DE102015015304A1 - Vorschalteinrichtung for starters - Google Patents

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Abstract

Zur möglichen Verlängerung einer Lebensdauer der Batterie und/oder des Starters eines Fahrzeugs wird eine Steuervorrichtung für eine Stromversorgung des Fahrzeugs mit einer Messeinrichtung (15) zum Messen einer Bordnetzspannung (UB) oder eines in ein Bordnetz (3) des Fahrzeugs fließenden Stroms (IB) und einer Vorschalteinrichtung (11, 12, 13) zum Schalten eines Widerstands (11) in Serie zu dem an die Steuervorrichtung anschließbaren Starter (2) in Abhängigkeit von der gemessenen Bordnetzspannung oder dem Strom bereitgestellt.For a possible extension of a service life of the battery and / or the starter of a vehicle, a control device for a power supply of the vehicle is provided with a measuring device (15) for measuring a vehicle electrical system voltage (UB) or a current (IB) flowing into an electrical system (3) of the vehicle. and a Vorschalteinrichtung (11, 12, 13) for switching a resistor (11) in series with the connectable to the control device starter (2) depending on the measured vehicle electrical system voltage or the current.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Stromversorgung eines Fahrzeugs. Insbesondere soll damit ein Starter eines Fahrzeugs hinsichtlich seiner Leistung variabel betrieben werden können. Darüber hinaus soll erfindungsgemäß ein Verfahren zum Steuern einer Stromversorgung eines Fahrzeugs bereitgestellt werden.The present invention relates to a control device for a power supply of a vehicle. In particular, a starter of a vehicle can thus be variably operated with regard to its power. In addition, according to the invention, a method for controlling a power supply of a vehicle is to be provided.

Ein Starter eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug wird üblicherweise in der Systemauslegung jeweils auf den Start des Verbrenners bei niedrigster Außentemperatur dimensioniert. Die Batterieleistung beziehungsweise der Innenwiderstand spielt dabei eine entscheidende Rolle. Ein Problem beim Einsatz einer Lithium-Batterie ist, dass die Leistung im kalten System beziehungsweise bei kalter Batterie sehr viel niedriger als im heißen Zustand ist. Bei optimaler Auslegung auf den Kaltstart wird dadurch der Anlasser bei heißer Batterie beziehungsweise heißem Motor sehr hoch belastet. Dadurch wird insbesondere bei Lithium-Batterien die Lebensdauer des Anlassers beim Betrieb im heißen Systemzustand deutlich reduziert.A starter of an internal combustion engine in a motor vehicle is usually dimensioned in the system design in each case to the start of the burner at the lowest outside temperature. The battery power or the internal resistance plays a decisive role. A problem with using a lithium battery is that the power in the cold system or cold battery is much lower than when hot. With an optimum design for the cold start, the starter is subjected to very high loads when the battery is hot or when the engine is hot. As a result, the life of the starter when operating in hot system state is significantly reduced, especially in lithium batteries.

Es gibt bereits Vorschaltgeräte, die zeitgesteuert und spannungsgesteuert einen Vorwiderstand in den Anlasserkreis einschalten. Diese Vorrichtungen dienen primär zur Stabilisierung des Bordnetzes gegen zu hohe Spannungseinbrüche in der Anlaufphase des Startvorgangs („Softanlauf”). Sie verfügen über keine geeignete Sensorik, um die Lasten auf den Anlasser (Strom, Drehmoment, Drehzahlgradienten) in geeigneter Form zu erfassen und zu steuern.There are already ballasts that switch on a time-controlled and voltage-controlled a series resistor in the starter circuit. These devices are primarily used to stabilize the electrical system against excessive voltage dips in the start-up phase of the startup process ("soft start"). They have no suitable sensors to detect and control the loads on the starter (current, torque, speed gradient) in an appropriate form.

Konkret ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 198 40 819 C1 ein Startersystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors bekannt. Das Startersystem umfasst einen elektrischen Starter, eine Starterbatterie, eine Einrichtung zur Messung der Temperatur der Starterbatterie, eine leistungselektronische Funktionseinheit, die den Wert des der Starterbatterie zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommenen Entladestroms aktiv einstellt, und eine Steuereinrichtung.Specifically, for example, from the patent DE 198 40 819 C1 a starter system for an internal combustion engine and a method for starting an internal combustion engine known. The starter system includes an electric starter, a starter battery, a device for measuring the temperature of the starter battery, a power electronic functional unit that actively sets the value of the discharge current taken from the starter battery for the purpose of starting or starting preparation, and a controller.

