DE102011014022A1

DE102011014022A1 - Startstrombegrenzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011014022A1
Application number: DE102011014022A
Authority: DE
Inventors: Frank Gronwald; Robert Kampmann
Original assignee: Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-09-20
Also published as: DE112012001231B4; DE112012001231A5; WO2012123203A1

Abstract

Startstrombegrenzungsvorrichtung mit einem einem Kraftfahrzeugbatteriepol 9 zugeordneten ersten elektrischen Anschlussteil 26, einem einem Starter 10 zugeordneten zweiten elektrischen Anschlussteil 24, und einer das erste Anschlussteil 26 mit dem zweiten Anschlussteil 24 zumindest zeitweise elektrisch verbindenden Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12, wobei ein erster Strompfad von dem ersten Anschlussteil 26 über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 zu dem zweiten Anschlussteil 24 verläuft. Zur Sicherung der Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 gegen Überströme wird vorgeschlagen, dass ein elektrisch parallel zum der Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 geschalteter, das erste Anschlussteil 26 mit dem zweiten Anschlussteil 24 verbindender Widerstand 14 derart mit den Anschlussteilen 24, 26 verbunden ist, dass der Widerstand 14 mit einem ersten Schenkel mit dem ersten Anschlussteil 26 kontaktiert ist und mit einem zweiten Schenkel mit dem zweiten Anschlussteil 24 kontaktiert ist und wobei eine einem Anschlussteil 24, 26 zugewandte Oberfläche eines Schenkels parallel zu einer dem Widerstand 14 zugewandten Oberfläche des Anschlussteils 24, 26 verläuft.

Description

Der Gegenstand betrifft eine Startstrombegrenzungsvorrichtung mit einem Kraftfahrzeugbatteriepol zugeordneten ersten elektrischen Anschlussteil, einem einem Starter zugeordneten zweiten elektrischen Anschlussteil, und einer das erste Anschlussteil mit dem zweiten Anschlussteil zumindest zeitweise elektrisch verbindenden Stromstärke-Steuerungseinrichtung, wobei ein erster Strompfad von dem ersten Anschlussteil über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil verläuft.
Im Rahmen der Diskussion um Einsparpotentiale beim Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen wird häufig die Start/-Stop-Automatik erwähnt. Bei dieser wird der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs automatisch während länger anhaltender Leerlaufphasen abgeschaltet. Möchte der Nutzer weiterfahren, so betätigt er lediglich das Gaspedal und der Motor startet automatisch wieder.
Bei einem solchen Warmstart genannten Vorgang muss der Elektro-Startermotor des Verbrennungsmotors, kurz Starter oder Anlasser genannt, mit einer sehr hohen Leistung angetrieben werden. Wenn in einem Fahrzeug nur eine einzige Batterie, z. B. eine Blei-Säure-Batterie oder eine Lithium-Ionen Batterie, verbaut ist, kommt es durch den hohen Leistungsbedarf des Starters zu einem Spannungseinbruch an den Batteriepolen. Dieser Spannungseinbruch kann dazu führen, dass Komfortverbraucher nicht mehr mit genügend Leistung versorgt werden und fehlerhaft arbeiten.
Der Starter wird im Warmstart mit stehendem Anker aktiviert. Das der Starter in der Regel ein Reihenschlussmotor ist, kommt es zu einem Kurzschluss über die Ankerwicklung. Dies führt zu einem sehr hohen Startstrom, der mehrere 100 A betragen kann. Jedoch bricht in diesem Moment in der Regel die Batteriespannung an den Batteriepolen ein. Dies wird z. B. auch in der DIN 40839 beschrieben, die den Spannungsverlauf der Bordnetzspannung in einer Anlasskurve zeigt.
Um zu verhindern, dass es zu Funktionseinbussen bei dem Komfortverbrauchern, wie zum Beispiel Navigationssystemen, Autoradios, Telekommunikationssystemen, Klimaanlagen und dergleichen kommt, ist im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, den Startstrom für einen Warmstart zu begrenzen. Insbesondere wird bereits vorgeschlagen, die Komfortverbraucher über eine sogenannte Stützbatterie zu betreiben. Diese Technologie ist beispielsweise aus der DE 10 2007 062 955 A1 bekannt. Hierbei ist es jedoch notwendig, sowohl die Stützbatterie als auch die Hauptbatterie anzusteuern. Die Stützbatterie vergrößert außerdem das Gewicht des Gesamtfahrzeugs.
Auch wird bereits vorgeschlagen, den Startstrom über einen Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu leiten. Diese Schaltung begrenzt die an die Batterie übertragene Energie in dem sie den Strom pulsweitenmoduliert.
Bei den bekannten Startstrombegrenzungsvorrichtungen entstehen im Falle der gepulsten Startstrombegrenzung über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung jedoch große Stromschwankungen. Diese können nachteilig sein, insbesondere können diese zu hohen induzierten Spannungen in der Startstrombegrenzungsvorrichtungen führen.
Aus dem genannten Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Startstrombegrenzungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die Auswirkungen von induzierten Spannungen verringert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Startstrombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Wie Eingangs bereits erläutert, ist es notwendig, auch im Warmstartfall Komfortverbraucher innerhalb des Kraftfahrzeugs mit ausreichender Spannung zu versorgen. Insbesondere im Warmstartfall kann es zu Spannungseinbrüchen an der Kraftfahrzeugbatterie kommen, die zu einer Fehlfunktion der Komfortverbraucher führen. Zur Vermeidung dieser Spannungseinbrüche sind verschiedene Strombegrenzungsvorrichtungen möglich. Eine Möglichkeit der Strombegrenzung besteht darin, parallel zu einer Stromstärke-Steuerungseinrichtung einen Widerstand zu schalten. Unmittelbar zu Beginn des Startvorgangs, gerade dann wenn der höchste Strom von Batterie zu Starter fließt, ist die Stromstärke-Steuerungseinrichtung geöffnet. D. h., unmittelbar zu Beginn des Startvorgangs fließt über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung kein Strom. Dies führt dazu, dass die hohen Stromspitzen zu Beginn des Startvorgangs nicht zu einer Zerstörung der Stromstärke-Steuerungseinrichtung führen können.
Insbesondere, wenn die Stromstärke-Steuerungseinrichtung aus Halbleiterbauelementen gebildet ist, kann es bei diesen hohen Stromspitzen zu einem „Durchlegieren” kommen. Um dies zu vermeiden, müsste der Materialanteil in den Halbleiterbauelementen unangemessen hoch sein. Dies führte zu erhöhten Kosten. Um diese zu vermeiden, wird der Widerstand vorgeschlagen.
Über dem Widerstand fließt unmittelbar zu Beginn, d. h. in den ersten 10 bis 50 ms des Startvorgangs der Startstrom. Der Widerstand führt zu einer Strombegrenzung, so dass die Spannung an der Batterie nicht vollständig zusammenbricht. Nach dem der Startvorgang begonnen hat, insbesondere wenn die Ankerwicklung des Starters nicht mehr im Kurzschluss betrieben ist, insbesondere nach 10 bis 50 ms nach Beginn des Startvorgangs, kann die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zugeschaltet werden. Die Stromstärke-Steuerungseinrichtung kann, wie erwähnt, aus Halbleiterbauelementen gebildet sein. Insbesondere können Transistoren als auch Thyristoren zum Einsatz kommen.
