geschlossene Schaltelement 12 vom Bordnetz 2 (Klemme 15) elektrisch versorgt. Dadurch schließt das zweite Schaltsteuerungselement 7 das zweite Schaltelement 6. Da das zweite Schaltelement 6 nun geschlossen ist, wird das dritte Schaltsteuerungselement 7' vom Bordnetz 2 (Klemme 15) elektrisch versorgt und das dritte Schaltsteuerungselement 7' schließt das dritte Schaltelement 6'. Dadurch wird das erste Schaltsteuerungselement 4, bei einem Fremdstart-Geben, über die dritte Diode 9 von der Klemme 15 elektrisch versorgt, da die Spannung an der Klemme 15 höher ist, und schließt das erste Schaltelement 3. Bei einem Fremdstart-Nehmen erfolgt die Versorgung über die zweite Diode 5 vom fremden Fahrzeug, da die Spannung dort höher ist. Es erfolgt daher ein Fremdstartvorgang.
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Somit wird das dritte Schaltsteuerungselement 7' im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements 12 vom Bordnetz 2 (Klemme 15) elektrisch versorgt. Das vierte Schaltsteuerungselement 13 schließt das vierte Schaltelement 12, wenn die am Bordnetz 2 anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert und der Taster 10 wurde manuell betätigt. Durch manuelle Betätigung des Tasters 10 veranlasst die Verpolschutzschaltung 100, wenn eine am Bordnetz 2 (Klemme 15) anliegende Spannung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, dass das dritte Schaltsteuerungselement 7' vom Bordnetz 2 (Klemme 15) elektrisch versorgt wird, so dass das dritte Schaltelement 6' geschlossen wird, wodurch das erste Schaltelement 3 geschlossen wird. So findet der Fremdstartvorgang statt.
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Obwohl das vierte Schaltsteuerungselement in der oben erwähnten Ausführungsform als ein NPN Bipolartransistor beschrieben ist, kann auch ein Transistor anderer Art verwendet werden, wie z. B. ein n-Kanal Feldeffekttransistor.
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Eine zweite Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung 200 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 2 im Detail unten erläutert. Die mit den selben Bezugzeichen versehenen Elemente wie in 1 entsprechen den in 1 beschriebenen Elementen und deren Beschreibung wird daher in der Erläuterung der Verpolschutzschaltung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgelassen.
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Die Verpolschutzschaltung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst, wie in der ersten Ausführungsform, ein viertes Schaltsteuerungselement 13 und ein viertes Schaltelement 12, die als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, wobei das vierte Schaltelement 12 als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist. Die Verpolschutzschaltung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Verpolschutzschaltung 100 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass das vierte Schaltelement 12 an einem anderen Punkt in der Schaltung angeordnet ist.
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Das vierte Schaltelement 12 ist zwischen einem Punkt, der zwischen dem dritten Schaltelement 6' und dem zweiten Schaltelement 6 angeordnet ist, und der Masse geschaltet. Wenn die am Bordnetz 2 anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert und der Taster 10 manuell betätigt wurde, wird das dritte Schaltsteuerungselement 7' vom Bordnetz 2 (Klemme 15) elektrisch versorgt und das dritte Schaltsteuerungselement 7' schließt das dritte Schaltelement 6'.
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Da das zweite Schaltsteuerungselement 7 über die zweite Diode 8 vor dem Zuschalten des Schaltelements 3 vom fremden Bordnetz elektrisch versorgt wird, schließt das zweite Schaltsteuerungselement 7 das zweite Schaltelement 6. Da sowohl das zweite Schaltelement 6 als auch das dritte Schaltelement 6' geschlossen sind, wird das erste Schaltsteuerungselement 4, bei einem Fremdstart-Geben, über die dritte Diode 9 von der Klemme 15 elektrisch versorgt, da die Spannung an der Klemme 15 höher ist, und schließt das erste Schaltelement 3. Bei einem Fremdstart-Nehmen erfolgt die Versorgung über die zweite Diode 5 vom fremden Fahrzeug, da die Spannung dort höher ist. Es erfolgt daher ein Fremdstartvorgang.
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Eine dritte Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung 300 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 3 im Detail unten erläutert. Die mit den selben Bezugzeichen versehenen Elemente wie in 1 und 2 entsprechen den in 1 und 2 beschriebenen Elementen und deren Beschreibung wird daher in der Erläuterung der Verpolschutzschaltung 300 gemäß der dritten Ausführungsform ausgelassen.