Die Steuereinrichtung gibt der Funktionseinheit den einzustellenden Entladestromwert vor, wobei bei tiefen Batterietemperaturen der maximale Entladestrom niedriger als bei hohen Temperaturen liegt.The control unit gives the functional unit the discharge current value to be set, wherein at low battery temperatures the maximum discharge current is lower than at high temperatures.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Stromversorgung in einem Fahrzeug dahingehend zu verbessern, dass eine höhere Lebensdauer der Batterie zu erwarten ist. Dementsprechend soll eine geeignete Steuervorrichtung sowie ein geeignetes Verfahren zum Steuern der Stromversorgung vorgeschlagen werden.The object of the present invention is thus to improve the power supply in a vehicle to the extent that a longer life of the battery is to be expected. Accordingly, a suitable control device and a suitable method for controlling the power supply should be proposed.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Steuervorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a control device according to claim 1 and a method according to claim 7. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist demnach eine Steuervorrichtung für eine Stromversorgung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, die eine Messeinrichtung zum Messen einer Bordnetzspannung oder eines in ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs fließenden Stroms aufweist. Durch die Messeinrichtung ist demnach eine aktuelle Bordnetzspannung beziehungsweise ein aktuell fließender Strom bestimmbar. Diese beiden elektrischen Größen Strom und Spannung können als Schätzgrößen für etwaige Belastungen beteiligter Komponenten herangezogen werden. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung besitzt darüber hinaus eine Vorschalteinrichtung zum Schalten eines Widerstands in Serie zu einem an die Steuereinrichtung anschließbaren Starter in Abhängigkeit von der gemessenen Bordnetzspannung oder dem Strom. Durch das Schalten des Widerstands in Serie zu dem Starter kann dessen Strom begrenzt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass ein zu hoher Strom die Batterie und/oder den Starter belastet beziehungsweise schädigt. Positiver Nebeneffekt der Strombegrenzung ist auch, dass die Bordnetzspannung nicht allzu sehr einbricht.According to the present invention, therefore, a control device for a power supply of a motor vehicle is provided which has a measuring device for measuring a vehicle electrical system voltage or a current flowing in an electrical system of the motor vehicle. Accordingly, a current vehicle electrical system voltage or a current that is currently flowing can be determined by the measuring device. These two electrical quantities, current and voltage, can be used as estimates for any loads on the components involved. The control device according to the invention also has a ballast for switching a resistor in series with a starter which can be connected to the control device as a function of the measured vehicle electrical system voltage or the current. By switching the resistor in series with the starter, its current can be limited. This can prevent a high current from loading or damaging the battery and / or the starter. A positive side effect of the current limitation is also that the vehicle electrical system voltage does not break too much.

Die vorliegende Erfindung realisiert also eine Steuervorrichtung beziehungsweise ein Vorschaltgerät, das mit geeignetem Regelverfahren über einen Vorwiderstand die Lasten auf den Anlasser bzw. Starter im heißen Zustand reduzieren kann, wobei ein Widerstand geeignet ein- und ausgeschaltet wird, während im kalten Zustand der Vorwiderstand völlig abgeschaltet wird und volle Kaltstartfähigkeit dargestellt wird.Thus, the present invention realizes a control device or a ballast, which can reduce the loads on the starter or starter in the hot state with a suitable control method via a series resistor, a resistor is switched on and off suitable, while completely switched off in the cold state of the series resistor and full cold start capability is presented.

Vorzugsweise besitzt die Vorschalteinrichtung einen Widerstand in Serie mit einem ersten Schalter und parallel zu dieser Serienschaltung einen zweiten Schalter. Dadurch können prinzipiell vier Schaltzustände erzielt werden. Zum einen können beide Schalter offen und zum anderen beide Schalter geschlossen sein. Darüber hinaus kann auch nur einer von beiden Schaltern geöffnet und der andere geschlossen sein.Preferably, the ballast has a resistor in series with a first switch and a second switch in parallel with this series circuit. As a result, four switching states can be achieved in principle. On the one hand both switches can be open and on the other hand both switches can be closed. In addition, only one of both switches can be opened and the other closed.