Die Stromstärke-Steuerungseinrichtung kann den Strom entlang eines ersten Strompfades über die Anschlussteile regulieren, insbesondere in einem gepulsten Betrieb. Durch das gepulste Ein- und Ausschalten der Stromstärke-Steuerungseinrichtung kann reguliert werden, welche Energie von der Batterie zum Starter übertragen wird. Der parallel zu der Stromstärke-Steuerungseinrichtung angeordnete Widerstand führt entlang eines zweiten Strompfades weiterhin einen gewissen Teil des Gesamtstroms zwischen Batterie und Starter.
Durch das pulsierte Ein- und Ausschalten des Starterstroms mittels der Stromstärke-Steuerungseinrichtung kommt es zu großen Stromschwankungen innerhalb des Schaltkreises, der zu sehr hohen induzierten Spannungen innerhalb des Schaltkreises führt.
Um dies zu vermeiden, sollte die Induktivität des aus Widerstand und Stromstärke-Steuerungseinrichtung gebildeten Schwingkreises möglicht gering sein. Eine erste Maßnahme zur Verringerung der Induktivität des Schwingkreises kann darin liegen, dass ein elektrisch parallel zum der Stromstärke-Steuerungseinrichtung geschalteter, das erste Anschlussteil mit dem zweiten Anschlussteil verbindender Widerstand derart an Anschlussteilen angeordnet ist, dass der Widerstand mit einem ersten Schenkel mit dem ersten Anschlussteil kontaktiert ist und mit einem zweiten Schenkel mit dem zweiten Anschlussteil kontaktiert ist und eine einem Anschlussteil zugewandte Oberfläche eines Schenkels parallel zu einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche des Anschlussteils verläuft.
Auch wird vorgeschlagen, dass die Schenkel des Widerstands eine Fläche aufspannen, die parallel zu einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche zumindest eines Anschlussteils verläuft. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Widerstand möglichst nah an dem Anschlussteil geführt werden kann. Durch eine Verringerung des Spalts zwischen den Schenkeln und dem jeweiligen Anschlussteil ist es möglich, den magnetischen Fluss zwischen dem Widerstand und dem Anschlussteil zu verringern, was zu einer verringerten Induktivität führt.
Auch wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschlussteil als Flachteil gebildet ist und die durch die Schenkel aufgespannte Fläche parallel zu der breiten, dem Widerstand zugewandten Oberfläche des Flachteils verläuft. Verlaufen Widerstand und Anschlussteile im Wesentlichen planparallel ermöglichst dies ebenfalls die Verringerung eines Spalts zwischen den Bauteilen, was die Induktivität der Vorrichtung reduziert.
Hierzu wird auch vorgeschlagen, dass die durch die Schenkel aufgespannte Fläche parallel, vorzugsweise planparallel zu einer zwischen den Anschlussteilen aufgespannten Fläche verläuft.
Besonders günstig ist eine Anordnung, bei der die Schenkel zumindest zwei, vorzugsweise drei Seiten der Stromstärke-Steuerungseinrichtung umgreifen. Die Schenkel des Widerstands kann ein einseitig offenes Rechteck oder Dreieck umschreiben. Die Öffnung kann von an Anschlusskontakten der Anschlussteile weg weisen oder in Richtung der Anschlusskontakte der Anschlussteile weisen.
Es wird auch vorgeschlagen, dass ein zweiter Strompfad von dem ersten Anschlussteil über den Widerstand zu dem zweiten Anschlussteil verläuft. Somit fließt Strom im Startfall zunächst über den zweiten Strompfad, bis die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zugeschaltet wird. Dann fließt Strom über beide Strompfade.
Auch wird vorgeschlagen, dass die Stromflussrichtung im ersten Strompfad zumindest teilweise entgegengesetzt zu der Stromflussrichtung im zweiten Strompfad ist.
Sind die Stromflussrichtungen entgegengesetzt, so kann die induzierte Spannung innerhalb des Schwingkreises reduziert werden. Der erste Strompfad verläuft zwischen den Anschlussteilen über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung. D. h., Strom kann von der Batterie auf das erste Anschlussteil fließen, von dort über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil und dann aus dem zweiten Anschlussteil hinaus in Richtung des Starters. Dies kann der erste Strompfad sein.
Der zweite Strompfad führt ebenfalls von der Batterie in das erste Anschlussteil hinein. Von dort führt der Strom über den Widerstand zu dem zweiten Anschlussteil und weiter aus dem zweiten Anschlussteil heraus zu dem Starter. Hierbei sei erwähnt, dass rein beispielhaft die Stromflussrichtung in technischer Stromrichtung, nämlich vom Pluspol der Kraftfahrzeugbatterie zum Starter beschrieben wurde, jedoch auch die entgegengesetzte Stromflussrichtung möglich ist und ebenfalls zu den zwei Strompfaden führt.
Möglich ist, dass die Strompfade zumindest teilweise entgegengesetzt sind. Insbesondere kann im Bereich der Anschlussteile ein entgegengesetzter Strompfad derart realisiert sein, dass die Elektronenbewegung innerhalb der Schenkel des Widerstands entgegengesetzt zu der Elektronenbewegung innerhalb der Anschussteile ist. In dem Fall kann von entgegengesetzten Stromflussrichtungen innerhalb der Strompfade gesprochen werden. In diesem Fall kommt es im Spalt zwischen den Schenkel des Widerstands und im Spalt zwischen den Anschlussteilen zu gegenläufigen B-Feldlinien, was zu einer Reduktion der Induktivität führt.
Möglich ist aber auch, dass die Strompfade zumindest teilweise gleichgerichtet sind. Insbesondere kann im Bereich der Anschlussteile ein gleichgerichteter Strompfad derart realisiert sein, dass die Elektronenbewegung innerhalb der Schenkel des Widerstands gleichgerichtet zu der Elektronenbewegung innerhalb der Anschussteile ist. In dem Fall kann von gleichgerichteten Stromflussrichtungen innerhalb der Strompfade gesprochen werden. In diesem Fall kommt es im Spalt zwischen den jeweiligen Schenkeln des Widerstands und den jeweiligen Anschlussteilen zu gegenläufigen B-Feldlinien, was auch zu einer Reduktion der Induktivität führt.
Zur Minimierung der induzierten Spannungen im Starterfall wird vorgeschlagen, dass der Widerstand räumlich derart zu den Anschlussteilen angeordnet ist, dass in einem Spalt zwischen den Anschlussteilen und dem Widerstand die durch die Ströme in dem ersten und dem zweiten Strompfad erzeugten B-Feldlinien zumindest teilweise einander entgegengesetzt sind oder zumindest teilweise gleichgerichtet sind. Die durch die Elektronenbewegung erzeugten B-Felder um die Anschlussteile herum bzw. um den Widerstand herum können durch die räumliche Anordnung des Widerstands zu den Anschlussteilen so sein, dass in einem Spalt zwischen Widerstand und Anschlussteilen die B-Feldlinien entgegengesetzt verlaufen. Dies führt zu einer Verringerung der Induktivität des Schwingkreises aus Stromstärke-Steuerungseinrichtung, Anschlussteilen und Widerstand. Es ist aber auch möglich, dass in einem Spalt zwischen den Schenkeln des Widerstands und in einem Spalt zwischen den Anschlussteilen die B-Feldlinien entgegengesetzt verlaufen.
