DE102016004583A1

DE102016004583A1 - Overvoltage protection unit of a vehicle electrical system and vehicle, in particular commercial vehicle with a vehicle electrical system

Info

Publication number: DE102016004583A1
Application number: DE102016004583.3A
Authority: DE
Inventors: Rainer Kalass
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überspannungs-Schutzeinheit eines Fahrzeug-Bordnetzes mit wenigstens einer Fahrzeug-Batterie. Erfindungsgemäß ist eine elektrische Reihenschaltung von wenigstens einem Überspannungs-Schutzelement (2, 3, 4; 16) und wenigstens einer Thermosicherung (8, 9; 17) in einer thermisch gekoppelten Anordnung des wenigstens einen Überspannungs-Schutzelements (2, 3, 4; 16) und der wenigstens einen Thermosicherung (8, 9; 17) vorgesehen, wobei die Überspannungs-Schutzeinheit (1) zwischen einem Masseanschluss (I) des Bordnetzes und einem Batteriepolanschluss (II oder III) und/oder zwischen zwei Batteriepolanschlüssen (II und II) angeordnet ist.The invention relates to an overvoltage protection unit of a vehicle electrical system with at least one vehicle battery. According to the invention, an electrical series connection of at least one overvoltage protection element (2, 3, 4; 16) and at least one thermal fuse (8, 9; 17) in a thermally coupled arrangement of the at least one overvoltage protection element (2, 3, 4; ), and the at least one thermal fuse (8, 9; 17), wherein the overvoltage protection unit (1) between a ground terminal (I) of the electrical system and a battery terminal (II or III) and / or between two Batteriepolanschlüssen (II and II) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überspannungs-Schutzeinheit eines Fahrzeug-Bordnetzes mit wenigstens einer Fahrzeugbatterie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Fahrzeug-Bordnetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to an overvoltage protection unit of a vehicle electrical system having at least one vehicle battery according to the preamble of claim 1 and to a vehicle, in particular a commercial vehicle, having a vehicle electrical system according to the preamble of claim 8.

In Fahrzeug-Bordnetzen können Überspannungsphänomene aufgrund unterschiedlicher Ursachen auftreten, insbesondere bei Stromverbrauchern in Fahrzeug-Bordnetz ohne ausreichenden Schutz gegen solche Überspannungsphänomene können Fahrzeugfeldschäden mit Fahrzeugausfällen und hohen Folgekosten auftreten. Maßnahmen zum Schutz gegenüber Spannungsphänomenen sind bekannt und können an einzelnen elektrischen/elektronischen Bauelementen oder Baumodulen des Fahrzeugbordnetzes angebracht sein.Overvoltage phenomena can occur in vehicle electrical systems due to various causes, in particular in the case of power consumers in vehicle electrical systems without adequate protection against such overvoltage phenomena, vehicle field damage with vehicle failures and high consequential costs can occur. Measures to protect against voltage phenomena are known and can be attached to individual electrical / electronic components or building modules of the vehicle electrical system.

Allgemein sind Überspannungs-Schutzelemente unterschiedlicher Bauart bekannt, die in einer Parallelschaltung an einem zu schützenden Bauteil angeordnet werden und die nach Überschreiten einer Spannungsschwelle bei einem Überspannungsphänomen von einem hochohmigen in einen niederohmigen Zustand übergehen und dadurch den Strom eines Überspannungsimpulses an dem zu schützenden Bauteil vorbeiführen. Dadurch soll sich keine das zu schützende Bauteil zerstörende oder schädigende Spannung oberhalb der Spannungsschwelle aufbauen können.In general, overvoltage protection elements of different types are known which are arranged in a parallel connection to a component to be protected and which, after exceeding a voltage threshold in the event of an overvoltage phenomenon, change from a high-impedance state to a low-resistance state and thereby bypass the current of an overvoltage pulse at the component to be protected. This should not build up the component to be protected destructive or damaging voltage above the voltage threshold.

Eine Suppressordiode (TVS-Diode) ist ein solches bekanntes Überspannungs-Schutzelement und ist mit einer geeigneten Spannungsschwelle, bzw. Durchbruchspannung in einem wenig über einer Fahrzeugbordnetzspannung liegenden Bereich auf dem Markt erhältlich.A suppressor diode (TVS diode) is one such known overvoltage protection element and is available on the market with a suitable voltage threshold, or breakdown voltage, in a range slightly above a vehicle electrical system voltage.