Darüber hinaus kann die Vorschalteinrichtung eine Steuereinheit aufweisen, mit der die gemessene Bordnetzspannung oder der gemessenen Strom verarbeitbar und die beiden Schalter in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung oder dem Strom steuerbar sind. Eine solche Steuereinheit lässt eine automatische Steuerung zu, ohne dass beispielsweise der Fahrer eingreifen müsste. Die beiden Schalter erhalten dann in Abhängigkeit von der gemessenen elektrischen Größe einen entsprechenden Steuerbefehl.In addition, the ballast can have a control unit with which the measured vehicle electrical system voltage or the measured current can be processed and the two switches can be controlled as a function of the vehicle electrical system voltage or the current. Such a control unit allows automatic control without For example, the driver would have to intervene. The two switches then receive a corresponding control command as a function of the measured electrical variable.

In einer Ausgestaltung kann die Messeinrichtung dazu ausgebildet sein, sowohl die Bordnetzspannung als auch den in das Bordnetz fließenden Strom zu messen, und die Vorschalteinrichtung dazu ausgebildet sein, den Widerstand in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom und der gemessenen Bordnetzspannung zu steuern. Die Messeinrichtung wäre damit in der Lage, die Komponenten, nämlich Strom und Spannung, für die elektrische Leistung zu bestimmen. Folglich könnte auch die Vorschalteinrichtung leistungsbezogen gesteuert werden.In one embodiment, the measuring device can be configured to measure both the vehicle electrical system voltage and the current flowing into the electrical system, and the ballast device can be designed to control the resistance as a function of the measured current and the measured vehicle electrical system voltage. The measuring device would thus be able to determine the components, namely current and voltage, for the electrical power. Consequently, the ballast could be controlled performance related.

Zudem kann die Messeinrichtung einen Strommesswiderstand aufweisen, der zwischen einen Bordnetzanschluss der Steuervorrichtung zum Anschluss an das Bordnetz und die Vorschalteinrichtung geschaltet ist. Dadurch kann der direkt in das Bordnetz fließende Strom beziehungsweise die exakte Bordnetzspannung einfach über einen Widerstand bestimmt werden.In addition, the measuring device may have a current measuring resistor, which is connected between an electrical system connection of the control device for connection to the electrical system and the ballast. As a result, the current flowing directly into the vehicle electrical system or the exact vehicle electrical system voltage can be determined simply via a resistor.

Des Weiteren kann die Vorschalteinrichtung zwischen einen Batterieanschluss der Steuervorrichtung zum Anschließen einer Starterbatterie und einen Starteranschluss der Steuervorrichtung zum Anschließen des Starters geschaltet sein. Auf diese Weise ergibt sich eine vorteilhafte Verwendung der Vorschalteinrichtung unmittelbar im Starter-Batterie-Kreis.Furthermore, the ballast may be connected between a battery terminal of the controller for connecting a starter battery and a starter terminal of the controller for connecting the starter. In this way, an advantageous use of the ballast directly in the starter battery circuit results.

Erfindungsgemäß ist darüber hinaus ein Verfahren zum Steuern einer Stromversorgung eines Fahrzeugs durch Messen einer Bordnetzspannung des Fahrzeugs oder eines in ein Bordnetz des Fahrzeugs fließenden Stroms unter Schalten eines Widerstands in Serie zu einem Starter in Abhängigkeit von der gemessenen Bordnetzspannung oder dem gemessenen Strom vorgesehen. Die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung beschriebenen funktionellen Merkmale können auch als entsprechende Verfahrensmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen werden.According to the invention, a method for controlling a power supply of a vehicle by measuring an on-board voltage of the vehicle or a current flowing into an electrical system of the vehicle by switching a resistor in series with a starter depending on the measured vehicle electrical system voltage or the measured current is also provided. The functional features described above in connection with the control device according to the invention can also be seen as corresponding process features of the method according to the invention.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

1 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Systems mit Starter, Batterie, Fahrzeugbordnetz und Steuervorrichtung beziehungsweise Vorschaltgerät; und 1 a circuit diagram of a system according to the invention with starter, battery, vehicle electrical system and control device or ballast; and

2 die Bordnetzspannung in Abhängigkeit von verschiedenen Schaltzuständen der Steuervorrichtung beziehungsweise des Vorschaltgeräts. 2 the vehicle electrical system voltage in dependence on various switching states of the control device or the ballast.

Die nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die Merkmale nicht nur in den geschilderten Kombinationen, sondern auch in Alleinstellung beziehungsweise in anderen technisch sinnvollen Kombinationen realisiert werden können.The embodiments described below represent preferred embodiments of the present invention. It should be noted that the features can be realized not only in the described combinations, but also in isolation or in other technically meaningful combinations.