Da der Widerstand parallel zu der Stromstärke-Steuerungseinrichtung geschaltet ist und der Widerstand mit der Stromstärke-Steuerungseinrichtung über die Anschlussteile elektrisch kontaktiert ist, entsteht zwischen dem Widerstand und der Stromstärke-Steuerungseinrichtung ein elektrischer Schwingkreis. Dessen Induktivität muss möglichst gering sein, um die induzierten Spannungen so gering wie möglich zu halten. Sind die B-Feldlinien einander entgegengesetzt, kann die Induktivität dieses Schwingkreises gering gehalten werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die B-Feldlinien zumindest teilweise antiparallel verlaufen. Gerade dann können sich die B-Felder um den Widerstand bzw. die Anschlussteile herum zumindest teilweise einander aufheben. Da in den Anschlussteilen höhere Ströme fließen können als im Widerstand, insbesondere da ein Teil des Stroms in den Anschlussteilen über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung fließt und ein zweiter Teil über den Widerstand, sind die Beträge der B-Felder um den Widerstand und die Anschlussteile nicht immer gleich groß. Dennoch kann die Induktivität des Schwingkreises verringert werden, solange die B-Feldlinien einander entgegengesetzt sind.
Um die Induktivität des Schwingkreises möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass der Widerstand zumindest teilweise parallel zu zumindest einem Anschlussteil angeordnet ist. Wenn der Widerstand zumindest parallel zu dem Anschlussteil verläuft, kann durch eine geeignete Kontaktierung des Widerstands an dem Anschlussteil erreicht werden, dass die Stromrichtungen innerhalb des Widerstands und des Anschlussteils entgegengesetzt sind.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Widerstand derart zu zumindest einem Anschlussteil angeordnet ist, dass ein aus Widerstand, Anschlussteilen und Stromstärke-Steuerungseinrichtung gebildeter elektrischer Schwingkreis eine Induktivität von weniger als 500 mH, vorzugsweise weniger als 200 mH, besonders bevorzugt weniger als 100 mH hat. Je kleiner die Induktivität des Schwingkreises ist, desto geringer ist die darin indizierte Spannung aufgrund des durch die Stromstärke-Steuerungseinrichtung gepulsten Stromes.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ein Spalt zwischen zumindest einem Anschlussteil und dem Widerstand gebildet ist und insbesondere dass der Widerstand in einem Abstand von weniger als 2 mm, bevorzugt weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm, von zumindest einem Anschlussteil beabstandet ist. Um die Induktivität des Schwingkreises möglichst gering zu halten, muss der Widerstand möglichst eng an dem Anschlussteil angeordnet sein. Hierzu wird ein Spalt vorgeschlagen, der weniger als 2 mm groß ist. Der Spalt ist vorzugsweise isoliert. Hierzu kann der das Anschlussteil mit einem Isolator pulverbeschichtet, spritzlackiert, lackiert, bedampft, bedruckt, insbesondere mittels Siebdruck oder extrudiert sein.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Widerstand und/oder zumindest eines der Anschlussteile als Flachteil gebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Widerstand als auch die Anschlussteile möglichst einfach hergestellt werden können. Außerdem kann der Widerstand sehr nah an dem Anschlussteil angeordnet sein, wenn dieses als auch der Widerstand als Flachteil gebildet ist. Dann muss lediglich das Anschlussteil mit einem Isolator überzogen werden und der Widerstand kann unmittelbar auf den Isolator aufgelegt werden. In diesem Fall sind Abstände von auch weniger als 1 mm möglich.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschlussteil ein rechteckiges Flachteil mit einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche mit einer größeren Abmessung in Stromflussrichtung im zweiten Strompfad als quer zu Stromflussrichtung im zweiten Strompfad ist. Das Anschlussteil ist somit zungenförmig länglich gestreckt gebildet. Vorzugsweise ist der Widerstand über der breiten, dem Widerstand zugewandten Oberfläche des Flachteils angeordnet und lediglich durch einen Isolator von dem Anschlussteil getrennt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschlussteil an einem ersten Ende einen Kontaktbereich für den Widerstand und an einem zweiten Ende einen Anschlusskontakt hat. Dadurch, dass der Kontaktbereich für den Widerstand an einem anderen Ende als der Anschlusskontakt liegt, muss der Strom zunächst durch das gesamte Anschlussteil zu dem Kontaktbereich fließen, um in den Widerstand fließen zu können. Wenn der Widerstand dann wiederum in Richtung des Anschlusskontaktes verläuft, ergibt sich eine entgegengesetzte Stromflussrichtung im Widerstand. Sind die Anschussteile dann auch miteinander über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung kontaktiert, so fließt vom Anschlusskontakt ein Strom in das Anschlussteil. Von dort fließt ein Teil des Stromes über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil und von dort aus dem Anschlussteil heraus. Der Strom fließt entlang des ersten Anschlussteils und zweigt dann jeweils in ein vorhandenes Bauelement der Stromstärke-Steuerungseinrichtung ab. Abschließend gelangt der Strom zu dem Kontaktbereich und fließt auf den Widerstand. Üben den Widerstand fließt der Strom zum zweiten Anschlussteil. Die Stromflussrichtung im Widerstand ist bevorzugt dann entgegengesetzt zur Stromflussrichtung im Anschlussteil, wenn der Widerstand parallel zu dem Anschlussteil verläuft, jedoch erst am Ende des Anschlussteils mit diesem kontaktiert ist.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschlussteil an einem ersten Ende einen Kontaktbereich für den Widerstand und dem gleichen Ende einen Anschlusskontakt hat. Dadurch, dass der Kontaktbereich für den Widerstand an dem gleichen Ende wie der Anschlusskontakt liegt, fließt der Strom unmittelbar von dem Kontaktbereich in den Widerstand und parallel dazu über das Anschlussteil zu der Stromstärke-Steuerungseinrichtung. Wenn der Widerstand dann parallel zu dem Anschlussteil verläuft, ergibt sich eine gleichgerichtete Stromflussrichtung im Widerstand und im Anschlussteil. Sind die Anschussteile dann auch miteinander über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung kontaktiert, so fließt vom Anschlusskontakt ein Strom in das Anschlussteil. Von dort fließt ein Teil des Stromes über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil und von dort aus dem Anschlussteil heraus. Der Strom fließt entlang des ersten Anschlussteils und zweigt dann jeweils in ein vorhandenes Bauelement der Stromstärke-Steuerungseinrichtung ab. Über den Widerstand fließt der Strom zum zweiten Anschlussteil. Die Stromflussrichtung im Widerstand ist bevorzugt dann gleichgerichtet zur Stromflussrichtung im Anschlussteil, wenn der Widerstand parallel zu dem Anschlussteil verläuft, und bereits am Ende des Anschlusskontakts des Anschlussteils mit diesem kontaktiert ist.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Widerstand sich ausgehend von dem Kontaktbereich parallel zum Anschlussteil in Richtung des Anschlusskontaktes ausdehnt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Widerstand U-förmig ist. Die langen Schenkel des U können dabei parallel zu den jeweiligen Anschlussteilen verlaufen. Der kurze Schenkel verläuft quer zu den Anschlussteilen und überbrückt somit einen zwischen den Anschlussteilen gebildeten Spalt.