Weiter ist ein Varistor ein solches bekanntes Überspannungs-Schutzelement. Ein solcher Varistor ist ein spannungsabhängiger Widerstand der bei einer anliegenden Schwellenspannung von unter ca. 39 Volt ein praktisch nicht leitendes Sperrelement darstellt und über der Schwellenspannung zu einem niederohmigen Leiter wird. Varistoren werden meist auf der Basis von Zinkoxid zusammen mit anderen Metalloxiden hergestellt, wobei ein entsprechendes Pulver in Tablettenform gepresst und gesintert wird. Auf zwei Seiten wird dann ein solcher Rohling mit Anschlüssen kontaktiert und insbesondere in Epoxidharz eingegossen.Further, a varistor is such a known overvoltage protection element. Such a varistor is a voltage-dependent resistor which, with an applied threshold voltage of less than about 39 volts, represents a virtually non-conductive blocking element and becomes a low-resistance conductor above the threshold voltage. Varistors are usually produced on the basis of zinc oxide together with other metal oxides, wherein a corresponding powder is pressed and sintered in tablet form. On two sides, such a blank is then contacted with terminals and cast in particular in epoxy resin.

Solche Suppressordioden und/oder Varistoren können zwar grundsätzlich auch an zentraler Stelle als Überspannungsschutzelemente in einem Fahrzeug-Bordnetz eingesetzt werden, können jedoch in Verbindung mit ihrer Schutzfunktion zu weiteren Problemen und erheblichen Schäden führen:
Bei extremen Überspannungsphänomenen, wie sie beispielsweise durch Blitzschlag in ein Fahrzeug-Bordnetz auftreten können, werden sehr hohe Überspannungen erzeugt mit entsprechend hohen Stromstärken, die dann durch einen Varistor und/oder eine Suppressordiode fließen würden. Dadurch könnte eine Suppressordiode oder ein Varistor durch Überhitzung beschädigt werden. Falls dadurch die Suppressordiode oder der Varistor hochohmig werden würde, beispielsweise durch eine Leiterunterbrechung, würde zwar der Überspannungsschutz ausfallen, ohne dass jedoch vom Schutzelement selbst weitere Schäden ausgehen könnten.Although such suppressor diodes and / or varistors can in principle also be used at a central location as overvoltage protection elements in a vehicle electrical system, they can, in conjunction with their protective function, lead to further problems and considerable damage:
In extreme overvoltage phenomena, such as may occur, for example, by lightning in a vehicle electrical system, very high overvoltages are generated with correspondingly high currents, which would then flow through a varistor and / or a suppressor diode. This could damage a suppressor diode or a varistor due to overheating. If this would make the suppressor diode or the varistor high impedance, for example by a conductor interruption, although the overvoltage protection would fail, but without the protective element itself could cause further damage.