Wie eingangs erwähnt, geht die vorliegende Erfindung von dem Problem des Kaltstarts insbesondere bei kalter Lithium-Starterbatterie aus. In diesem Zustand ergibt sich ein relativ hoher Innenwiderstand der Batterie. In Konsequenz ergeben sich geringe Ströme und Momente des Starters.As mentioned above, the present invention is based on the problem of cold start, especially in cold lithium starter battery. In this condition results in a relatively high internal resistance of the battery. As a consequence, low currents and moments of the starter result.

Darüber hinaus ergibt sich die Problematik der verminderten Lebensdauer, wenn der Starter mit heißer Lithium-Batterie oder dergleichen betrieben wird. Bei hoher Temperatur ist nämlich der Batterieinnenwiderstand sehr niedrig und ein Einschaltstrom entsprechend hoch. Folge davon können Magnetschädigungen sein. Des Weiteren können bei heißer Batterie das Anlaufmoment und der Drehzahlgradient sehr steil sein, was zu mechanischem Verschleiß führt. Außerdem kommt es zu hohen Drehzahlen bei hohem Strom, was wiederum zu Bürstenfeuer und Bürstenverschleiß führt.In addition, there is the problem of reduced life when the starter is operated with a hot lithium battery or the like. At high temperature, namely, the internal battery resistance is very low and an inrush current correspondingly high. The consequence of this can be magnetic damage. Furthermore, when the battery is hot, the starting torque and the speed gradient can be very steep, resulting in mechanical wear. In addition, it comes to high speeds at high current, which in turn leads to brush fire and brush wear.

Infolge werden bei Auslegung des Starter-Batteriesystems gemäß herkömmlichen Technologien auf den hohen Innenwiderstand bei kalter Temperatur die Lasten bei heißem System sehr hoch. Eine andere Auslegung des Starter-Batteriesystems würde andererseits die Kaltstartfähigkeit des Systems reduzieren.As a result, when designing the starter battery system according to conventional technologies for the high internal resistance at cold temperature, the loads in a hot system become very high. On the other hand, a different design of the starter battery system would reduce the cold start capability of the system.

Um dieser Problematik zu begegnen, wird erfindungsgemäß dementsprechend ein adaptives Vorschaltgerät beziehungsweise eine adaptive Steuervorrichtung vorgesehen, wobei die Lasten im warmen Systemzustand begrenzt werden.In order to counteract this problem, an adaptive ballast or an adaptive control device is accordingly provided according to the invention, wherein the loads are limited in the warm system state.

In einer konkreten Ausgestaltung gemäß 1 wird eine Steuervorrichtung 1 vorgesehen, die auch als Vorschaltgerät für den Starter 2 („S”) bezeichnet werden kann. Die Steuervorrichtung 1 dient dazu, eine Stromversorgung des Starters 2 beziehungsweise eines parallel dazu angeordneten Bordnetzes 3 zu gewährleisten. Als Stromquelle dient beispielsweise eine Starterbatterie 4. Der Starter 2, das Bordnetz 3 und die Starterbatterie 4 besitzen eine gemeinsame Masse 5. Die Komponenten besitzen entsprechende Minusklemmen. Die Plusklemme der Starterbatterie 4 ist an einen Stromeingang 6 der Steuervorrichtung 1 angeschlossen. Zwei Stromausgänge 7 und 8 der Steuervorrichtung 1, die zusammen einen Starteranschluss bilden, sind mit dem Pluspol des Starters 2 verbunden. Ein weiterer Stromausgang 9 ist mit der Plusschiene 10 des Bordnetzes 3 verbunden.In a concrete embodiment according to 1 becomes a control device 1 provided, also called ballast for the starter 2 ("S") can be designated. The control device 1 serves to provide a power supply to the starter 2 or a vehicle network arranged in parallel thereto 3 to ensure. As a power source is for example a starter battery 4 , The starter 2 , the electrical system 3 and the starter battery 4 own a common mass 5 , The components have corresponding negative terminals. The plus terminal of the starter battery 4 is at a power input 6 the control device 1 connected. Two power outlets 7 and 8th the control device 1 , which together form a starter connection, are with the positive terminal of the starter 2 connected. Another current output 9 is with the plus rail 10 of the electrical system 3 connected.