Auch ist es möglich, dass der Widerstand V-förmig gebildet ist. In diesem Fall können die beiden Schenkel winklig zu den jeweiligen Anschlussteilen verlaufen. Jedoch wird auch bei der V-Form erreicht, dass die Stromflussrichtungen in den Anschlussteilen bzw. dem Widerstand im Wesentlichen einander entgegengesetzt sind.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Widerstand ein Shunt ist. Mit Hilfe des Shunts ist es möglich, die Spannung über den Widerstand genau zu messen und somit den Strom über den Widerstand genau zu bestimmen. Mit Hilfe einer solchen Messung ist es möglich, eine Kurzschlussbedingung innerhalb des Batterie-Starterstromkreises zu detektieren. Insbesondere wenn kein Klemme 50 Signal, somit kein Startsignal vorliegt und trotzdem ein hoher Strom über den Widerstand gemessen wird, kann von einem Kurzschluss ausgegangen werden und eine Trenneinrichtung, die zwischen der Batterie und der Startstrombegrenzungsvorrichtung angeordnet ist, kann aktiviert werden. Diese Trenneinrichtung kann beispielsweise pyrotechnisch aktiviert werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Widerstand zusammen mit den Anschlussteilen in einem Gehäuse angeordnet ist. In diesem Fall ist eine sichere Isolierung des Widerstands als auch der Anschlussteile gewährleistet.
Auf der anderen Seite ist auch vorgeschlagen, dass der Widerstand außerhalb eines Gehäuses der Anschlussteile angeordnet ist. Dies führt dazu, dass über den Widerstand eine bessere Wärmeabfuhr möglich ist. Insbesondere die Halbleiterbauelemente aufweisende Stromstärke-Steuerungseinrichtung erzeugt hohe Verlustwärme. Diese Wärme muss abgeführt werden. Mit Hilfe des Widerstands ist eine Wärmeabfuhr möglich, insbesondere wenn der Widerstand außerhalb eines Gehäuses angeordnet ist.
Der Widerstand führt auch dazu, dass die Anschlussteile thermisch miteinander gekoppelt sind. Durch die über den Widerstand gewährleistete thermische Kopplung kann eine thermische Symmetrisierung der Anschlussteile erreicht werden. Das bedeutet, dass die Temperatur in den beiden Anschlussteilen möglichst symmetrisiert wird, insbesondere bei hohen Verlusten innerhalb der Stromstärke-Steuerungseinrichtung.
Gerade bei den im Startfall auftretenden hohen Strömen von mehreren 100 A entstehen in der Stromstärke-Steuerungseinrichtung hohe Temperaturen durch elektrische Verluste. Diese hohen Temperaturen müssen abgeleitet werden und es ist vorteilhaft, wenn dies über eine möglichst große Fläche geschieht. Durch eine thermische Symmetrisierung der Anschlussteile wird die thermische Ableitfläche vergrößert, da beide Anschlussteile zur Wärmeabfuhr genutzt werden können.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Anschlussteile parallel verlaufende Flachteile. Zwischen den parallel verlaufenden Flachteilen kann ein Spalt gebildet sein, der mit einem Isolator gefüllt sein kann. Der Spalt zwischen den Anschlussteilen wird vorteilhafterweise durch den Widerstand als auch die Stromstärke-Steuerungseinrichtung überbrückt. Die Anschlussteile sind dann sowohl über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung als auch über den Widerstand miteinander kontaktiert. Über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung fließt im Startfall, nach Ablauf einer Wartezeit von einigen Millisekunden, ein gepulster Strom, wohingegen über den Widerstand ein Dauerstrom fließt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Anschlussteile im Bereich des Widerstands elektrisch isoliert. D. h., dass der Widerstand möglicht nah an den Anschlussteilen anliegen kann, diese jedoch nicht elektrisch kontaktiert. Nur im Bereich eines Kontaktbereiches kann eine elektrische Kontaktierung zwischen Widerstand und Anschlussteil ermöglicht sein. Hierbei ist es möglich, dass der Kontaktbereich im Fertigungsprozess mit einer Lotpaste, beispielsweise in einem Siebdruckverfahren bestückt wird und der Widerstand dann auf den Kontaktbereich aufgelötet wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Anschlussteile elektrisch mit der Stromstärke-Steuerungseinrichtung kontaktiert sind und vorzugsweise, dass die Anschlussteil die Stromstärke-Steuerungseinrichtung mechanisch tragen. Die Anschlussteile können dabei sowohl elektrische als auch mechanische Aufgaben übernehmen. Für einen hochintegrierten Aufbau können die Anschlussteile als mechanische Stütze für die Bauelemente, vorzugsweise Halbleiterbauelemente, wie Transistoren und Thyristoren der Stromstärke-Steuerungseinrichtung dienen.
Die zuvor als auch nachfolgend beschriebenen Merkmale, insbesondere auch die Merkmale der unabhängigen als auch der abhängigen Ansprüche können frei miteinander, auch unter Umgehung der Merkmale der unabhängigen Ansprüche, kombiniert werden und gleichsam eine Erfindung begründen.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein elektrisches Ersatzschaltbild einer Startstrombegrenzungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Ansicht einer Startstrombegrenzungsvorrichtung mit einer Trennvorrichtung;
3 eine weitere schematische Ansicht einer Startstrombegrenzungsvorrichtung mit einer Trenneinrichtung;
4 eine Explosionszeichnung einer Startstrombegrenzungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine Startstrombegrenzungsvorrichtung im zusammengebauten Zustand;
6 eine Detailansicht einer Trennvorrichtung;
7a eine Ansicht von zwei Anschlussteilen während des Fertigungsprozesses nach einem Ausführungsbeispiel;
7b Anschlussteile bestückt mit einer Stromstärke-Steuerungseinrichtung und einem Widerstand nach einem Ausführungsbeispiel;
8a eine Ansicht von zwei Anschlussteilen während des Fertigungsprozesses nach einem Ausführungsbeispiel;
8b Anschlussteile bestückt mit einer Stromstärke-Steuerungseinrichtung und einem Widerstand nach einem Ausführungsbeispiel;
8c eine weitere mögliche Anordnung eines Widerstands an den Anschlussteilen nach einem Ausführungsbeispiel;
9a eine zusätzliche Möglichkeit des Anschlusses des Widerstands an den Anschlussteilen nach einem Ausführungsbeispiel;
9b eine zusätzliche Möglichkeit des Anschlusses des Widerstands an den Anschlussteilen nach einem Ausführungsbeispiel;
10 eine Ansicht von Anschlussteilen mit Widerstand, Startstrom-Steuerungseinrichtung und Auswertungseinrichtung;
11 eine schematische Schnittansicht durch die Anschlussteile und den Widerstand gemäß 7a zur Darstellung der Stromrichtungen und der B-Feldlinien;
12 eine schematische Schnittansicht durch die Anschlussteile und den Widerstand gemäß 8a zur Darstellung der Stromrichtungen und der B-Feldlinien.
1 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Startstromsbegrenzungssystems 2 mit einer Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a und einer Trennvorrichtung 2b. Ferner ist gezeigt, dass die Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a einen ersten Anschlusskontakt 4 sowie einen zweiten Anschlusskontakt 6 aufweist. Der erste Anschlusskontakt 4 ist einer elektrischen Batterie 8 zugeordnet. Der zweite Anschlusskontakt 6 ist einem Elektro-Startermotor 10 zugeordnet.
