-
Der Gegenstand betrifft ein Schaltersystem für Kraftfahrzeuge als auch ein Verfahren zum Ansteuern eines solchen Schaltersystems.
-
Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen bieten im Stillstand kein Drehmoment. Aus diesem Grunde können solche Verbrennungsmotoren bis zum heutigen Tage nicht selbstständig durch Einspritzen von Kraftstoffgestartet werden. Dies bedingt, dass der Verbrennungsmotor bzw. die Brennkraftmaschine innerhalb des Fahrzeugs mit einem Drehmoment beaufschlagt werden muss, um zu starten. Dieses Drehmoment wird in der Regel durch einen Starter bzw. eine elektrische Maschine zur Verfügung gestellt. Eine solche elektrische Maschine ist zum Starten bzw. Anlassen des Verbrennungsmotors notwendig.
-
Der Starter des Verbrennungsmotors wird von der Batterie des Kraftfahrzeugs gespeist. Im Moment des Startens, d. h. zum Anlaufen des Starters, ist dessen induktive Last niederohmig und ein sehr hoher Strom fließt von der Batterie über den Starter. Die Induktivität des Starters stellt im Moment des Startens nahezu einen Kurzschluss dar. Der hierdurch bedingte hohe Stromfluss führt zu Einbrüchen der Batteriespannung an den Batteriepolen. Bei einem typischen Startvorgang eines Fahrzeugs bricht die Batteriespannung nach einer kurzen Zeit unter einen Grenzwert ein. In der Folge kann es daher dazu kommen, dass andere Verbraucher im Bordnetz des Fahrzeugs, welche eine Mindestspannung benötigen, nicht mehr mit ausreichend elektrischer Energie versorgt werden können.
-
Der Spannungseinbruch tritt bei allen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor beim Startvorgang auf, wenn der Verbrennungsmotor mittels eines Starters gestartet wird. Fahrzeuge können beispielsweise Automobile, Schienenfahrzeuge oder Luftfahrzeuge sein. Ferner sind auch Schiffe, Fahrzeuge im Sinne des Gegenstandes.
-
Um diesen Spannungseinbruch beim Startvorgang, insbesondere im Start-Stopp Betrieb, wie er heute zur Kraftstoffeinsparung üblich geworden ist, zu verhindern, existieren eine Vielzahl von Spannungsstützkonzepten, wie beispielsweise die Verwendung von Stützkondensatoren, die Verwendung von zusätzlichen Batterien als auch der Einsatz von Startstrombegrenzungssystemen.
-
Ein Startspannungs- bzw. Startstrombegrenzungssystem ist auch bekannt als Startspannungseinbruchsbegrenzer (SEB), Start Current Limiter (SCL), Start Current Control (SCC), Voltage Drop Limiter (VDL) oder dergleichen. Ein solches Startstrombegrenzungssystem begrenzt den Startspannungseinbruch durch Reduzierung des Stroms, der von der Batterie zum Starter fließt. Es werden dabei weiterhin Spannungseinbrüche bis zu einer definierten Untergrenze in Kauf genommen. Außerdem wird eine Startzeitverzögerung in Kauf genommen, da der Starter im Startvorgang nicht die komplette verfügbare elektrische Energie der Batterie zur Verfügung gestellt bekommt, sondern nur eine begrenzte.
-
Während des Anlassvorgangs mit einer konventionellen Batterie bricht die Batteriespannung nach wenigen Millisekunden unter 8 Volt ein. Dieser anfängliche Spannungseinbruch wirkt auf alle an die Batterie angeschlossenen elektrischen Verbraucher. Der anfängliche Spannungseinbruch, der nur kurzfristig auftritt, könnte beispielsweise durch vorgeschaltete Pufferkondensatoren kompensiert werden. Bei einem herkömmlichen Anlassvorgang erholt sich die Spannung der Batterie unmittelbar nach dem Starten kurzzeitig auf über 9 Volt, um dann jedoch erneut unter 9 Volt einzubrechen. Dieser zweite Spannungseinbruch kann durch herkömmliche Pufferkondensatoren nicht aufgefangen werden, da deren Kapazität lediglich zur Kompensation des ersten Spannungseinbruchs ausreicht. Die Pufferkondensatoren sind regelmäßig nach dem ersten Spannungseinbruch entladen und der zweite Spannungseinbruch während eines Startvorgangs führt zu Problemen innerhalb des Bordnetzes. Insbesondere Motorsteuergeräte als auch Airbagsteuergeräte sowie sonstige Steuergeräte können kurzfristig ausfallen, da nicht jedes Steuergerät auf ein solch niedriges Spannungsniveau von unter 9 Volt ausgelegt ist.
-
Startstrombegrenzungssysteme sind in der Regel zwischen der Batterie und dem Starter angeordnet. Herkömmliche Bordnetztopologien beinhalten eine Batterie, einen Starter, einen Generator sowie zumindest ein Verbrauchernetzwerk. Je nach Konzept werden der Starter und der Generator mit jeweils einer getrennten oder auch kombinierten Leitung versorgt. Zur Sicherung dieser beiden Leitungen sind entsprechende Sicherungsmechanismen notwendig. Diese müssen hohe Schaltleistungen aufweisen, da im Falle des Startens und des Kurzschlusses sehr hohe Ströme zu schalten sind.
-
Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Entlastung eines Schaltersystems zur Verfügung zu stellen, welches sich besonders einfach in die Bordnetztypologie einfügen lässt.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Schaltersystem nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.
-
Das passive Widerstandselement kann ein ohmscher Widerstand sein. Insbesondere ist das passive Widerstandselement kein Übergangswiderstand eines Transistors oder einer Diode. Um den Strom abhängig von der Verlustleistung auf der Leitung einstellen zu können, kann das passive Widerstandselement ein PTC Widerstand sein. Vorzugsweise hat das passive Widerstandelement einen im Wesentlichen über die Temperatur gleichbleibenden Widerstandwert.
-
Vorzugsweise ist das Schalternetzwerk elektrisch zwischen der Batterie und dem Starter angeordnet. Insbesondere ist es elektrisch parallel zu dem passiven Widerstandselement. Das Schalternetzwerk verbindet den Widerstand mit der Batterie. Über das Schalternetzwerk kann der Widerstand kurzgeschlossen werden.
-
Die Batterie ist über eine Starter-Batterie-Leitung mit dem Starter verbunden. Über die Generator-Batterie-Leitung ist die Batterie mit dem Generator verbunden. Das Schalternetzwerk ist jeweils zwischen die Batterie und die Starter-Batterie-Leitung bzw. die Generator-Batterie-Leitung geschaltet.