Anders und kritischer wäre der Fall, wenn die Hitzeschädigung dazu führen würde, dass die Suppressordiode oder der Varistor niederohmig wäre. Dann könnte bei extremen Überspannungsphänomenen das Überspannungs-Schutzelement zu einem gefährlichen Heizelement mit großer Hitzeentwicklung werden, wodurch im Extremfall ein nach außen wirkender Brand, insbesondere durch eine Umhausung entstehen könnte. Für extreme Überspannungsphänomene könnte somit eine Suppressordiode oder ein Varistor als Überspannungs-Schutzelement selbst zu einem Gefährdungselement werden.It would be different and more critical if the heat damage would cause the suppressor diode or the varistor to be low-ohmic. Then, in extreme overvoltage phenomena, the overvoltage protection element could become a dangerous heating element with high heat development, which could result in an extreme fire, in particular by a housing in the extreme case. Thus, for extreme overvoltage phenomena, a suppressor diode or a varistor as an overvoltage protection element could itself become a hazardous element.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Überspannungs-Schutzeinheit eines Fahrzeug-Bordnetzes vorzuschlagen, bei dem verwendete Überspannungsschutzelemente, insbesondere Suppressordioden und/oder Varistoren auch bei extremen Überspannungsphänomenen keine Gefährdungselement bilden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug mit einem Fahrzeug-Bordnetz vorzuschlagen, mit einer entsprechenden Überspannungs-Schutzeinheit.The object of the invention is therefore to propose an overvoltage protection unit of a vehicle electrical system, in which overvoltage protection elements used, in particular suppressor diodes and / or varistors, do not form a hazard even with extreme overvoltage phenomena. Another object of the invention is to propose a vehicle, in particular a commercial vehicle with a vehicle electrical system, with a corresponding overvoltage protection unit.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Überspannungs-Schutzeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved with regard to the overvoltage protection unit having the features of claim 1 and with regard to the vehicle having the features of claim 8. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß Anspruch 1 ist eine erfindungsgemäße Überspannungs-Schutzeinheit eines Fahrzeug-Bordnetzes mit wenigstens einer Fahrzeug-Batterie gekennzeichnet durch eine elektrische Reihenschaltung von wenigstens einem Überspannungs-Schutzelement und wenigstens einer Thermosicherung in einer thermisch gekoppelten Anordnung des wenigstens eines Überspannungs-Schutzelement und der wenigstens einen Thermosicherung. Zudem soll eine solche Überspannungs-Schutzeinheit direkt oder indirekt zwischen einem Masseanschluss des Bordnetzes und einem Batteriepolanschluss und/oder zwischen Batteriepolanschlüssen, das heißt an zentraler Stelle angeordnet sein. Vorzugsweise werden als Überspannungs-Schutzelemente ein Varistor und/oder eine Suppressordiode eingesetzt. Als Thermosicherungen werden bevorzugt Schmelzsicherungen oder PTC-Widerstände als Kaltleiter verwendet.According to claim 1, an overvoltage protection unit according to the invention of a vehicle electrical system with at least one vehicle battery is characterized by an electrical series connection of at least one overvoltage protection element and at least one thermal fuse in a thermally coupled arrangement of the at least one overvoltage protection element and the at least one thermal fuse , In addition, such an overvoltage protection unit should be connected directly or indirectly between a ground connection of the vehicle electrical system and a battery pole connection and / or between battery pole connections, that is to say be arranged centrally. Preferably, a varistor and / or a suppressor diode are used as overvoltage protection elements. As thermal fuses, fuses or PTC resistors are preferably used as PTC thermistors.

Durch die thermische Kopplung eines Überspannungs-Schutzelements mit einer in Reihe geschalteten Thermosicherung wird erreicht, dass bei entsprechender Auslegung und Dimensionierung auch bei extremen Überspannungsphänomenen der Strom durch das Überspannungs-Schutzelement so reduziert wird, dass darin keine kritische Überhitzung mit einer Brandgefahr auftritt. Wenn als Thermosicherung eine Schmelzsicherung verwendet wird, schmilzt diese aufgrund der thermischen Kopplung mit dem heißen Überspannungs-Schutzelement und/oder durch die hohe Stromstärke durch, so dass der Strompfad über das Überspannungs-Schutzelement unterbrochen wird und keine weitere Überhitzung auftreten kann. Wird als Thermosicherung ein PTC-Widerstand als Kaltleiter verwendet, so wird dieser wegen der thermischen Kopplung mit dem Überspannungs-Schutzelement und dem damit verbundenen Temperaturanstieg sehr hochohmig, so dass der dann hochohmige Widerstand ebenfalls den Strompfad durch das Überspannungs-Schutzelement praktisch unterbricht und eine weitere Überhitzung unterbindet.The thermal coupling of an overvoltage protection element with a series-connected thermal fuse ensures that with appropriate design and dimensioning even with extreme overvoltage phenomena, the current through the overvoltage protection element is reduced so that there is no critical overheating with a fire hazard. If a fuse is used as a thermal fuse, it melts due to the thermal coupling with the hot overvoltage protection element and / or by the high current through, so that the current path is interrupted by the overvoltage protection element and no further overheating can occur. If a PTC resistor is used as PTC thermistor as a PTC thermistor, this will because of the thermal coupling with the overvoltage protection element and the associated temperature rise very high, so that the then high resistance resistor also virtually interrupts the current path through the overvoltage protection element and another Overheating prevented.

Die Überspannungs-Schutzeinheit kann vorteilhaft als Schutzmodul ein Gehäuse aufweisen mit nach außen geführten Anschlüssen, vorzugsweise mit Steckanschlüssen.The overvoltage protection unit can advantageously have a protective module as a housing with outwardly directed terminals, preferably with plug-in connections.