Somit zeigt die 1 einen elektrischen Starterstromkreis. Der Starterstrom fließt ist Startfall von der Kraftfahrzeugbatterie 8, insbesondere vom Pluspol der Batterie 8 über das Startstrombegrenzungssystem 2 zu dem Starter 10.
Der Starter 10 benötigt im Startfall, sowohl beim Warmstart als auch beim Kaltstart, eine hohe elektrische Leistung. Dies führt dazu, dass der Strom im gezeigten Schaltkreis von der Batterie 8 zum Starter 10 sehr hoch ist. Insbesondere im Warmstartfall, also wenn Komfortverbraucher bereits eingeschaltet sind, muss verhindert werden, dass die Spannung an den Batteriepolen der Batterie 8 zusammenbricht. Dies könnte dazu führen, dass Komfortverbraucher Funktionseinbußen erleiden. Um diesen Spannungseinbruch zu verhindern, wird die Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a vorgeschlagen.
Die Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a ist aus einer Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 und einem Widerstand 14 gebildet.
Die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 ist vorzugsweise aus einer Parallelschaltung mehrere Halbleiterbauelemente, insbesondere mehrere Halbleiterschalter, insbesondere mehrere als Schalter betriebene Transistoren gebildet.
Der Widerstand 14 ist vorzugweise ein niederohmiger Widerstand, der als Shunt auch zu Messzwecken geeignet sein kann.
Zwischen den Anschlusskontakten 4 und 6 bildet die Parallelschaltung aus Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 und Widerstand 14 einen Schwingkreis 13. Die in dem Schwingkreis 13 induzierte Spannung ist abhängig zum Einen von der Stromschwankung innerhalb des Schwingkreises 13 als auch der Induktivität L des Schwingkreises 13. Die Spannung U folgt der Gleichung U = –L ∂I / ∂t, wobei L die Induktivität des Schwingkreises 13 darstellt und di/dt den Gradienten des Stromes.
Insbesondere bei einer gepulsten Stromsteuerung durch die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 kommt es zu großen Stromschwankungen, die im Schwingkreis 13 hohe Spannungen induzieren, welche vermieden werden müssen. Daher ist die Induktivität des Schwingkreises 13 möglichst gering auszubilden, wie nachfolgend gezeigt werden wird.
Das Startstrombegrenzungssystem 2 verfügt darüber hinaus über die Trennvorrichtung 2b, die vorzugsweise als pyrotechnische Trennvorrichtung gebildet ist. Die Trennvorrichtung kann aber auch als Schmelzsicherung oder als Halbleiterschalter gebildet sein. Die Trennvorrichtung 2b dient dazu, die Batterie 8 vollständig von der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a sowie von dem Starter 10 zu trennen. Die Trennvorrichtung 2b ist vorzugsweise pyrotechnisch oder als Halbleiterschalter gebildet und wird durch ein Auslösesignal 29 gesteuert. Das Auslösesignal 29 kann von einem Airbagsteuergerät stammen. Auch ist es möglich, dass das Auslösesignal abhängig von einer Spannung über den Widerstand 14 ausgelöst wird.
Eine Steuerschaltung 28 kann zum Beispiel den Spannungsabfall über den Widerstand 14 messen. Über einen externen Anschluss 30 kann zum Beispiel überprüft werden, ob ein Startersignal, insbesondere ein Klemme 50 Signal anliegt oder nicht. Nur im Falle des Startsignals darf ein Strom über den Widerstand 14 fließen, da nur dann der Starter 10 mit Strom versorgt werden muss. Ist kein Startsignal an dem Anschluss 30 detektierbar, kann davon ausgegangen werden, dass kein Startvorgang vorliegt. Fließt in diesem Fall ein Strom über den Widerstand 14 und wird somit ein Spannungsabfall mit der Steuerschaltung 28 erfasst, kann ein Auslösesignal 29 an die Trennvorrichtung 2b gegeben werden. Die Trennvorrichtung 2b trennt die elektrische Verbindung zwischen der Batterie 8 und dem Starter 10, so dass kein Strom mehr fließen kann.
2 zeigt eine mögliche Anordnung der Trennvorrichtung 2b innerhalb des Starterstromkreises. 2 zeigt schematisch die Kraftfahrzeugbatterie 8. An dem Pluspol der Kraftfahrzeugbatterie 8 kann eine Batteriepolklemme 9 angeschlossen sein. Unmittelbar an der Batteriepolklemme 9, beispielsweise auch einstückig mit der Batteriepolklemme 9 gebildet, kann die Trennvorrichtung 2b vorgesehen sein.
Hierbei kann die Trennvorrichtung 2b aus einem ersten, pyrotechnischen Teil und einem zweiten, beweglichen Teil gebildet sein, wie nachfolgend noch dargelegt werden wird. Wie zu erkennen, kann die Starterleitung 16, welche die Batterie 8 mit dem Starter 10 verbindet, somit unmittelbar an der Batteriepolklemme 9 durch die Trennvorrichtung 2b getrennt werden. Im Trennungsfall ist somit die gesamte Starterleitung 16 spannungs- und stromlos.
Die Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a kann sowohl unmittelbar an der Trennvorrichtung 2b als auch der Batteriepolklemme 9 als auch irgendwo sonst in der Starterleitung 16 angeordnet sein, wie dies in 3 dargestellt ist.
3 zeigt eine weitere mögliche Anordnung der Trennvorrichtung 2b in der Starterleitung 16. Zu erkennen ist, dass die Trennvorrichtung 2b nicht unmittelbar an der Batteriepolklemme 9, sondern in der Starterleitung 16 zwischen Batteriepolklemme 9 und Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a angeordnet ist. Dann wird im Trennungsfall lediglich die Starterleitung 16 zwischen der Trennvorrichtung 2b und dem Starter 10 strom- und spannungslos. Die Starterleitung 16 im Bereich zwischen der Batteriepolklemme 9 und der Trennvorrichtung 2b bleibt mit der Batterie kontaktiert. Solange dieser Bereich in einem unkritischen Bereich des Fahrzeugs liegt, ist dies unproblematisch.
4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer möglichen Ausgestaltung eines Startstrombegrenzungssystems 2 mit einer Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a und einer Trennvorrichtung 2b. Zu erkennen ist, dass die Trennvorrichtung 2b einstückig mit der Batteriepolklemme 9 gebildet ist. Wie zu erkennen ist, kann die Trennvorrichtung 2b mit einer pyrotechnischen Zündpille 34 bestückt sein. Die Zündpille 34 ist in einem Schusskanal 36 in der Trennvorrichtung 2b angeordnet. Auf der anderen Seite des Schusskanals 36 kann der Anschlusskontakt 4 als Topf oder Napf 38 geformt sein und in den Schusskanal 36 eingeführt werden.
Im Falle einer Auslösebedingung wird ein Zündsignal über die Leitung 29 an die Zündpille 34 übermittelt. Die Zündpille 34 explodiert daraufhin und im Schusskanal 36 entsteht ein Überdruck. Durch diesen Überdruck wird die rechtwinklig zum Anschlussteil 26 geformte Lasche des Anschlusskontakts 4 mit dem Topf 38 aus dem Schusskanal gedrückt und verbogen. Hierdurch erfolgt eine elektrische Trennung des Batteriepols 9 von dem Anschlusskontakt 4.