Die Steuervorrichtung 1 besitzt einen Vorschaltwiderstand 11, der einerseits an den Stromausgang 8 und andererseits über einen ersten Schalter 12 an den Stromeingang 6 angeschlossen ist. Ein zweiter Schalter 13 befindet sich parallel zu der Serienschaltung der Komponenten 11 und 12, wobei der an dem ersten Stromausgang 7 angeschlossen ist. Parallel zu diesem zweiten Schalter 13 befindet sich eine Diode 14 mit ihrer Kathode am Knoten des Stromeingangs 6. The control device 1 has a ballast resistor 11 on the one hand, to the power output 8th and on the other hand via a first switch 12 to the power input 6 connected. A second switch 13 is parallel to the series connection of the components 11 and 12 wherein the at the first current output 7 connected. Parallel to this second switch 13 there is a diode 14 with its cathode at the node of the power input 6 ,

Ein Messwiderstand 15 der Steuervorrichtung 1 ist zwischen den Knoten des Stromeingangs 6 und den Stromausgang 9 für das Bordnetz geschaltet. Über den Messwiderstand 15 können ein Bordnetzstrom IB und eine Bordnetzspannung UB bereitgestellt werden. Diese beiden Größen werden einer Steuereinheit 16 zur Verfügung gestellt, welche mittels einer Steuerleitung 17 die beiden Schalter 12 und 13 steuert. Über eine weitere Messleitung 18 wird ein Wert eines Starterstroms IS von dem Vorschaltwiderstand 11 bereitgestellt, um die beiden Schalter 12 und 13 zu steuern.A measuring resistor 15 the control device 1 is between the nodes of the power input 6 and the current output 9 switched for the electrical system. About the measuring resistor 15 an on-board electrical system current I B and a vehicle electrical system voltage U B can be provided. These two sizes become a control unit 16 provided by means of a control line 17 the two switches 12 and 13 controls. About another measuring line 18 becomes a value of a starter current I s from the ballast resistor 11 provided to the two switches 12 and 13 to control.

Die Schaltung ist also in der Lage, den Vorschaltwiderstand 11 in Reihe zum Startermotor 2 zu schalten und durch sein Überbrücken mittels Schließen des zweiten Schalters 13 wieder auszuschalten. Zusätzlich ist in der Anordnung auch eine Sensorik verbaut, die Ströme und/oder Spannungen im Starterkreis erfasst. Die erfassten Messgrößen werden zur Bewertung der Starterbelastung herangezogen, und der Vorschaltwiderstand 11 wird in geeigneter Form so in den Starterkreis eingeschaltet beziehungsweise wieder ausgeschaltet, dass eine optimale Starterleistung (kurze Startzeit, hohes Anlaufmoment) und Lebensdauer (Begrenzung von Strom, Moment und Drehzahlgradient) erreicht wird.So the circuit is capable of the ballast resistor 11 in series to the starter motor 2 to switch and by bridging by closing the second switch 13 turn off again. In addition, a sensor system is installed in the arrangement, which detects currents and / or voltages in the starter circuit. The recorded measured variables are used to evaluate the starter load, and the ballast resistor 11 is switched in a suitable form in the starter circuit or turned off again, that an optimal starter performance (short start time, high starting torque) and life (limitation of current, torque and speed gradient) is achieved.