In einer konkreten Anordnung der Überspannungs-Schutzeinheit können das wenigstens eine Überspannungs-Schutzelement, insbesondere mehrere Überspannungs-Schutzelemente, und die wenigstens eine Thermosicherung, insbesondere mehrere Thermosicherungen, einander zur thermischen Kopplung in einer engen Anordnung zugeordnet sein, zum Beispiel in einer engen ebenen Anordnung (beispielsweise gemäß nachstehend gewürdigter 2), zum Beispiel auf einer Platine, oder alternativ (beispielsweise gemäß nachstehend gewürdigter 3) in einer engen räumlichen Anordnung angebracht werden oder einander zugeordnet sein. Die Begrifflichkeit „eng” umfasst dabei jede solche Zuordnung, insbesondere ebene oder räumliche Zuordnung, der miteinander thermisch zu koppelnden Bauteile, bei der diese mittelbar oder unmittelbar durch zum Beispiel Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung miteinander gekoppelt sind oder durch zum Beispiel Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung miteinander koppelbar sind. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die thermische Kopplung vorzugsweise durch die unmittelbare Nähe und/oder gegenseitige Anlage und/oder mittels dazwischen liegender und/oder mit den Bauteilen in zum Beispiel wärmeleitendem Kontakt stehender zum Beispiel wärmeleitender Elemente und/oder Materialien insbesondere durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung erfolgt. Wesentlich ist dabei, dass eine kritische Überhitzung mit Gefährdungspotential der Überspannungsschutzelemente durch eine thermische Reaktion der in Reihe liegenden Thermosicherungen verhindert wird.In a specific arrangement of the overvoltage protection unit, the at least one overvoltage protection element, in particular a plurality of overvoltage protection elements, and the at least one thermal fuse, in particular a plurality of thermal fuses, be associated with each other for thermal coupling in a close arrangement, for example in a tight planar arrangement (for example, according to the following 2 ), for example on a printed circuit board, or alternatively (for example, according to the following 3 ) are mounted in a close spatial arrangement or assigned to each other. The term "narrow" encompasses any such assignment, in particular planar or spatial assignment, of the components to be thermally coupled to each other in which these are directly or indirectly coupled by, for example, heat conduction and / or thermal radiation or by, for example, heat conduction and / or thermal radiation can be coupled together. It is preferably provided that the thermal coupling preferably by the immediate vicinity and / or mutual contact and / or by means of intervening and / or with the components in example thermally conductive contact standing, for example, heat-conducting elements and / or materials in particular by heat conduction and / or heat radiation takes place. It is essential that a critical overheating with risk potential of the overvoltage protection elements is prevented by a thermal reaction of the series thermal fuses.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Überspannungs-Schutzeinheit eine elektrische Sternschaltung aus drei Überspannungs-Schutzelementen mit drei dazwischen liegenden Anschlusspunkten und mit zwei Thermosicherungen auf. Dabei ist ein erster Anschlusspunkt direkt oder indirekt mit einem Masseanschluss des Bordnetzes verbunden. An einem zweiten Anschlusspunkt ist eine erste Thermosicherung angeschlossen, die weiter direkt oder indirekt mit einem ersten Batteriepolanschluss, insbesondere der Klemme 30, das heißt mit dem Pluspol der Batterie verbunden ist. Am dritten Anschlusspunkt ist eine zweite Thermosicherung angeschlossen, die weiter direkt oder indirekt mit einem zweiten Batteriepolanschluss, insbesondere mit Klemme 31, das heißt mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist.In a particularly preferred embodiment, the overvoltage protection unit has a star electrical circuit of three overvoltage protection elements with three connection points in between and with two thermal fuses. In this case, a first connection point is directly or indirectly connected to a ground connection of the electrical system. At a second connection point, a first thermal fuse is connected, which is further directly or indirectly connected to a first battery terminal, in particular the terminal 30, that is, to the positive pole of the battery. At the third connection point, a second thermal fuse is connected, which is further directly or indirectly connected to a second battery terminal, in particular to terminal 31, that is, to the negative pole of the battery.

Mit dieser Schaltung wird ein Überspannungsschutz für das gesamte Bordnetz zentral erreicht, wobei ein Schutz vor Überspannungen bei Überspannungsphänomenen zwischen einem Masseanschluss und einem der Batteriepolanschlüsse sowie bei Überspannungsphänomenen zwischen den beiden Batteriepolanschlüssen mit nur einem Modul zentral gestellt wird. Weiter kann im Bereich des zweiten Anschlusspunkts und/oder des dritten Anschlusspunkts eine Messleitung für einen Diagnoseabgriff angeschlossen sein, die insbesondere bei einer Anordnung in einem Gehäuse zweckmäßig zu einem Steckanschluss aus dem Gehäuse geführt ist. Mit einer entsprechenden Diagnose kann die Funktion der Überspannungs-Schutzeinheit, zum Beispiel die Funktion einer Schutzeinrichtung überprüft werden.With this circuit, an overvoltage protection for the entire vehicle electrical system is achieved centrally, with protection against overvoltages in the event of overvoltage phenomena between a ground connection and one of the battery pole connections as well as overvoltage phenomena between the two battery pole connections with only one module is made central. Further, in the region of the second connection point and / or the third connection point, a measuring line for a diagnostic tap may be connected, which is expediently led out of the housing, in particular in the case of an arrangement in a housing, to form a plug connection. With a corresponding diagnosis, the function of the overvoltage protection unit, for example the function of a protective device, can be checked.