Ferner ist zu erkennen, dass der Anschlusskontakt 4 in einem ersten Anschlussteil 26 mündet. Das erste Anschlussteil 26 ist mit einem zweiten Anschlussteil (hier nicht dargestellt) 24 in einem Gehäuse der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a gekapselt. Ferner ist zu erkennen, dass das zweite Anschlussteil 24 in dem Anschlusskontakt 6. Der Anschlusskontakt 6 ragt genauso wie der Anschluss 30 aus dem Gehäuse 19 heraus. Der Anschlusskontakt 6 dient zur elektrischen Kontaktierung der Starterleitung 16 mit der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a. Die Starterleitung 16 kann an den Anschlusskontakt 6 angeschweißt, angelötet oder auch verschraubt werden.
Das gesamt Startstrombegrenzungssystem 2 kann mit einem Gehäuse 18 verkapselt werden, wie in 5 dargestellt. Ferner ist in 5 zu erkennen, dass ein elektrischer Stützpunkt 20 aus dem Gehäuse 18 herausgeführt ist. Der elektrische Stützpunkt 20 dient zum Anschluss des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs an die Batteriepolklemme 9 und somit die Batterie 8. Der Stützpunkt 20 ist nicht durch die Trennvorrichtung 2b gegenüber der Batteriepolklemme 9 gesichert, so dass selbst im Auslösefall der Trennvorrichtung 2b der Stützpunkt 20 mit der Batteriepolklemme 9 in elektrischen Kontakt bleibt. D. h., dass bei einem Auslösen der Trennvorrichtung 2b im Falle eines Kurzschlusses auf der Starterleitung 16 der Rest des Fahrzeugs in Kontakt mit der Batterie 8 bleiben kann und hier eine getrennte Sicherung erfolgen kann.
Der Aufbau einer Trennvorrichtung 2b ist detaillierter in der 6 dargestellt. In der 6 ist die Batteriepolklemme 9 mit der Trennvorrichtung 2b in teilweise aufgeschnittenen Zustand dargestellt.
Zu erkennen ist, dass die pyrotechnische Zündpille 34 in einem Schusskanal 36 angeordnet ist. Der Schusskanal 36 ist auf der anderen Seite durch den Topf 38 des Anschlusskontakts 4 verschlossen. Vorzugsweise ist der Schusskanal zumindest im Bereich der Zündpille 34 durch ein Gehäuse 40 abgedichtet. Das Gehäuse 40 kann um den Schusskanal 36 herum gegossen sein.
Ferner ist zu erkennen, dass der Stützpunkt 20 aus dem Gehäuse 40 herausgeführt ist und nicht über die Trennvorrichtung 2b gegenüber der Batteriepolklemme 9 gesichert ist.
Schließlich ist zu erkennen, dass über eine elektrische Ansteuerungsleitung 29 eine Zündvorrichtung 32 gezündet werden kann. Die Zündvorrichtung 32 kann entweder über ein Signal eines Airbagsteuergerätes aktiviert werden oder durch ein Signal von der Auswertungsschaltung 28, wie dies oben bereits erläutert wurde.
Im Falle des Zündens der Zündpille wird der Topf 38 des Anschlusses 4 in Richtung X aus dem Schusskanal 36 gepresst. Eine elektrische Verbindung zwischen Batteriepolklemme 9 und Anschluss 6 wird unterbrochen.
Die 7 bis 10 zeigen halbfertige Bauteile die während eines Herstellungsverfahrens für eine Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a entstehen.
Zunächst werden zwei Flachteile, vorzugsweise Kupferplatten als Stanz-Biegeteile nebeneinander angeordnet, wie in 7a gezeigt. Zwischen den Flachteilen, die das erste Anschlussteil 26 und das zweite Anschlussteil 24 bilden, kann ein Spalt mit einem Isolator 25 gefüllt sein. Das erste Anschlussteil 26 kann so gebogen sein, dass der Anschlusskontakt 4 winklig, vorzugweise rechtwinklig zu dem Verlauf des ersten Anschlussteils 26 verläuft. An dem ersten Anschlusskontakt 4 kann im Stanz-Biegeprozess ein Topf 38 angeformt sein.
Der Anschlusskontakt 6 kann an einem Ende des zweiten Anschlussteils 24 geformt sein.
Ferner ist zu erkennen, dass auf der Oberfläche A der Anschlussteile 24, 26, ausgenommen der Anschlusskontakte 4, 6 sowie der Kontaktbereiche 27a, 27b ein Isolator 15a, vorzugsweise in einem Siebdruckverfahren aufgebracht ist. Der Isolator 15a dient der Isolation der Anschlussteile 24, 26 gegenüber dem Widerstand 14.
Die Oberfläche A ist diejenige Oberfläche des Flachteils, die dem Widerstand 14 zugewandt sein wird.
7a zeigt das erste Anschlussteil 26, welches an seinem ersten Ende den Anschlusskontakt 4 mit dem Topf 38 aufweist und an seinem zweiten Ende den Kontaktbereich 27b. Ferner zeigt 7a das zweite Anschlussteil 24, welches an seinem ersten Ende den Anschlusskontakt 6 und an seinem zweiten Ende den Kontaktbereich 27a aufweist.
Vorzugsweise kann mittels eines Siebdruckverfahrens eine Lotpaste auf die Kontaktbereiche 27a, b aufgebracht werden.
Anschließend kann in den Isolator 15a, der auf den Anschlussteilen 24, 26 aufgebracht ist, eine Anschlussmöglichkeit für eine Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 vorgesehen werden. Hierzu können in den Isolator 15a an verschiedenen Stellen Kontaktbereiche gefräst, gebohrt oder geätzt werden.
Anschließend kann zunächst, wie in 7b gezeigt, der Widerstand 14 auf die Anschlussteile 24, 26, bzw. den Isolator 15a aufgelegt werden. Der Widerstand 14 ist im gezeigten Beispiel U-förmig, und die langen Schenkel des Widerstands 14 verlaufen parallel zu den jeweiligen Anschlussteil 24, 26 und der kurze Schenkel verläuft senkrecht hierzu. Zu erkennen ist ferner, dass der Widerstand 14 auf dem Isolator 15a der Anschlussteile 24, 26 aufliegt. Der Widerstand 14 ist als Flachteil gebildet. Die Schenkel des Widerstands 14 spannen eine Fläche auf, die planparallel zu der Oberfläche A verläuft.
Auch ist zu erkennen, dass der Widerstand 14 auf den Anschlussteilen 24, 26 in den Kontaktbereichen 27a, 27b aufliegt. Mittels eines Lötverfahrens, beispielsweise in einem Reflow-Ofen, kann der Widerstand 14 mit den Kontaktbereichen 27 verlötet werden. Hierdurch entsteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Widerstand 14 und den Anschlussteilen 24, 26 im Bereich der Kontaktbereiche 27.
Ein Querschnitt durch den Aufbau aus Anschlussteilen 24, 26 und Widerstand 14 ist in 11 dargestellt. In 11 ist zu erkennen, dass der Widerstand 14 getrennt durch einen mit einem Isolator 15a gefüllten Spalt 15 beabstandet von dem Anschlussteilen 24, 26 auf den Anschlussteilen 24, 26 aufliegt. Ferner sind die Stromflussrichtungen in den Anschlussteilen 24, 26 sowie den Widerstand 14 dargestellt.