-
Die hohen Ströme beim Start des Starters müssen durch einen Schalter der Starter-Batterie-Leitung geschaltet werden. Um den Startstrom in der ersten Startphase begrenzen zu können, wird vorgeschlagen, diesen zunächst über einen zwischen Starter-Batterie-Leitung und Generator-Batterie-Leitung geschalteten passiven Widerstand zu leiten. Insbesondere kann der Starterstrom beispielsweise zunächst über das erste Schalterelement, vorzugsweise die Generator-Batterie-Leitung und das Widerstandselement auf die Starter-Batterie-Leitung geführt werden. Das Widerstandselement führt zu einer Reduktion des Starterstroms und somit bereits zu einer Entlastung des ersten Schalterelements in der Generator-Batterie-Leitung. Nach Anlaufen des Starters kann das zweite Schalterelement geschlossen werden und somit die Starter-Batterie-Leitung zusätzlich mit dem Batteriestrom beaufschlagt werden. Der Starterstrom kann dann über eine Parallelschaltung aus dem erste Schalterelement und dem Widerstand sowie dem zweiten Schalterelement fließen.
-
Die Widerstände der Schalterelemente sind im Vergleich zu dem Widerstandselement um zumindest einen Faktor fünf geringer, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10 geringer.
-
Im Normalbetrieb des Fahrzeugs wird die Batterie über den Generator geladen. Es fließt ein Ladestrom üblicherweise über die Generator-Batterie-Leitung vom Generator zur Batterie. Kann der Ladestrom zusätzlich über das passive Widerstandelement und die Starter-Batterie-Leitung zu der Batterie fließen, wird der Leitungswiderstand geringer und die jeweiligen Leitungen werden weniger stark beansprucht. Es kommt zu einer geringeren Wärmeentwicklung auf den beiden Leitungen. Die Verlustleistung ist dadurch ebenfalls verringert.
-
Es ist nunmehr möglich, dass im Moment des Startens, insbesondere im Moment eines Warmstarts, insbesondere in einer ersten Startphase, der Starterstrom zunächst über das erste Schalterelement und den Widerstand geleitet wird. Der Gesamtwiderstand ist aufgrund des in Reihe geschalteten Widerstandselements erhöht. Aufgrund des höheren Widerstands ist der Strom, der im Startfall von der Batterie zum Starter fließt, begrenzt. Kurz nach dem Start, beispielsweise nach wenigen Millisekunden, insbesondere wenigen 100 Millisekunden, kann das zweite Schalterelement geschlossen werden. Der Starterstrom kann dann sowohl über die Starter-Batterie-Leitung als auch die Generator-Batterie-Leitung fließen. Der Gesamtleitungswiderstand ist aufgrund der Parallelschaltung der beiden Leitungen dann verringert. Der Starterstrom ist nun erhöht, da ein geringerer Leitungswiderstand zwischen Batterie und Starter vorliegt. Dieser kann so dimensioniert werden, so dass ein ausreichend hoher Starterstrom fließen kann.
-
Wie bereits erläutert, sind sowohl der Starter als auch der Generator vorzugsweise im Motorraum eines Fahrzeugs angeordnet. Das passive Widerstandelement kann dann gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ebenfalls im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet sein. Dies bedeutet, dass das passive Widerstandelement in räumlicher Nähe zum Generator als auch zum Starter angeordnet ist. Insbesondere eine räumliche Nähe zum Starter ist vorteilhaft. Die Batterie kann im Kofferraum angeordnet sein. Das Schalternetzwerk kann zwischen Kofferraum und Motorraum angeordnet sein.
-
Auch kann das Widerstandselement in räumlicher nähe zu dem Schalternetzwerk angeordnet sein. Insbesondere ist eine Anordnung in der Nähe des Batteriepols vorteilhaft.
-
Das passive Widerstandelement kann bevorzugt als Stanzteil, insbesondere als Blechstanzteil, vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere einer Eisenlegierung, insbesondere Stahl oder Edelstahl gebildet sein. Dies ermöglicht es, ein besonders kleinbauendes, leicht integrierbares, robustes und zudem auch kostengünstiges Widerstandselement zur Verfügung zu stellen.
-
Das passive Widerstandselement hat bevorzugt einen Widerstand zwischen 0,1 mOhm und 50 mOhm. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bereits ein derart kleiner Widerstand eine ausreichende Strombegrenzung des Startstroms bewirkt. Auf der anderen Seite ist der Widerstand auch nicht so groß, dass die Verlustleistung im Moment des Startens so hoch ist, dass der Widerstand beschädigt wird. Das Widerstandselement hat bevorzugt einen ohmschen Widerstand von weniger als 0,5 Ohm, bevorzugt weniger als 0,05 Ohm, insbesondere weniger als 0,01 Ohm, jedoch mehr als 0,001 Ohm. Der bevorzugte Widerstand dient insbesondere dazu, den Spannungsabfall auf der Generatorleitung möglichst gering zu halten. Dies wird durch eine Verteilung des Stroms während des Starts erreicht. Insbesondere wird dies durch die Verteilung des Stroms auf die Starterleitung sowie auf die Generatorleitung erreicht.
-
Diese Begrenzung des Startstroms durch das Widerstandselement kann so dimensioniert werden, dass die Batteriespannung nicht unter einen Pegel von beispielsweise 9 Volt fällt. Der untere Pegel der Batteriespannung ist abhängig von den Steuergeräten und Verbrauchern innerhalb der Bordnetztopologie. Je nachdem, für welche untere Spannungsgrenze die Steuergeräte bzw. Verbraucher ausgelegt sind, kann die Startstromeinschaltbegrenzung dimensioniert werden. Dies kann eine untere Spannungsgrenze von 9 Volt sein, jedoch auch in anderen Bordnetzen, die nicht auf einer 12 Volt Batterie beruhen, andere Werte betragen. Das passive Widerstandelement kann an einem Stützpunkt, der an der Starter-Batterie-Leitung angeordnet ist, angebracht sein.