Weiter wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, beansprucht, welches eine vorstehend beschriebene Überspannungs-Schutzeinheit in Verbindung mit seinem Fahrzeug-Bordnetz aufweist. Dabei kann eine solche Überspannungsschutzeinheit vorteilhaft in einem Gehäuse entsprechend einem genormten Steckrelaisgehäuse für Kraftfahrzeuge untergebracht sein, so dass sie damit in einen freien Steckplatz im Sicherungskasten des Fahrzeugs einsteckbar und insbesondere auch nachrüstbar ist.Furthermore, a vehicle, in particular a commercial vehicle, is claimed which has an above-described overvoltage protection unit in conjunction with its vehicle electrical system. In this case, such an overvoltage protection unit can advantageously be accommodated in a housing corresponding to a standardized plug relay housing for motor vehicles, so that it can be plugged into a free slot in the fuse box of the vehicle and, in particular, can also be retrofitted.

Anhand einer schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachstehend beispielhaft weiter erläutert.Based on a schematic drawing, the invention will be further explained below by way of example.

Es zeigen:Show it:

1 die elektrische Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Überspannungs-Schutzeinheit, 1 the electrical circuit of a preferred embodiment of an overvoltage protection unit according to the invention,

2 eine konkrete beispielhafte ebene Anordnung der Elemente der Schaltung nach 1 auf einer Platine, 2 a concrete exemplary planar arrangement of the elements of the circuit 1 on a board,

3 eine alternative räumliche Anordnung zu 2, 3 an alternative spatial arrangement too 2 .

4 ein genormtes Steckrelaisgehäuse für Kraftfahrzeuge, 4 a standardized plug relay housing for motor vehicles,

5 den Boden des Steckrelaisgehäuses mit genormtem Steckanschluss, 5 the bottom of the plug relay housing with standardized plug connection,

6 eine schematische Schaltung der im Steckrelaisgehäuse enthaltenen Bauteile, und 6 a schematic circuit of the components contained in the plug relay housing, and

7 eine Standradkennlinie eines Varistors. 7 a stationary characteristic of a varistor.

In 1 ist die Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Überspannungsschutz-Einheit 1 dargestellt mit einer elektrischen Sternschaltung aus drei Überspannungs-Schutzelementen 2, 3, 4 mit drei dazwischen liegenden Anschlusspunkten 5, 6, 7 und mit zwei Thermosicherungen 8, 9. Als Überspannungs-Schutzelemente 2, 3, 4 sind hier jeweils beispielhaft Suppressordioden mit den entsprechenden Schaltsymbolen und als Thermosicherungen 8, 9 beispielhaft Thermoschmelzsicherungen mit den entsprechenden Schaltsymbolen verwendet.In 1 is the circuit of a preferred embodiment of an overvoltage protection unit 1 shown with a star electrical circuit of three overvoltage protection elements 2 . 3 . 4 with three connection points in between 5 . 6 . 7 and with two thermal fuses 8th . 9 , As overvoltage protection elements 2 . 3 . 4 Here are examples of suppressor diodes with the corresponding symbols and as thermal fuses 8th . 9 Thermo-fuse with the corresponding symbols is used as an example.

Ein erster Anschlusspunkt 5 ist mit einem Masseanschluss I des Bordnetzes verbunden. An einem zweiten Anschlusspunkt 6 nach dem Überspannungs-Schutzelement 2 ist eine erste Thermosicherung 8 angeschlossen, die mit ihrem weiteren Anschluss am Anschlusspunkt II mit der genormten Anschlussklemme 30 entsprechend dem Pluspol (B+) der Batterie direkt oder indirekt verbunden ist.A first connection point 5 is with a ground connection I connected to the electrical system. At a second connection point 6 after the overvoltage protection element 2 is a first thermal fuse 8th connected, with their further connection at the connection point II is connected to the standard terminal 30 according to the positive pole (B +) of the battery directly or indirectly.