Zu erkennen ist, dass die Stromflussrichtungen in dem Widerstand 14 und dem jeweiligen Anschlussteil 24, 26 entgegengesetzt ist. Die Stromflussrichtung in dem Anschlussteil 26 ist beispielhaft in die Zeichenebene hinein und in dem Widerstand 14 im Bereich des Anschlussteils 26 aus der Zeichenebene heraus. Genau umgekehrt ist dies im Bereich des Anschlussteils 24, wo die Stromflussrichtung im Bereich des Widerstands 14 in die Zeichenebene hineinzeigt und im Bereich des Anschlussteils 24 aus der Ebene herauszeigt.
Dies liegt daran, dass der Strom, wie in 7b zu erkennen ist, von dem Anschlusskontakt 4 an einem Ende des Anschlussteils 26 bis zu dem Kontaktbereich 27b an dem anderen Ende des Anschlussteils 26 fließt. Von dem Kontaktbereich 27b fließt dann der Strom über den Widerstand 14 in die entgegengesetzte Richtung zunächst zum kurzen Schenkel und von dort zu dem Kontaktbereich 27a. Vom Kontaktbereich 27a fließt der Strom von dem einen Ende des Anschlussteils 24 zu dem am anderen Ende des Anschlussteils 24 angeordneten Anschlusskontakt 6.
Durch die entgegengesetzten Stromflussrichtungen entstehen im Bereich des Spalts 15 gleichgerichtete B-Felder 17, 21 und im durch den Isolator 25 gefüllten Spalt entgegengesetzte B-Felder 17, 21. Zu erkennen ist, dass das B-Feld 17a durch den Strom im Widerstand 14 links drehend ist, wohingegen das B-Feld 21a rechtsdrehend ist. Das B-Feld 17b durch den Strom im Widerstand 14 ist rechtsdrehend und das B-Feld 21b wiederum linksdrehend. Somit sind die B-Feldlinien der B-Felder 17, 21 im Bereich des Spalts 15 gleichgerichtet, vorzugsweise parallel und im Bereich des Isolators 25 sind die B-Felder 17a, 21b und 17b, 21a entgegengesetzt, vorzugsweise antiparallel.
Da der Strom im Widerstand 14 zeitweise etwas geringer sein kann, als in den Anschlussteilen 24, 26, was daran liegt, dass ein Teil des Stroms über die Stromstärkesteuerungseinrichtung 12 von dem Anschlussteil 26 zu dem Anschlussteil 24 fließen kann, sind die B-Felder nicht immer gleich stark. Jedoch führt der kleine Spalt 15 von vorzugsweise weniger als 1 mm trotz der entgegengesetzte Stromflussrichtung in den Widerstand 14 und den Anschlussteilen 24, 26 dazu, dass der Schwingkreis 13 eine geringe Induktivität, vorzugsweise weniger als 500 mH hat.
8a zeigt das erste Anschlussteil 26, welches an seinem ersten Ende den Anschlusskontakt 4 mit dem Topf 38 aufweist und diesem Ende ebenfalls den Kontaktbereich 27b. Ferner zeigt 8a das zweite Anschlussteil 24, welches an seinem ersten Ende den Anschlusskontakt 6 und ebenfalls an diesem Ende den Kontaktbereich 27a aufweist.
Ebenfalls ist, wie in 7a, der Isolator 15a aufgebracht und die Kontaktbereich 27 gebildet.
Wie in 8b gezeigt, kann der Widerstand 14 auf die Anschlussteile 24, 26, bzw. den Isolator 15a aufgelegt werden. Der Widerstand 14 ist im gezeigten Beispiel U-förmig, und die langen Schenkel des Widerstands 14 verlaufen parallel zu den jeweiligen Anschlussteil 24, 26 und der kurze Schenkel verläuft senkrecht hierzu. Die Öffnung des Widerstands zeigt in Richtung der Anschlusskontakte 4, 6. Dies ist gemäß dem Beispiel in 7b genau umgekehrt. Dort zeigt die Öffnung des Profils des Widerstands von den Anschlusskontakten 4, 6 weg. Zu erkennen ist in 7b und 8b, dass das Profil des Widerstands 14 die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 an drei Seiten umgreift.
Ein Querschnitt durch den Aufbau aus Anschlussteilen 24, 26 und Widerstand 14 gemäß 8b ist in 12 dargestellt. In 12 ist zu erkennen, dass der Widerstand 14 getrennt durch einen mit einem Isolator 15a gefüllten Spalt 15 beabstandet von dem Anschlussteilen 24, 26 auf den Anschlussteilen 24, 26 aufliegt. Wie auch gemäß 11 weist eine Oberfläche B des Widerstands 14 in Richtung der Oberfläche A der Anschlussteile 24, 26. Die Stromflussrichtungen in den Anschlussteilen 24, 26 sowie den Widerstand 14 sind in 12 dargestellt.
Zu erkennen ist, dass die Stromflussrichtungen in dem Widerstand 14 und dem jeweiligen Anschlussteil 24, 26 gleichgerichtet sind. Die Stromflussrichtung in dem Anschlussteil 26 ist beispielhaft aus der Zeichenebene heraus und in dem Widerstand 14 im Bereich des Anschlussteils 26 ebenfalls aus der Zeichenebene heraus. Genau umgekehrt ist dies im Bereich des Anschlussteils 24, wo die Stromflussrichtung im Bereich des Widerstands 14 in die Zeichenebene hineinzeigt und im Bereich des Anschlussteils 24 ebenfalls in die Zeichenebene aus der Ebene hinein zeigt.
Dies liegt daran, dass der Strom, wie in 8b zu erkennen ist, von dem Anschlusskontakt 4 an einem Ende des Anschlussteils 26 zu dem Kontaktbereich 27b an dem gleichen Ende des Anschlussteils 26 fließt. Außerdem fließt der Strom entlang des Anschlussteils 26 in die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12. Von dem Kontaktbereich 27b fließt der Strom auch über den Widerstand 14 in die gleiche Richtung wie im Anschlussteil 26 zunächst zum kurzen Schenkel und von dort zu dem Kontaktbereich 27a. Vom Kontaktbereich 27a fließt der Strom von Widerstand zu dem Anschlusskontakt 6. In dem Anschlussteil 24 fließt der Strom von Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 ebenfalls in Richtung des Anschlusskontakts 6 und somit ebenfalls in die gleiche Richtung.
Durch die gleichgerichteten Stromflussrichtungen entstehen im Bereich des Spalts 15 entgegengesetzte B-Felder 17, 21 und im durch den Isolator 25 gefüllten Spalt gleichgerichtete B-Felder 17, 21. Zu erkennen ist, dass das B-Feld 17a durch den Strom im Widerstand 14 und das B-Feld 21a links drehend sind. Das B-Feld 17b durch den Strom im Widerstand 14 und das B-Feld 21b sind rechtsdrehend. Somit sind die B-Feldlinien der B-Felder 17, 21 im Bereich des Spalts des Isolators 25, vorzugsweise parallel und im Bereich des Spalts 15 sind die B-Felder 17a, 21b und 17b, 21a entgegengesetzt, vorzugsweise antiparallel.