-
Der Starterstrom fließt nach dem Schließen des zweiten Schalterelements sowohl über die Starter-Batterie-Leitung als auch über die Generator-Batterie-Leitung und das Widerstandselement. Dieser Strom muss auch von dem Teil der Starter-Batterie Leitung getragen werden können, welcher zwischen dem passiven Widerstandelement und dem Starter liegt. Somit ist der Leitungswiderstand in diesem Teilbereich der Starter-Batterie-Leitung möglichst gering zu wählen, also der Leitungsquerschnitt ggf. möglichst groß. Außerdem kann die Stromtragfähigkeit dieses Teilbereichs höher ausgelegt werden, als die Stromtragfähigkeit des ersten Teilbereichs der Starter-Batterie-Leitung. Um den Leitungswiderstand möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass das passive Widerstandelement derart an der Starter-Batterie-Leitung angeschlossen ist, dass die Leitungslänge zwischen dem passiven Widerstandelement und dem Starter geringer ist als zwischen dem passiven Widerstandelement und der Batterie bzw. einem Ausgang des Schalternetzwerks.
-
Im Betrieb fließt Generatorstrom vom Generator zur Batterie. Die Leitungsverluste müssen möglichst gering sein. Dies bedeutet, dass möglichst große Leitungsquerschnitte gewählt werden. Um dies zu gewährleisten, kann der Ladestrom auch zusätzlich über das passive Widerstandselement, ab dem Anschlusspunkt des Widerstandselements über sowohl die Starter-Batterie-Leitung als auch die Generator-Batterie-Leitung zur Batterie fließen.
-
Um die Leitungsverluste auf dem ersten Teilleiter der Generator-Batterie-Leitung so gering wie möglich zu halten, wird vorgeschlagen, dass das passive Widerstandelement derart an der Generator-Batterie-Leitung angeschlossen ist, dass die Leitungslänge zwischen dem passiven Widerstandelement und dem Generator geringer ist als zwischen dem passiven Widerstandelement und der Batterie.
-
Die Batterie kann mit einem ihrer Pole an einer Parallelschaltung aus dem passiven Widerstandelement und dem Schalternetzwerk gebildet sein. Das Schalternetzwerk kann an einem Eingang mit dem Batteriepol, insbesondere dem Batteriepluspol verbunden sein. Ausgangsseitig kann das Schalternetzwerk einerseits mit einem ersten Ausgang mit der Generator-Batterie-Leitung verbunden sein und mit einem zweiten Ausgang mit der Starter-Batterie-Leitung. Jeweils ein Schalterelement kann in dem Schalternetzwerk vorgesehen sein, um die Batterie bzw. den Batteriepol jeweils mit der Generator-Batterie-Leitung bzw. der Starter-Batterie-Leitung verbinden zu können.
-
Wie bereits erwähnt, kann das Schalternetzwerk einen Eingang aufweisen. An diesen Eingang, der auch aus zwei Anschlusspunkten gebildet sein kann, die miteinander kurzgeschlossen sind, kann der Batteriepol angeschlossen sein. In dem Schalternetzwerk kann ein zweites Schalterelement in der Starter-Batterie-Leitung angeordnet sein und ein erstes Schalterelement in der Generator-Batterie-Leitung. Die Schalterelemente ermöglichen es, die jeweilige Leitung von der Batterie zu trennen. Insbesondere bei Fahrzeugstillstand ist es möglich, den Batteriepol vom Bordnetz im Bereich der Starter-Batterie-Leitung bzw. Generator-Batterie-Leitung zu trennen.
-
Jedes der Schalterelemente hat einen, wenn auch geringen Übergangswiderstand und stellt einen ohmschen Widerstand in der Verbindung zwischen der Batterie und dem Generator bzw. Starter dar. Um die Verlustleitung im Schalternetzwerk gering zu halten ist es bevorzugt, wenn die Schalterelemente einen Widerstand von weniger als 10 mOhm, vorzugsweise weniger als 1 mOhm, besonders bevorzugt weniger als 0,1 mOhm aufweisen. Ferner sind die Anschlüsse und Leitungen des Schalternetzwerks bevorzugt so ausgestaltet, dass zwischen dem Eingang und jeweils einem Ausgang des Schalternetzwerks ein Widerstand von weniger als 10 mOhm, vorzugsweise weniger als 1 mOhm, besonders bevorzugt weniger als 0,1 mOhm anliegt.
-
Durch eine geeignete Verschaltung der Schalterelemente ist es möglich, zum einen eine Stromlosschaltung der Batterieleitungen (Starter-Batterie-/Generator-Batterie-Leitung) im Crashfall zu gewährleisten. Andererseits kann, unter anderem über das passive Widerstandelement, die Starter-Batterie-Leitung zum Laden der Batterie genutzt werden.
-
Das Schaltersystem lässt sich nicht nur in Automobilen wie Pkw und Lkw mit Verbrennungsmotoren, sondern auch in Schienenfahrzeugen, Luftfahrzeugen, Schiffen oder dergleichen, ob nun rein elektrisch betrieben oder mit einem Verbrennungsmotor einsetzen.
-
Das Schalternetzwerk ist vorzugsweise in der Nähe der elektrischen Batterie, insbesondere der Fahrzeugbatterie, insbesondere der Starterbatterie des Kraftfahrzeugs angeordnet. Es ist in der Regel eine 12, 24 oder 48 Volt Batterie.
-
Um die elektrische Verlustleistung zwischen dem Schalternetzwerk und dem Batteriepol möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass der Eingang mit einem Batteriepluspol im Wesentlichen kurzschließbar ist. Für den Fall, dass das Schalternetzwerk mit dem Batteriepluspol verbunden ist, ist es möglich, mittels des Schalternetzwerks die Batterieleitungen zum Generator als auch zum Starter stromlos zu schalten. Vorzugsweise ist eine möglichst enge Kopplung des Schalternetzwerks mit dem Batteriepluspol anzustreben, um zu verhindern, dass auf der elektrischen Leitung zwischen dem Schalternetzwerk und dem Batteriepluspol ein Kurzschluss mit der Karosse bzw. dem Batterieminuspol entstehen kann. Kriechströme und Verlustleistung können durch das stromlos Schalten bei Fahrzeugstillstand unterbunden werden. Insbesondere können Verbraucher, die in dem Zweig der Generator-Batterie-Leitung angeordnet sind, ebenfalls stromlos geschaltet werden.
-
Eine besonders einfache Installation in einem Kraftfahrzeugnetz lässt sich dann realisieren, wenn das Schalternetzwerk in einem Gehäuse gekapselt ist. In dem Gehäuse sind die Schalterelemente vorgesehen und aus dem Gehäuse ragen vorzugsweise lediglich die beiden Ausgänge als auch der Eingang als elektrische Kontaktelemente heraus. Auch ist es möglich, dass eine Signalleitung in das Gehäuse hinein führt oder dass an dem Gehäuse nach außen ragende Signalanschlüsse vorhanden sind. In dem Gehäuse kann für eine besonders kompakte Bauweise auch gleichzeitig das Widerstandselement angeordnet sein. Es verbindet dabei den Ausgang des ersten Schalterelements mit dem Ausgang des zweiten Schalterelements. Das Widerstandselement ist vorzugsweise parallel zu den beiden Ausgängen des Schalternetzwerks geschaltet.