2 zeigt einen möglichen Spannungsverlauf UB eines Bordnetzes, das wie in 1 geschaltet ist. In einem Ausgangszustand ist die Starterleitung potentialfrei und das Bordnetz liegt auf dem Potential 12 V. Die Vorschalteinrichtung mit dem Vorschaltwiderstand 11, dem ersten Schalter 12 und dem zweiten Schalter 13 besitzt die in 2 unten links dargestellte Schalterstellung, in der beide Schalter offen sind. Zu einem Zeitpunkt t1 wird auf Klemme 50 eine Startinformation gegeben, das heißt, sie wird auf „Ein” geschaltet, wodurch auch die Bordnetzspannung geringfügig absinkt. Zum Zeitpunkt t2 wird der erste Schalter 12 geschlossen, wodurch der Starterkreis einschließlich der Serienschaltung von Starter 2 und Vorschaltwiderstand 11 geschlossen wird. Beim Schließen des Schalters 12 hat die Steuereinheit 16 erkannt, dass beispielsweise eine niederohmige Batterie vorliegt, sodass der Starterstrom zu begrenzen ist. Der Vorschaltwiderstand bleibt nun gesteuert durch die Steuereinheit 16 bis zum Zeitpunkt t3 eingeschaltet. Die Spannung erhöht sich dabei gemäß des Verlaufs 19 ausgehend von einem Spannungsminimum zum Zeitpunkt t2, das aus Sicherheitsgründen beispielsweise höher als 9 V liegt. Erst zum Zeitpunkt t3 kann sicher gewährleistet werden, dass der Strom I in den Starter 2 nicht über einem vorgegebenen Maximalwert Imax liegt. Alternativ oder gleichzeitig sollte zu diesem Zeitpunkt auch gewährleistet sein, dass die Bordnetzspannung UB sicher über der Minimalgrenze 9 V liegt. Als Bedingung für die Wahl dieses Zeitpunkts t3 kann zusätzlich herangezogen werden, dass der Vorschaltwiderstand 11 nicht zu heiß wird. 2 shows a possible voltage curve U B of a vehicle electrical system, as in 1 is switched. In an initial state, the starter line is floating and the electrical system is at the potential 12 V. The ballast with the ballast resistor 11 , the first switch 12 and the second switch 13 owns the in 2 bottom left illustrated switch position in which both switches are open. At a time t1 is on clip 50 given a start information, that is, it is switched to "on", whereby the vehicle electrical system voltage drops slightly. At time t2, the first switch 12 closed, reducing the starter circuit including the series connection of starter 2 and ballast resistor 11 is closed. When closing the switch 12 has the control unit 16 recognized that, for example, a low-impedance battery is present, so that the starter current is limited. The ballast resistor is now controlled by the control unit 16 switched on until time t3. The tension increases according to the course 19 starting from a voltage minimum at the time t2, which is for safety reasons, for example, higher than 9V. Only at time t3 can be safely ensured that the current I in the starter 2 is not above a predetermined maximum value Imax. Alternatively or at the same time, it should also be ensured at this time that the vehicle electrical system voltage U B is safely above the minimum limit of 9 V. As a condition for the selection of this time t3 can be additionally used that the ballast resistor 11 not too hot.

Zum Zeitpunkt t3 wird nun auch der zweite Schalter 13 geschlossen, was bedeutet, dass der Vorschaltwiderstand 11 überbrückt wird. Es fließt nun der volle Strom von der Starterbatterie 4 in den Starter 2. Trotzdem bleibt gewährleistet, dass dieser Strom die Maximalgrenze Imax nicht überschreitet. Nach einem kurzen Einbruch zum Zeitpunkt t3 steigt die Bordnetzspannung gemäß Verlauf 20 weiter an. Am Ende des Startvorgangs, zum Beispiel 500 ms nach t2, werden beide Schalter 12 und 13 wieder geöffnet, sodass die Starterleitung potentialfrei ist.At time t3 now also the second switch 13 closed, which means that the ballast resistor 11 is bridged. It now flows the full power of the starter battery 4 in the starter 2 , Nevertheless, it is ensured that this current does not exceed the maximum limit Imax. After a brief break at time t3, the vehicle electrical system voltage increases in accordance with the course 20 continue on. At the end of the boot process, for example 500 ms after t2, both switches will turn on 12 and 13 reopened so that the starter line is potential free.

Wäre das Fahrzeug nicht mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1, das heißt dem Vorschaltgerät, ausgestattet, so ergäbe sich der in 2 eingezeichnete Spannungsverlauf 21. Zum Zeitpunkt t2, wenn also der Starter 2 eingeschaltet wird, bricht die Bordnetzspannung U deutlich unter die Grenze 9 V ein. Erst nach einer gewissen Zeit steigt sie wieder über die geforderte Minimalgrenze, was jedoch zu Sicherheitsproblemen führen würde.If the vehicle were not with the control device according to the invention 1 , that is, the ballast, equipped, so would the in 2 drawn voltage curve 21 , At time t2, so if the starter 2 is switched on, breaks the vehicle electrical system voltage U well below the limit 9 V. Only after a certain time does it rise again above the required minimum limit, which, however, would lead to security problems.

Die Hauptfunktionen des Vorschaltgeräts 1 liegen also in der Spannungseinbruchsbegrenzung und der Strombegrenzung. Die Spannungseinbruchsbegrenzung ergibt sich durch das Vorschalten des Widerstands vor den Starter zumindest so lange, bis eine vorgegebene Grenze von der Bordnetzspannung nicht mehr unterschritten wird. Es werden also zu tiefe Spannungseinbrüche am Bordnetz beim Anlauf verhindert.The main functions of the ballast 1 So lie in the Spannungsseinbruchsbegrenzung and the current limit. The voltage drop limit is determined by the upstream of the resistor before the starter at least until a predetermined limit of the vehicle electrical system voltage is not exceeded. So it will be prevented too low voltage dips on the electrical system during startup.