8c zeigt einen ähnlichen Aufbau wie 8b, jedoch ist zu erkennen, dass die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 mit den Anschlussteilen 24, 26 in dem Gehäuse 19 gekapselt ist und der Widerstand 14, kontaktiert über die Kontaktbereiche 27 außerhalb des Gehäuses 19 angeordnet ist.
9a zeigt einen ähnlichen Aufbau wie in der 8b, jedoch ist hier der Widerstand 14 auf der der Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 abgewandten Oberfläche A' der Anschlussteile 24, 26 angeordnet.
9b zeigt einen ähnlichen Aufbau wie 8b, wobei der Widerstand 14 hier jedoch nicht durch ein U-förmiges Blech gebildet ist, sondern vielmehr als ein zwischen den Kontaktbereichen 27 angeordnetes Kabel gebildet ist.
10 zeigt den Aufbau der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a in einem weiter fortgeschrittenen Stadium. Zu erkennen ist, dass die Steuerungsschaltung 28 oberhalb des Widerstands 14 vorgesehen ist. Die Steuerungsschaltung 28 kann zum Einen zum Auswerten der Spannung über den Widerstand 14 dienen und somit über den Anschluss 30 ein Ansteuersignal 29 zum Ansteuern der Trennvorrichtung 2b generieren.
Darüber hinaus kann über den Anschluss 30 ein Steuersignal in der Steuerungsschaltung 28 empfangen werden, mit dessen Hilfe die Halbleiterschalter in der Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a angesteuert werden können. Insbesondere kann ein gepulster Betrieb der Halbleiterschalter erfolgen. Mit Hilfe eines pulsweitenmodulierten Startstromes ist es möglich, die von der Batterie 8 zum Starter 10 übertragene elektrische Energie zu regulieren, so dass der Startvorgang des Starters 10 gesteuert erfolgen kann.
Andererseits ist es möglich, über die Steuerungsschaltung 28 Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 komplett zu öffnen, so dass insbesondere zu Beginn eines Startvorgangs, vorzugsweise in den ersten 10, 20, 30, 40 oder 50 ms der Strom ausschließlich über den Widerstand 14 fließt. Erst anschließend kann ein Schließen der Halbleiterschalter Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 erfolgen, wobei die Halbleiterschalter gepulst, insbesondere in einem pulsweitenmodulierten Verfahren geöffnet und geschlossen werden, so dass der Strom auch teilweise über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 fließen kann.
Mit Hilfe der gezeigten Vorrichtung ist es möglich, die Starterleitung sowie den Starter im Crashfall stromlos und spannungslos zu schalten. Ferner ist es möglich, den Startstrom zu begrenzen und gleichzeitig Halbleiter einer Startstrombegrenzungsvorrichtung vor Überströmen zu schützen. Darüber hinaus ist es möglich, die induzierten Spannungen in dem Startstrombegrenzungssystem so gering wie möglich zu halten und schließlich kann eine thermische Symmetrisierung und somit eine gute Wärmeabfuhr realisiert werden.
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 102007062955 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 40839 [0004]

Claims

Startstrombegrenzungsvorrichtung mit – einem einem Kraftfahrzeugbatteriepol zugeordneten ersten elektrischen Anschlussteil, – einem einem Starter zugeordneten zweiten elektrischen Anschlussteil, und – einer das erste Anschlussteil mit dem zweiten Anschlussteil zumindest zeitweise elektrisch verbindenden Stromstärke-Steuerungseinrichtung, – wobei ein erster Strompfad von dem ersten Anschlussteil über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil verläuft, dadurch gekennzeichnet, – dass ein elektrisch parallel zum der Stromstärke-Steuerungseinrichtung geschalteter, das erste Anschlussteil mit dem zweiten Anschlussteil verbindender Widerstand derart an Anschlussteilen angeordnet ist, – dass der Widerstand mit einem ersten Schenkel mit dem ersten Anschlussteil kontaktiert ist und mit einem zweiten Schenkel mit dem zweiten Anschlussteil kontaktiert ist und eine einem Anschlussteil zugewandte Oberfläche eines Schenkels parallel zu einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche des Anschlussteils verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel eine Fläche aufspannen, die parallel zu einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche zumindest eines Anschlussteils verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlussteil als Flachteil gebildet ist und die durch die Schenkel aufgespannte Fläche parallel zu der breiten, dem Widerstand zugewandten Oberfläche des Flachteils verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Schenkel aufgespannte Fläche parallel, vorzugsweise planparallel zu einer zwischen den Anschlussteilen aufgespannten Fläche verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel zumindest zwei, vorzugsweise drei Seiten der Stromstärke-Steuerungseinrichtung umgreifen.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strompfad von dem ersten Anschlussteil über den Widerstand zu dem zweiten Anschlussteil verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromflussrichtung im ersten Strompfad zumindest teilweise entgegengesetzt zu der Stromflussrichtung in dem zweiten Strompfad ist oder dass die Stromflussrichtung im ersten Strompfad zumindest teilweise gleichgerichtet zu der Stromflussrichtung in dem zweiten Strompfad ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand räumlich derart zu den Anschlussteilen angeordnet ist, dass in einem Spalt zwischen den Anschlussteilen und dem Widerstand die durch die Ströme in dem ersten und dem zweiten Strompfad erzeugten B-Feldlinien zumindest teilweise einander entgegengesetzt oder zumindest teilweise gleichgerichtet sind.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand derart zu zumindest einem Anschlussteil angeordnet ist, dass ein aus Widerstand, Anschlussteil und Stromstärke-Steuerungseinrichtung gebildeter elektrischer Schwingkreis eine Induktivität von weniger als 500 mH, vorzugsweise weniger als 200 mH, besonders bevorzugt weniger als 100 mH hat.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt zwischen zumindest einem Anschlussteil und einem Schenkel des Widerstands gebildet ist und insbesondere dass zumindest ein Schenkel des Widerstands in einem Abstand von weniger als 2 mm, bevorzug weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm von zumindest einem Abschlussteil beabstandet ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand als Flachteil gebildet ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlussteil ein rechteckiges Flachteil mit einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche mit einer größeren Abmessung in Stromflussrichtung im zweiten Strompfad als quer zu Stromflussrichtung im zweiten Strompfad ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktbereich für den Widerstand mit einem Anschlussteil an einem einen Anschlusskontakt des Anschlussteils zugewandten Ende des Anschlussteils oder an einem einen Anschlusskontakt des Anschlussteils abgewandten Ende des Anschlussteils angeordnet ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand sich ausgehend von dem Kontaktbereich parallel zum Anschlussteil verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand U-förmig ist, wobei die langen Schenkel zumindest teilweise parallel zu den jeweiligen Anschlussteilen verlaufen und der kurze Schenkel quer zu den Anschlussteilen verläuft oder der Widerstand V-förmig ist, wobei die Schenkel winklig zu den jeweiligen Anschlussteilen verlaufen.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand ein Shunt ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand zusammen mit den Anschlussteilen in einem Gehäuse angeordnet ist oder dass der Widerstand außerhalb eines Gehäuses der Anschlussteile angeordnet ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlussteil im Bereich des Widerstands elektrisch isoliert ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussteile elektrisch mit der Stromstärke-Steuerungseinrichtung kontaktiert sind und vorzugsweise dass die Anschlussteile die Stromstärke-Steuerungseinrichtung mechanisch tragen.