-
Um die verschiedenen Funktionalitäten gewährleisten zu können, ist es möglich, dass die einzelnen Schalterelemente getrennt ansteuerbar sind. Vorzugsweise ist jedes einzelne Schalterelement getrennt ansteuerbar. Durch Ansteuern des ersten Schalterelements ist es möglich, den ersten Ausgang mit dem Eingang kurzzuschließen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Batteriepol mit der Generator-Batterie-Leitung kurzzuschließen. Insbesondere den Batteriepluspol. Das Ansteuern des zweiten Schalterelements ermöglicht ein Kurzschließen zwischen dem Eingang und dem zweiten Ausgang. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Batteriepol mit der Starter-Batterie-Leitung kurzzuschließen.
-
Das Öffnen und Schließen der Schalterelemente erfolgt über einen entsprechenden Steuerimpuls von einem Steuergerät. Das Steuergerät ist vorzugsweise außerhalb des Gehäuses angeordnet. Auch ist es möglich, dass das Steuergerät Teil des Schalternetzwerks ist. Dabei kann das Steuergerät in dem Gehäuse angeordnet sein. Das Steuergerät kann als Teil eines Schalterelements gebildet sein. Das Steuergerät kann in einem als sogenannten „Master” fungierenden Schalterelement angeordnet sein. Dann können die jeweils anderen Schalterelemente als sogenannte „Slaves” dieses „Masters” fungieren.
-
Um das Schalten von außerhalb des Gehäuses zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass eine vorzugsweise mehradrige Steuerleitung zum Schalten der Schalterelemente in das Gehäuse geführt ist. Somit können von außen Steuerimpulse generiert werden, die zum Schalten der Schalterelemente innerhalb des Gehäuses genutzt werden. Dies birgt größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Anordnung des Steuergerätes und ermöglicht eine Miniaturisierung des Gehäuses selbst.
-
Zum einen platzsparend und zum anderen elektrisch günstig lässt sich das Gehäuse des Schalternetzwerks in einer Polnische einer Fahrzeugbatterie anordnen. Dann ist der Eingang unmittelbar an dem Batteriepol, vorzugsweise dem Batteriepluspol. Es ist möglich, dass das Gehäuse als Teil einer Batterieklemme gebildet ist. Andererseits ist die Polnische ohnehin vorhanden und das Anordnen des Gehäuses in der Polnische führt zu einem minimalen Platzverbrauch. Die Fahrzeugtopologie muss dann nicht verändert werden.
-
Eine Batterie ist regelmäßig mit einer genormten Polnische versehen. Insbesondere die DIN-Normen DIN EN 50342-2 sowie DIN 72311 geben Normmaße für die Polnische sowie einen zwischen den Polnischen verlaufenden Gehäuseversatz der Batterie an. Die Polnische ist dabei der Bereich, der den Batteriepol aufweist und durch Seitenwände der Batterie einerseits und Außenkanten der Batterie andererseits begrenzt ist. Vorzugsweise weist die Polnische ein maximales Maß von 60 mm an 72,5 mm auf. Die Höhe der Polnische ist regelmäßig zwischen 30 und 40 mm, vorzugsweise unterhalb von 35 mm. Innerhalb dieses Bauraums, vorzugsweise unter Verwendung des zwischen den Polnischen verlaufenden länglichen Versatzes kann das Schalternetzwerk angeordnet sein. Es versteht sich, dass die räumliche Anordnung des Schalternetzwerks innerhalb der Polnische so verstanden werden kann, dass hiermit gemeint ist, dass die Baugruppe größtenteils hierin angeordnet sind. Sollte die Baugruppen teilweise außerhalb der Polnische liegen, jedoch weiterhin größtenteils innerhalb der Polnische, so ist dies von der Bedeutung des Begriffs räumlich innerhalb der Polnische umfasst.
-
Die Schalterelemente können aus Parallelschaltungen von einzelnen Schaltern, die wiederum einzelne Schalter aufweisen und parallel geschaltet sein können, gebildet sein. Auch ist es möglich, dass in den Schalterelementen antiserielle Schalter, beispielsweise in Form von gegenläufig geschalteten Transistoren vorgesehen sind. Somit können die Schalterelemente unidirektional als auch bidirektional Strom schalten. Vorzugsweise können auch Dioden in den Schalterelementen vorgesehen sein, um die Stromflussrichtung beispielsweise in nur eine Richtung zu ermöglichen. Beispielsweise können solche Dioden zumindest die jeweiligen intrinsischen Dioden (Bodydioden), welche in den Halbleitern ohnehin vorhanden sind, darstellen. Zusätzlich kann zur Entlastung der Halbleiter eine Freilaufdiode vorzugsweise als neues, weiteres Bauteil eingesetzt werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ein Schalterelement zumindest einen elektronischen Schalter aufweist. Ein elektronischer Schalter kann beispielsweise als Halbleiterschalter gebildet sein. Dies kann beispielsweise ein Transistorschalter, ein MOSFET-Schalter, ein IGBT-Schalter oder dergleichen sein. Auch elektrische Schalter, wie beispielsweise Schütze oder Relais können vorgesehen sein.
-
Wie zuvor angedeutet, können die Schalterelemente aus einer Mehrzahl von Schaltern gebildet sein. Daher wird auch vorgeschlagen, dass ein Schalterelement aus einer Parallelschaltung von zumindest zwei getrennt schaltbaren Schaltern gebildet ist. Insbesondere ist eine hohe Stromtragfähigkeit und/oder ein geringer Übergangswiderstand notwendig, um eine Starter-Batterie-Leitung bzw. eine Generator-Batterie-Leitung sinnvoll zu betreiben. Im Fall des Startens einer Verbrennungsmaschine fließt in der Regel von der Batterie ein Strom von mehreren 100 Ampere zum Starter. Halbleiterschalter müssen für solch hohe Ströme ausgelegt sein und die Verlustleistung über diese Schalter sollte möglichst gering sein. Es kann günstiger sein, mehrere Halbleiter parallel zu schalten um den gewünschten Übergangswiderstand durch die Parallelschaltung der einzelnen Halbleiterschalter in Summe zur Verfügung zu stellen. Auch kann durch ein Parallelschalten von mehreren Halbleiterschaltern der Ausfall eines einzelnen Halbleiterschalters gegebenenfalls kompensiert werden. Darüber hinaus kann durch kaskadiertes Schalten von Halbleiterschaltern innerhalb eines Schalterelements der Übergangswiderstand des Schalterelements variiert werden, was insbesondere bei der Startstromeinschaltbegrenzung relevant sein kann. So können beispielsweise zu Beginn nur wenige Halbleiterschalter innerhalb eines Schaltelements geschlossen werden und nach und nach Halbleiterschalter zugeschaltet werden.