Durch den Vorschaltwiderstand wird auch die Strombegrenzung erzielt. Der Vorschaltwiderstand wird erst überbrückt, wenn ein Maximalstrom nicht mehr erreicht werden kann. Eventuell kann es bei dem Stromanstieg auch zu mehrfacher Rückschaltung kommen. Dabei wird der Starterstrom auf festgelegte Maxima begrenzt.The ballast resistor also achieves the current limitation. The ballast resistor is only bypassed when a maximum current can no longer be achieved. It may also come with the current increase to multiple downshift. The starter current is limited to specified maxima.

Das Vorschaltgerät kann darüber hinaus auch die Funktionen einer Drehzahlbegrenzung und einer Kaltstarterkennung durchführen. So kann beispielsweise hinsichtlich der Drehzahlbegrenzung bei zu schnellem Spannungsanstieg (das heißt hohem Drehzahlgradienten) eine Begrenzung durch Wiederzuschalten des Widerstands notwendig sein, wodurch letztlich mechanische Lasten begrenzt werden. Bezüglich der Kaltstarterkennung kann über einem zu niedrigen Einschaltstromwert ein Kaltstartmodus durchgeführt werden. Dabei erfolgt ein Start ohne Vorschaltwiderstand mit maximaler Batterieleistung.The ballast may also perform the functions of speed limiting and cold start detection. For example, with regard to limiting the speed if the voltage rises too quickly (that is to say, a high speed gradient), a limitation by switching the resistor back on may be necessary. which ultimately limits mechanical loads. With respect to the cold-start detection, a cold-start mode can be performed above a too low inrush current value. This is a start without ballast resistor with maximum battery power.

In vorteilhafter Weise erfolgt entsprechend der vorliegenden Erfindung also eine einfache Integration einer geeigneten Steuervorrichtung in den Strompfad der Batterie und des Starters. Darüber hinaus gewährleistet die vorliegende Erfindung eine automatische Anpassung des Starterstroms an die aktuelle Leistungsfähigkeit der Batterie. Dadurch kann auch ein Ausgleich der Unterschiede zwischen kalten und warmen Temperaturen und auch zwischen alten und neuen Batteriezuständen realisiert werden. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren gewährleisten aber auch eine sehr einfache Kombination unterschiedlicher Batterietypen und Batteriegrößen mit einem Verbrennungsmotor-Starter.Advantageously, according to the present invention, therefore, a simple integration of a suitable control device into the current path of the battery and of the starter takes place. In addition, the present invention provides for automatic adaptation of the starter current to the current performance of the battery. This can also be a balance of the differences between cold and warm temperatures and between old and new battery conditions can be realized. However, the control device according to the invention or the method according to the invention also ensure a very simple combination of different battery types and battery sizes with an internal combustion engine starter.

Letztlich lässt sich durch die Erfindung in der Regel eine Verlängerung der Lebensdauer der Batterie und des Startermotors erreichen, ohne Kompromisse bei der Auslegung auf maximale Kaltstartfähigkeit eingehen zu müssen.Ultimately, can be achieved by the invention usually an extension of the life of the battery and the starter motor, without having to compromise on the design to maximum cold start capability.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Steuervorrichtungcontrol device
22
Starterstarter
33
Bordnetzboard network
44
Starterbatteriestarter battery
55
MasseDimensions
66
Stromeingangcurrent input
77
Stromausgangcurrent output
88th
Stromausgangcurrent output
99
Stromausgangcurrent output
1010
Plusschieneplus rail
1111
Vorschaltwiderstand (Komponente)Ballast resistor (component)
1212
Schalter (Komponente)Switch (component)
1313
Schalterswitch
1414
Diodediode
1515
Messwiderstandmeasuring resistor
1616
Steuereinheitcontrol unit
1717
Steuerleitungcontrol line
1818
MessleitungMeasurement line
1919
Verlaufcourse
2020
Verlaufcourse
2121
Spannungsverlaufvoltage curve
t1t1
Zeitpunkttime
t2t2
Zeitpunkttime
t3t3
Zeitpunkttime
t4t4
Zeitpunkttime
IB I B
BordnetzstromBoard mains
IS I S
Starterstromstarter current
ImaxImax
Maximalstrommaximum current
UB U B
BordnetzspannungBoard supply voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19840819 C1 [0004] DE 19840819 C1 [0004]

Claims (7)