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Die Verpolschutzschaltung 300 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst, wie in der ersten und zweiten Ausführungsform, ein viertes Schaltsteuerungselement und ein viertes Schaltelement, die, im Gegensatz zu der ersten und zweiten Ausführungsform, nicht als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, sondern als ein NPN Bipolartransistor 14. Dabei wird der NPN Bipolartransistor 14 anders als in der ersten und zweiten Ausführungsform in 1 und 2 geschaltet. Während die Basis des NPN Bipolartransistors 14 wie in 1 und 2 über den Widerstand R1 zur Masse verbunden und über den Widerstand R2 mit der Serienschaltung der Auswertungseinheit 11 und des Tasters 10 verbunden ist, ist der Kollektor des NPN Bipolartransistors 14 mit dem Punkt verbunden, der zwischen dem zweiten Schaltelement 6 und dem dritten Schaltelement 6' angeordnet ist. Wie in 1 und 2 ist der Emitter des NPN Bipolartransistors 14 mit der Masse verbunden.
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Der NPN Bipolartransistor 14 ist leitend geschaltet, wenn die an der Klemme 15 anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert und der Taster 10 betätigt wurde. Somit wird das dritte Schaltsteuerungselement 7' von der Klemme 15 elektrisch versorgt und das dritte Schaltsteuerungselement 7' schließt das dritte Schaltelement 6'. Da das zweite Schaltsteuerungselement 7 über die zweite Diode 8 vom fremden Bordnetz elektrisch versorgt wird, schließt das zweite Schaltsteuerungselement 7 das zweite Schaltelement 6. Da sowohl das zweite Schaltelement 6 als auch das dritte Schaltelement 6' geschlossen sind, wird das erste Schaltsteuerungselement 4 über die zweite Diode 5 entweder vom fremden Bordnetz (Fremdstart nehmen) oder von der Klemme 15 (Fremdstart geben) elektrisch versorgt und schließt das erste Schaltelement 3. Es erfolgt daher ein Fremdstartvorgang.
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Eine vierte Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung 400 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 4 im Detail unten erläutert. Die mit den selben Bezugzeichen versehenen Elemente wie in 3 entsprechen den in 3 beschriebenen Elementen und deren Beschreibung wird daher in der Erläuterung der Verpolschutzschaltung 400 gemäß der vierten Ausführungsform ausgelassen.
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Die Verpolschutzschaltung 400 gemäß der vierten Ausführungsform umfasst, wie in der dritten Ausführungsform, ein viertes Schaltsteuerungselement und ein viertes Schaltelement in der Form eines NPN Bipolartransistors 6''. Die Verpolschutzschaltung 400 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der Verpolschutzschaltung 300 gemäß der dritten Ausführungsform darin, dass das zweite Schaltelement und zweite Schaltsteuerungselement nicht in der Form eines Hilfsrelais ausgebildet ist, sondern der NPN Bipolartransistor 6'' übernimmt diese Funktion.
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In der Verpolschutzschaltung 400 gemäß der vierten Ausführungsform, ist die Basis des NPN Bipolartransistors 6'' wie in 3 über den Widerstand R1 zur Masse verbunden und über den Widerstand R2 mit der Serienschaltung der Auswertungseinheit 11 und des Tasters 10 verbunden ist, wobei eine vierte Diode 15 zwischen der Auswertungseinheit 11 und dem Taster 10 angeordnet ist. Der Kollektor des NPN Bipolartransistors 6'' ist mit dem dritten Schaltelement 6' verbunden. Wie in 3 ist der Emitter des NPN Bipolartransistors 6'' mit der Masse verbunden. Ein Widerstand R3 ist zwischen der ersten Diode 8 und der Basis geschaltet.
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Der NPN Bipolartransistor 6'' ist leitend geschaltet, wenn die am Bordnetz 2 anliegende Spannung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert und Taster 10 betätigt wurde. Somit wird das dritte Schaltsteuerungselement 7' von der Klemme 15 elektrisch versorgt und das dritte Schaltsteuerungselement 7' schließt das dritte Schaltelement 6'. Da sowohl das vierte Schaltelement 6'' als auch das dritte Schaltelement 6' geschlossen sind, wird das erste Schaltsteuerungselement 4 über die zweite Diode 5 entweder vom fremden Bordnetz (Fremdstart nehmen) oder von der Klemme 15 (Fremdstart geben) elektrisch versorgt und schließt das erste Schaltelement 3. Es erfolgt daher ein Fremdstartvorgang.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Eine Verpolschutzschaltung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht einen Fremdstart von Fahrzeugen, die beide mit einer Verpolschutzschaltung ausgerüstet sind, d. h. wenn beide einen intelligenten Verpolschutzschalter haben. Bei einem fremdstartgebenden Fahrzeug, d. h. das Fahrzeug, das einen Fremdstart gibt und dessen Batterie genügend Ladung hat, um das Hauptrelais in der Verpolschutzschaltung des fremden Fahrzeuges einzuschalten, wird die Verpolschutzschaltung ohne Prüfung der richtigen Polarität eingeschaltet. Eine eventuelle falsche Polung kann keinen Schaden anrichten. In der Tat, wenn das fremdstartnehmende Fahrzeug keine Verpolschutzschaltung hat, dann sind alle Einzelkomponenten gegen Verpolung geschützt. Wenn das fremdstartnehmende Fahrzeug mit einer Verpolschutzschaltung ausgerüstet ist, dann würde bei Verpolung das fremdstartnehmende Fahrzeug nicht zuschalten.