-
Dabei ist es insbesondere möglich, im Moment einer Vorstartphase, also bevor der Starter überhaupt mit Strom beaufschlagt wird, den Pufferkondensator, der regelmäßig an der Generator-Batterie-Leitung angeschlossen ist, zu laden. Hierzu kann z. B. während des Vorstarts das zweite Schalterelement geschlossen werden. Strom kann dann über das Widerstandselement zu den Pufferkondensatoren im Bordnetz fließen. Somit kann der Ladestrom beeinflusst werden und der Kondensator möglichst schonend geladen werden.
-
Nach dem Vorstart kann durch zunächst Schließen des ersten Schalterelements, ggf. auch gepulst, der Startstrom für den Starter geschaltet werden. Der Strom fließt begrenzt durch das Widerstandselement von der Batterie zum Starter. In einer zweiten Startphase kann zusätzlich das zweite Schalterelement geschlossen werden, um den Leitungswiderstand zwischen Batterie und Starter zu verringern.
-
Auch ist es möglich, den Strom zwischen Batterie, Starter und Verbrauchern gepulst schaltbar zu machen. Durch ein gepulstes Schalten der Schalterelemente kann ein mittlerer Widerstandswert eingestellt werden, was auch für die Stromeinschaltbegrenzung relevant sein kann.
-
Das Schaltersystem kann eine Generator-Batterie-Leitung als auch eine Starter-Batterie-Leitung aufweisen. Der Batteriepol ist über die Batterieleitung mit dem Eingang des Schalternetzwerks verbunden. Der erste Ausgang des Schalternetzwerks ist mit der Generator-Batterie-Leitung verbunden und der zweite Ausgang des Schalternetzwerks mit dem ersten Teil der Starter-Batterie-Leitung. Im Bereich des Starters und des Generators, insbesondere im Motorraum, z. B. in der Batteriewanne oder in einem Vorstromverteiler, kann das passive Widerstandelement angeordnet sein. Das passive Widerstandelement verbindet die Starter-Batterie-Leitung mit der Generator-Batterie-Leitung vorzugsweise unter Verwendung zumindest einer Generator-Starter-Verbindungsleitung, insbesondere durch direkte Kontaktierung des passiven Widerstandelements mit der Starter-Batterie-Leitung und der Generator-Batterie-Leitung.
-
Bei dem gegenständlichen System ist das Schalternetzwerk vorzugsweise in räumlicher Nähe zu der Batterie angeordnet, insbesondere in einem Abstand von weniger als 50 cm. Für eine besonders geringe Verlustleistung auf der Batterieleitung wird eine Leitungslänge zwischen einem Batteriepol und dem Eingang von weniger als 50 cm vorgeschlagen. Außerdem ist die Kurzschlussanfälligkeit für die Leitungsstrecke zwischen Batteriepol und Eingang möglichst gering zu halten, was unter anderem auch durch eine geringe Leitungslänge realisierbar ist.
-
Eine bevorzugte Position der Anordnung des Schalternetzwerkes ist eine Batteriewanne oder ein Vorstromverteiler. Darin kann das Schalternetzwerk in unmittelbarer Nähe zu der Batterie angeordnet werden.
-
In dem System kann eine Steuerschaltung vorgesehen sein, wie sie zuvor beschrieben wurde. Diese ist dazu eingerichtet, die einzelnen Schalterelemente abhängig von Fahrzeugzuständen zu schalten. So kann eine Stromlosschaltung der Starter-Batterie-Leitung und/oder der Generator-Batterie-Leitung erfolgen. So kann beispielsweise Kriechstromkorrosion verringert bzw. vermieden werden, indem bei Stillstand des Fahrzeugs diese Leitungen von dem Batteriepluspol getrennt werden. Außerdem kann durch bedarfsweises parallel Schalten von Teilen der Starter-Batterie-Leitung mit Teilen der Generator-Batterie-Leitung der Leitungswiderstand zwischen Starter bzw. Generator und Batterie variiert werden.
-
Beispielsweise ist es möglich, dass bei Fahrzeugstillstand zumindest das zweite Schalterelement, vorzugsweise das zweite Schalterelement und das erste Schalterelement geöffnet werden.
-
Beim Start, insbesondere beim Warmstart im Start-Stop-Betrieb, ist es häufig notwendig, einen Spannungseinbruch unter 9 Volt zu verhindern. Um dies zu erreichen, muss der Strom von der Batterie zum Starter gesteuert werden. In den ersten einhundert Millisekunden, vorzugsweise in der ersten Sekunde, insbesondere innerhalb der ersten zwei Sekunden des Starts fließt ein sehr hoher Strom von der Batterie zum Starter. Um diesen zu verringern, wird vorgeschlagen, zumindest nur das erste Schalterelement zu Beginn des Startvorgangs zu schließen. Erst nach Ablauf einer gewissen Startzeit kann das zweite Schalterelement ebenfalls geschlossen werden.
-
Das Öffnen und Schließen der Schalterelemente kann auch abhängig von einem Ladezustand der Batterie (SOC) oder einem Status der Batterie (State-Of-Health) der Batterie erfolgen. So kann z. B. bei einer geringen Batteriespannung, i. e. einen schlechten SOC, ein Spannungseinbruch durch gepulstes Schalten des ersten Schalterelements berücksichtigt werden. Auch kann das zweite Schalterelement ggf. erst später oder auch gepulst eingeschaltet werden, um die Batterie möglichst schonend zu belasten.
-
Auch der Zustand der Schalterelemente kann durch die Steuerschaltung überwacht werden. Bei Ausfall eines Schalterelements, insbesondere des ersten oder zweiten Schalterelements kann durch Schließen des jeweils anderen Schalterelements der ausgefallene Schalter über das Widerstandselement überbrückt werden und so eine Fehlfunktion verhindert werden.