Steuervorrichtung für eine Stromversorgung eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch – eine Messeinrichtung (15) zum Messen einer Bordnetzspannung (UB) oder eines in ein Bordnetz des Fahrzeugs fließenden Stromes (IB), und – eine Vorschalteinrichtung (11, 12, 13) zum Schalten eines Widerstands (11) in Serie zu einem an die Steuervorrichtung anschließbaren Starter (2) in Abhängigkeit von der gemessenen Bordnetzspannung (UB) oder dem Strom (IB').Control device for a power supply of a vehicle, characterized by - a measuring device ( 15 ) for measuring a vehicle electrical system voltage (U B ) or a current flowing into an electrical system of the vehicle (I B ), and - a ballast ( 11 . 12 . 13 ) for switching a resistor ( 11 ) in series with a starter connectable to the control device ( 2 ) as a function of the measured vehicle electrical system voltage (U B ) or the current (I B ' ). Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorschalteinrichtung (11, 12, 13) den Widerstand (11) in Serie mit einem ersten Schalter (12) und parallel zu dieser Serienschaltung einen zweiten Schalter (13) aufweist.Control device according to claim 1, wherein the ballast device ( 11 . 12 . 13 ) the resistance ( 11 ) in series with a first switch ( 12 ) and in parallel to this series connection a second switch ( 13 ) having. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorschalteinrichtung (11, 12, 13) eine Steuereinheit (16) aufweist, mit der die gemessene Bordnetzspannung (UB) oder der gemessene Strom (IB) verarbeitbar und die beiden Schalter (12, 13) in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung (UB) oder dem Strom (IB) steuerbar sind.Control device according to claim 2, wherein the ballast device ( 11 . 12 . 13 ) a control unit ( 16 ), with which the measured vehicle electrical system voltage (U B ) or the measured current (I B ) can be processed and the two switches ( 12 . 13 ) in dependence on the vehicle electrical system voltage (U B ) or the current (I B ) are controllable. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, sowohl die Bordnetzspannung (UB) als auch den in der Bordnetz fließenden Strom (IB) zu messen, und die Vorschalteinrichtung (11, 12, 13) dazu ausgebildet ist, den Widerstand (11) in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom (IB) und der gemessenen Bordnetzspannung (UB) zu steuern.Control device according to one of the preceding claims, wherein the measuring device ( 15 ) is adapted to measure both the vehicle electrical system voltage (U B ) and the current flowing in the electrical system (I B ), and the ballast ( 11 . 12 . 13 ) is adapted to the resistance ( 11 ) as a function of the measured current (I B ) and the measured vehicle electrical system voltage (U B ). Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (15) einen Strommesswiderstand aufweist, der zwischen einen Bordnetzanschluss (9) der Steuervorrichtung zum Anschluss an das Bordnetz und die Vorschalteinrichtung (11, 12, 13) geschaltet ist.Control device according to one of the preceding claims, wherein the measuring device ( 15 ) has a current measuring resistor which is connected between an onboard power supply ( 9 ) of the control device for connection to the electrical system and the Vorschalteinrichtung ( 11 . 12 . 13 ) is switched. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorschalteinrichtung (11, 12, 13) zwischen einen Batterieanschluss (6) der Steuervorrichtung zum Anschließen einer Starterbatterie (4) und einen Starteranschluss (7, 8) der Steuervorrichtung zum Anschließen des Starters (2) geschaltet ist.Control device according to one of the preceding claims, wherein the ballast device ( 11 . 12 . 13 ) between a battery connector ( 6 ) of the control device for connecting a starter battery ( 4 ) and a starter connection ( 7 . 8th ) of the control device for connecting the starter ( 2 ) is switched. Verfahren zum Steuern einer Stromversorgung eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch – Messen einer Bordnetzspannung (UB) des Fahrzeugs oder eines in ein Bordnetz des Fahrzeugs fließenden Stroms (IB) und – Schalten eines Widerstands (11) in Serie zu einem Starter (2) in Abhängigkeit von der gemessenen Bordnetzspannung (UB) oder dem gemessenen Strom (IB).Method for controlling a power supply of a vehicle, characterized by - measuring a vehicle electrical system voltage (U B ) of the vehicle or of a current flowing into an electrical system of the vehicle (I B ) and - switching a resistor ( 11 ) in series to a starter ( 2 ) as a function of the measured vehicle electrical system voltage (U B ) or the measured current (I B ).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19840819C1 (en) 1998-09-07 2000-08-03 Isad Electronic Sys Gmbh & Co Starter system for an internal combustion engine and method for starting an internal combustion engine

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