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Dadurch, dass die Verpolschutzschaltung einen Taster 10 umfasst, der nur beim Fremdstart-Geben betätigt werden muss, wenn keine Verbindung zwischen zwei Fahrzeugen zustande kommt, wird ermöglicht, dass die Verpolschutzschaltung nur am fremdstartgebenden Fahrzeug ohne Prüfung der richtigen Polarität eingeschaltet wird, was den Fremdstartvorgang ermöglicht. Wie oben in Bezug auf die vier Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wird die Verpolschutzschaltung ohne Polaritätsprüfung nur dann eingeschaltet, wenn die Bordnetzspannung den festgelegten Schwellenwert erreicht hat. Das ist nur beim fremdstartgebenden Fahrzeug der Fall, da dort der Motor läuft. Der Taster 10 bietet den Vorteil, dass keine zusätzliche Leitungsverlegung nötig ist. Der Taster 10 ist für den Anwender einfach zu bedienen, da der Anwender nur im Ausnahmefall, dass keine Fremdstartverbindung zustande kommt, den Taster 10 betätigen muss.
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5 zeigt ein Flussdiagramm, das die Bedingungen für die Durchführung eines Fremdstartvorganges veranschaulicht. Es wird angenommen, dass das eigene Fahrzeug über eine Verpolschutzschaltung verfügt. Im Schritt S1 wird der Fremdstartvorgang eingeleitet. Im Schritt S2 wird zwischen dem Fall Fremdstart-Geben und -Nehmen unterschieden. Die Schritte S3 bis S9 beziehen sich auf den Fall Fremdstartnehmen, während sich die Schritte S3' bis S9' auf den Fall Fremdstartgeben beziehen.
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Es erfolgt im Schritt S4/S4' eine Polaritätsprüfung. Wenn die Polarität richtig ist, wird im Schritt S5/S5' bestimmt, ob das fremstartgebende Fahrzeug über eine Verpolschutzschaltung verfügt. Falls nein, sind die Kopplung der Fahrzeuge und der Fremdstart möglich. Falls ja, dann sind beide Fahrzeuge mit der Verpolschutzschaltung ausgerüstet und der Taster
10 wird im Schritt S6/S6' betätigt, um den Fremdstart zu ermöglichen. Wenn die Polarität falsch ist, wird im Schritt S8/S8' bestimmt, ob das fremstartgebende Fahrzeug über eine Verpolschutzschaltung verfügt. In beiden Fällen, sind die Kopplung der Fahrzeuge und der Fremdstart nicht möglich. Bezugszeichenliste:
| Bezugsziffer | Beschreibung |
| 1 | Fremdstartpol |
| 2 | Bordnetz (Klemme 30) |
| 3 | erstes Schaltelement |
| 4 | erstes Schaltsteuerungselement |
| 5 | zweite Diode |
| 6 | zweites Schaltelement |
| 7 | zweites Schaltsteuerungselement |
| 6' | drittes Schaltelement |
| 7' | drittes Schaltsteuerungselement |
| 6'' | Transistor als zweites und viertes Schalt- und Schaltsteuerungselement (Fig. 4) |
| 8 | erste Diode |
| 9 | dritte Diode |
| 10 | Taster |
| 11 | Zener Diode |
| 12 | viertes Schaltelement |
| 13 | viertes Schaltsteuerungselement |
| 14 | Transistor als viertes Schaltsteuerungselement (Fig. 1 und 2) und als Schalt- und Schaltsteuerungselement (Fig. 3) |
| 15 | vierte Diode |
| R1, R2, R3 | Widerstände |
| 100 | erste Ausführungsform der Verpolschutzschaltung |
| 200 | zweite Ausführungsform der Verpolschutzschaltung |
| 300 | dritte Ausführungsform der Verpolschutzschaltung |
| 400 | vierte Ausführungsform der Verpolschutzschaltung |