-
Ein schonendes Betreiben der Schalterelemente im Fall eines Kurzschlusses ist ebenfalls durch das Widerstandselement gewährleistet. Dazu kann die Steuerschaltung im Fahrbetrieb das erste und das zweite Schalterelement schließen. Bei einem Kurzschluss auf der Generator-Batterie-Leitung kann die Steuerschaltung zunächst nur das erste Schalterelement öffnen. Es fließt weiter ein begrenzter Strom über das zweite Schalterelement und das Widerstandselement. Der geschaltete Strom ist somit reduziert und die Belastung des zweiten Schalterelements ist reduziert. Anschließend kann die vollständige Trennung durch Öffnen des zweiten Schalterelements erfolgen. Entsprechend kann auf einen Kurzschluss auf der Starter-Batterie-Leitung reagiert werden. Dabei kann z. B. zunächst nur das zweite Schalterelement geöffnet werden. Der geschaltete Strom ist durch den verbleibenden Stromfluss über das Widerstandselement und das erste Schalterelement geringer als bei einer vollständigen Abschaltung des Kurzschlussstroms. Anschließend kann auch das erste Schalterelement geöffnet werden.
-
In der Generator-Batterie-Leitung bzw. in dem Strang, der die Generator-Batterie-Leitung mit dem Schalternetzwerk verbindet, kann ein erster Teil elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
-
Ein zweiter Teil elektrischer Verbraucher kann unmittelbar an dem Batteriepluspol angeschlossen sein, ohne über das Schalternetzwerk abgesichert zu sein. Diese Verbraucher können beispielsweise Verbraucher sein, die sicherheitskritisch sind und bei denen ein Abschalten zwingend vermieden werden muss.
-
Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren nach Anspruch 15. Das Schalten der Schalterelemente abhängig von den Fahrzeugzuständen ermöglicht eine adaptive Steuerung des Widerstands zwischen Batterie und Starter bzw. Batterie und Generator und somit einen Einfluss auf den Strom in der Generator-Batterie-Leitung als auch auf der Starter-Batterie-Leitung.
-
Bei Fahrzeugstillstand kann zumindest das erste Schalterelement, vorzugsweise das erste Schalterelement und das zweite Schalterelement geöffnet werden.
-
Bei einem Start, vorzugsweise Warmstart eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs für eine erste Startphase von weniger als 2 Sekunden, vorzugsweise weniger als 1 Sekunde, kann zunächst nur das erste Schalterelement geschlossen werden und nach Ablauf der ersten Startphase zusätzlich das zweite Schalterelement geschlossen werden.
-
Im Fahrbetrieb kann das erste und das zweite Schalterelement geschlossen werden. Bei einem Kurzschluss auf der Generator-Batterie-Leitung kann zunächst das erste Schalterelement geöffnet werden und anschließend das zweite Schalterelement. Bei einem Kurzschluss auf der Starter-Batterie-Leitung kann zunächst das zweite Schalterelement geöffnet werden und anschließend das erste Schalterelement.
-
Vor einem Start eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs kann zunächst nur das zweite Schalterelement geschlossen werden, anschließend, in einer ersten Startphase das zweite Schalterelement geöffnet werden und das erste Schalterelement geschlossen werden und nach Ablauf der ersten Startphase zusätzlich das zweite Schalterelement geschlossen werden.
-
Bei einer Fehlfunktion des ersten Schalterelements kann dieses durch Schließen des zweiten Schalterelements überbrückt werden und/oder bei einer Fehlfunktion des zweiten Schalterelements kann dieses durch Schließen des ersten Schalterelements überbrückt werden.
-
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine erste Bordnetztopologie mit einem Schalternetzwerk;
-
2 eine weitere Bordnetztopologie mit einem Schalternetzwerk;
-
3a eine Schalterstellung in Ruhestellung des Fahrzeugs;
-
3b eine Schalterstellung in eine Vorstartphase des Fahrzeugs;
-
3c eine Schalterstellung in einer ersten Startphase des Fahrzeugs;
-
3d eine Schalterstellung in einer zweiten Startphase des Fahrzeugs.
-
1 zeigt eine Bordnetztopologie 2 eines Kraftfahrzeugs. Die Bordnetztopologie weist eine Kraftfahrzeugbatterie 4 mit einem Pluspol 4a und einem Minuspol 4b auf. Der Minuspol 4b ist regelmäßig mit der Karosse des Kraftfahrzeugs verbunden. Am Pluspol 4a der Batterie 4 ist in unmittelbarer räumlicher als auch elektrischer Nähe ein Schalternetzwerk 6 angeordnet. Das Schalternetzwerk 6 ermöglicht eine flexible Beschaltung von daran angeschlossenen Batterieleitungen, wie z. B. eine Starter-Batterie-Leitung 10 und/oder eine Generator-Batterie-Leitung 8 und insbesondere eine Stromlosschaltung bei einem Unfall bzw. einem Stillstand.
-
Parallel zu dem Schalternetzwerk 6 ist es möglich, ein Verbrauchernetz, schematisch mit einem Widerstand 7 angedeutet, mit dem Batteriepluspol 4a zu verbinden. Dieses Verbrauchernetz 7 umfasst insbesondere sicherheitskritische Verbraucher, die keinesfalls von der Batterie zu trennen sind.
-
Das Schalternetzwerk 6 weist einen Eingang 6a sowie einen ersten Ausgang 6b und einen zweiten Ausgang 6c auf.
-
Der Eingang 6a ist mit dem Batteriepluspol 4a kurzgeschlossen. Der erste Ausgang 6b ist mit einer Generator-Batterie-Leitung 8 verbunden. Der zweite Ausgang 6c ist mit einer Starter-Batterie-Leitung 10 verbunden. Beide Leitungen 8, 10 können als Flachleitungen und oder Rundleitungen, insbesondere als massive Aluminiumleitungen und oder Kupferleitungen geformt sein. Die Generator-Batterie-Leitung 8 ist unmittelbar mit dem Generator 12 verbunden. Außerdem kann dem Strang der Generator-Batterie-Leitung 8 ein weiteres Verbrauchernetzwerk 14 vorgesehen sein. Diese Verbraucher können beispielsweise Komfortverbraucher sein, die im Crashfall als auch beim Stillstand des Fahrzeugs nicht zwingend mit elektrischer Leistung von der Batterie 4 versorgt werden müssen. Ferner kann ein Fremdstartstützpunkt 16 an der Generator-Batterie-Leitung 8 vorgesehen sein.
-
Parallel zu der Generator-Batterie-Leitung 8 ist die Starter-Batterie-Leitung 10 vorgesehen, die mit dem Starter 18 verbunden ist.
-
Die Starter-Batterie-Leitung 10 ist vorzugsweise zweiteilig. Ein erster Teil 10a ist zwischen dem Ausgang 6c des Schalternetzwerks 6 und einem passiven Widerstandelement 20 angeordnet. Ein zweiter Teil 10b ist zwischen dem passiven Widerstandelement 20 und dem Starter 18 angeordnet.
-
Der erste Teil 10a kann einen geringeren Leiterquerschnitt als der zweite Teil 10b haben. Ein Anschluss für das passive Widerstandelement 20 kann als Anschlussbolzen aus der Starter-Batterie-Leitung 10 heraus geführt sein. Die Querschnittsveränderung kann im Bereich einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Teilen 10a und 10b angeordnet sein.
-
Die beiden Teile 10a, 10b können aus einem gleichen Metall oder aus unterschiedlichen Metallen gebildet sein. So kann der Teil 10b beispielsweise eine höhere Leitfähigkeit haben als der Teil 10a. Vorzugsweise sind die beiden Teile jedoch aus Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen gebildet. Insbesondere Aluminium 99,5 oder reiner sind geeignet.
-
Die Masserückführung zum Batterieminuspol 4b erfolgt im gezeigten Fall über die Karosse, kann jedoch auch über eine getrennte Masseleitung erfolgen. Insbesondere in Hochvoltnetzen erfolgt die Masserückleitung über eine separate Leitung.
-
Das Schalternetzwerk 6 weist, wie es in der 2 dargestellt ist, zwei Schalterelemente 22 und 24 auf, die jeweils den Batteriepol 4a mit entweder der Leitung 8 oder der Leitung 10 verbinden. Gezeigt ist die räumliche Trennung zwischen dem Schalternetzwerk 6 und dem Widerstandselement 20. Die Schalter 22, 24 des Schalternetzwerks 6 können in einem gestrichelt angedeuteten Gehäuse gekapselt sein. Es ist auch möglich, das Widerstandselement 20 in dem Gehäuse des Schalternetzwerks 6 oder an dem Gehäuse des Schalternetzwerks 6 anzuordnen.
-
Das Schalternetzwerk 6 ist vorzugsweise in räumlicher Nähe zu der Batterie 4 angeordnet. Die Leitungslänge zwischen dem Batteriepol 4a und dem Schalternetzwerk 6 ist möglich kurz zu wählen, vorzugsweise weniger als 50 cm. Das Widerstandselement 20 kann dagegen in räumlicher Nähe zum Starter 18 und/oder Generator 12 angeordnet sein.
-
In 2 ist eine weitere Anordnung des Widerstandselements 20 gestrichelt in oder an dem Gehäuse des Schalternetzwerks 6 gezeigt.
-
Die Schalterelemente 22, 24 können als elektrische Schalter, beispielsweise als Relais oder Schütze als auch als Halbleiterschalter gebildet sein. Insbesondere können die Schalterelemente 22, 24 aus Parallelschaltungen von Halbleiterschaltern gebildet sein.
-
Eine nicht dargestellte Steuerschaltung ist vorgesehen, um die Schaltzustände der Schalterelemente 20–24 zu beeinflussen, insbesondere diese zu öffnen und zu schließen und vorzugsweise mit einem im Fahrzeug vorhandenen Steuergerät zu kommunizieren.
-
Im Stillstand eines Fahrzeugs können die Schalterelemente 22 und 24 geöffnet sein. Dies bedeutet, dass der Batteriepluspol 4a elektrisch von den beiden Leitungen 8, 10 getrennt ist. Die beiden Leitungen 8, 10 sind spannungslos und Korrosion durch Kriechstromkorrosion wird auf diesen Leitungen 8, 10 und insbesondere den jeweiligen Kontaktstellen vermieden.
-
Wenn das Fahrzeug gestartet werden soll, kann zumindest zunächst das Schalterelement 22 geschlossen werden. Strom fließt von der Batterie 4 über die Leitung 8 und das Widerstandselement 20 zu dem Starter 18. Ein Spannungseinbruch für die Verbraucher 14 kann durch einen Stützkondensator 28 im Moment des Startens verringert werden. Dieser Stützkondensator kann in einer Vorstartphase geladen worden sein. Es hat sich gezeigt, dass ein Stützkondensator 28 nur einen ersten Spannungseinbruch beim Startvorgang begrenzen kann.
-
In der Regel, d. h. ohne Widerstandselement 20 und somit ohne eine Strombegrenzung des Starterstroms, fällt die Batteriespannung mehrfach unter 9 Volt, so dass der Stützkondensator 28 nur bedingt hilft. Um das Begrenzen des Startstroms zu ermöglichen, ist das Widerstandselement 20 vorgesehen. Im Moment des Startens fließt der Starterstrom über dieses Widerstandselement 20. Strom fließt somit über einen Widerstand, der den Strom auf der Leitung 8 von der Batterie 4 zum Starter 18 begrenzt. In der ersten Startphase versorgt der Stützkondensator 28 vorzugsweise zusätzlich für eine Spannungsstabilisierung der Verbraucher 14. Nach der ersten Startphase kann das zweite Schalterelement 24 geschlossen werden. Strom fließt dann sowohl über die Leitung 10 als auch über die Leitung 8 und den Widerstand 20 von der Batterie 4 zum Starter 18.
-
Während des Betriebs kann ein Ladestrom vom Generator 12 zur Batterie 4 fließen. Durch das Widerstandselement 20 ist es möglich, auch die Leitung 8 beim Ladevorgang zu nutzen und somit den Gesamtwiderstand zu reduzieren. Darüber hinaus kann für einen Notbetrieb, falls eine der Leitungen 8 oder 10 beschädigt ist, über das Widerstandselement 20 die jeweils defekte Leitung überbrückt werden.
-
Durch ein gepulstes Schalten der Schalterelemente 22–24 im Falle des Startens ist es auch möglich, den Widerstand zu variieren und somit den Starteinschaltstrom von der Batterie 4 zum Starter 18 weiter zu begrenzen.
-
Ein beispielhafter Betrieb der Schalter 22–24 ist in den 3a–3d dargestellt.
-
Die 3a–3d zeigen die Bordnetztopologie 2 gemäß der 2 im Betrieb. Zu erkennen ist, dass die Schalterelemente 22–24 während des in 3a dargestellten Ruhebetriebs des Fahrzeugs geöffnet sind. Die Schalterelemente 22, 24 trennen die Starter-Batterie-Leitung 10 als auch die Generator-Batterie-Leitung 8 von der Batterie 4. Die der Batterie 4 abgekehrten Elemente des Bordnetzes sind allesamt stromlos geschaltet. Kriechstromkorrosion ist somit unmöglich.
-
Wenn ein Nutzer das Fahrzeug starten will, dreht er für gewöhnlich den Zündschlüssel im Zündschloss um oder drückt einen Start-Stopp-Taster im Fahrzeug. In diesem Moment beginnt eine Vorstartphase, wie sie in 3b dargestellt ist. In der Vorstartphase wird das Schalterelement 24 zumindest zeitweise geschlossen. Hier ist insbesondere ein gepulster Betrieb des Schalterelements 24 möglich. Durch eine geeignete Einstellung des zeitlich gemittelten Widerstandes des Schalterelements 24 ist es möglich, den Stromfluss zwischen der Batterie 4 und dem Stützkondensator 28 einzustellen. Insbesondere ist es, um den Stützkondensator 28 zu schonen sinnvoll, den Strom von der Batterie 4 zum Stützkondensator 28 rampenförmig zu gestalten. Andere Stromverläufe sind ebenfalls möglich. Insbesondere ist der Stromverlauf durch das vorzugsweise gepulste Schalterelement 22 und/oder 24 derart anzupassen, dass der Stützkondensator 28 geladen wird. Der Ladestrom sollte jedoch so bemessen sein, dass der Stützkondensator 28 möglichst gering belastet ist. Eine Pulsweitenmodulation des Schaltens des Schalterelements 22 und/oder 24 ist dabei vorteilhaft. Durch den Widerstand 20 ist der Ladestrom auch ohne ein gepulstes Schalten des Schalterelement 24 begrenzt, so dass der Kondensator schonend geladen wird.
-
Die in der 3b gezeigte Vorstartphase dauert in der Regel einige hundert Millisekunden. Der Stützkondensator 28 ist nach der Vorstartphase vollständig geladen.
-
Danach erfolgt eine erste Startphase, wie sie in der 3c dargestellt ist. In der 3c ist zu erkennen, dass in der ersten Startphase das Schalterelement 22 geschlossen ist und das Schaltelement 24 geöffnet ist. Durch das Widerstandselement 20 zwischen der Generator-Batterie-Leitung 8 und der Starter-Batterie-Leitung 10 kann nur ein begrenzter Strom von der Batterie 4 zum Starter 18 fließen. Der Widerstand 20 ist gegenüber einer herkömmlichen Starter-Batterie-Leitung erhöht. Der Widerstand 20 begrenzt den Strom derart, dass die Spannung an der Batterie 4 nur wenig einbricht. Außerdem kann in der ersten Startphase die Spannung an den Verbrauchern 14 durch den Kondensator 28 gestützt werden. Insbesondere kann der Kondensator 28 einen zusätzlichen Starterstrom für den Starter 18 zur Verfügung stellen.
-
Wie in der 3c zu erkennen ist, ist die Verbindung zwischen der Batterie 4 und dem Generator 12 geschlossen. Dies erfolgt aus dem Grunde, dass der Generator 12 bereits in der ersten Startphase einen Strom liefert. Insbesondere ist der Generator 12 mechanisch mit dem Starter 18 gekoppelt. Durch das Andrehen des Starters 18 in der ersten Startphase liefert der Generator 12 bereits Energie, die wiederum zum Starten genutzt werden kann. Darüber hinaus wird elektrische Energie von dem Stützkondensator 28 verwendet, um den Starter 18 mit Energie zu versorgen.
-
Nach der ersten Startphase, die zwischen 50 und 500 Millisekunden dauern kann, jedoch auch länger sein kann, erfolgt die zweite Startphase, die in der 3d dargestellt ist. In der zweiten Startphase wird zusätzlich zu dem Schalterelementen 22 auch das Schalterelement 24 geschlossen. Die Starter-Batterie-Leitung 10 wird parallel mit der Generator-Batterie-Leitung 8 zwischen der Batterie 4 und dem Anschluss des Widerstandelements 20 geschaltet. Der Gesamtleitungswiderstand zwischen der Batterie 4 und dem Anschluss des Widerstandselements 20 wird somit gegenüber dem Leitungswiderstand in der ersten Startphase, wie er in der 3b und 3c gezeigt ist, verringert. Strom kann von der Batterie 4 sowohl über die Starter-Batterie-Leitung 10 als auch parallel über die Generator-Batterie-Leitung 8 fließen. Darüber hinaus kann unmittelbar vom Generator 12 über das Widerstandselement 20 ein Strom zu dem Starter 18 fließen.
-
Die gezeigte Bordnetztopologie stellt darüber hinaus eine gewisse Redundanz für die Schalterelemente 22, 24 dar. Falls eines der Schalterelemente 22, 24 ausfällt, ist es noch möglich, das Fahrzeug im Notbetrieb zu betreiben, in dem das jeweils defekte Schalterelement 22 oder 24 durch schließen des jeweils anderen Schalterelements 24, 22 überbrückt ist.
-
Die Gesamtstromtragfähigkeit und Schaltleistung der jeweiligen Schalterelemente 22–24 kann gegenüber der Verwendung eines einzigen Schalters reduziert werden, da sich die Schaltleistung durch das Widerstandselement 20 nur auf geringere Ströme ausgelegt werden muss.
-
Schließlich ist durch die dezentrale Verteilung der Schalterelemente 22, 24 einerseits und des Widerstandselement 20 andererseits eine bessere Wärmeableitung möglich.
-
Die Verlustleistung im Widerstandeselement 20 kann räumlich an einer anderen Stelle erzeugt werden, als die Verlustleistung in den Schalterelementen 22, 24.
-
Darüber hinaus ist der Leitungswiderstand im Fahrbetrieb, wie er in der 3d gezeigt ist, reduziert. Insbesondere zum Laden der Batterie 4 im Fahrbetrieb durch den Generator 12 steht neben dem Leitungsquerschnitt der Generator-Batterie-Leitung 8, die ohnehin vorhanden wäre, auch der Teil 10a der Starter-Batterie-Leitung 10 zur Verfügung. Verlustleistung ist somit reduziert und die Batterie 4 kann besser geladen werden.
-
Die nicht dargestellte Steuerschaltung überwacht auch die Zustände der Schalterelemente 22–24. Fällt beispielsweise das Schalterelement 22 aus, so ist eine Überbrückung des Schalterelements 22 durch Schließen des Schalterelements 24 möglich. Andererseits ist es auch möglich, dass ein Ausfall des Schalterelements 24 durch Schließen des Schalterelements 22 überbrückt werden kann.
-
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 Nicht-Patentliteratur
-
- DIN EN 50342-2 [0038]
- DIN 72311 [0038]