Am dritten Anschlusspunkt 7 der Sternschaltung zwischen den Überspannungs-Schutzelementen 3 und 4 ist die zweite Thermosicherung 9 angeschlossen, die weiter direkt oder indirekt am Anschlusspunkt III mit der genormten Anschlussklemme 31 entsprechend dem Minuspol (B–) der Batterie direkt oder indirekt verbunden ist.At the third connection point 7 the star connection between the overvoltage protection elements 3 and 4 is the second thermal fuse 9 connected, which continues directly or indirectly at the connection point III is connected to the standard terminal 31 corresponding to the negative terminal (B-) of the battery directly or indirectly.

In 1 ist die erfindungsgemäß zwingend erforderliche thermische Kopplung aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit noch nicht graphisch dargestellt. Dies ist erst in der 2 mit der strichlierten Pfeilstruktur 11 angedeutet.In 1 is the inventively mandatory thermal coupling for reasons of clarity not yet graphically represented. This is only in the 2 with the dashed arrow structure 11 indicated.

In 2 ist die schematisch dargestellte Schaltung nach 1 in einer konkreten engen bzw. ebenen Anordnung auf einer Platine 10 gezeigt. Die Überspannungs-Schutzelemente 2, 3, 4 als Suppressordioden liegen in Reihe nebeneinander und zwischen den Überspannungs-Schutzelementen 2 und 3 sowie zwischen den Überspannungs-Schutzelementen 3 und 4 liegen eng aneinander bzw. nahe beieinander bzw. unmittelbar benachbart jeweils die Thermosicherungen 8 und 9. Mit der strichlierten Pfeilstruktur 11 ist hier die thermische Kopplung mit einem Wärmeübergang von den Überspannungs-Schutzelementen 2, 3, 4 auf die zugeordneten Thermosicherungen 8, 9 schematisch dargestellt. Weiter sind der Masseanschluss I sowie die Anschlusspunkte II und III ersichtlich.In 2 is the circuit shown schematically after 1 in a concrete narrow or planar arrangement on a circuit board 10 shown. The overvoltage protection elements 2 . 3 . 4 as suppressor diodes lie in series next to each other and between the overvoltage protection elements 2 and 3 as well as between the overvoltage protection elements 3 and 4 are close to each other or close to each other or immediately adjacent each of the thermal fuses 8th and 9 , With the dashed arrow structure 11 Here is the thermal coupling with a heat transfer from the surge protection elements 2 . 3 . 4 to the assigned thermal fuses 8th . 9 shown schematically. Next are the ground connection I as well as the connection points II and III seen.

Gegenüber 1 sind hier ergänzend optional mögliche Diagnoseleitungen 12 und 13 eingezeichnet, die jeweils mit dem Anschlusspunkt 6 bzw. Anschlusspunkt 7 verbunden sind und die für einen Diagnoseabgriff zur Funktionskontrolle der Bauteile zu externen Anschlüssen IV und V geführt sind.Across from 1 Here are optionally optional diagnostic lines 12 and 13 drawn in each case with the connection point 6 or connection point 7 are connected and the for a diagnostic tap to check the function of the components to external terminals IV and V are guided.

Während in 2 die thermische Koppelung der Überspannungs-Schutzelemente 2, 3, 4 zu den Thermosicherungen 8, 9 durch eine in einer Ebene angeordnete ebene enge Packung realisiert ist, zeigt 3 eine alternative thermische Kopplung mit einer räumlich dichten Anordnung der verwendeten Elemente. Die Schaltung nach 1 bzw. 2 hat folgende Funktion:
Bei einem Überspannungsphänomen zwischen den Anschlüssen I und II oder den Anschlüssen I und III oder den Anschlüssen II und III wird das jeweils dort beaufschlagte Überspannungs-Schutzelement als Suppressordiode leitend. Beispielsweise wird bei einem Überspannungsphänomen zwischen den Anschlüssen I und II die Suppressordiode 2 leitend und der Strom wird über den Strompfad aus der Suppressordiode 2 und der Thermosicherung als Schmelzsicherung 8 abgeleitet. Dabei erhitzt sich die Suppressordiode 2. Vor einer kritischen Überhitzung mit einem Gefährdungspotential wird auch die Thermosicherung 8 durch die thermische Kopplung und den Strom so weit erhitzt, dass der Thermodraht schmilzt und der Strompfad unterbrochen ist.While in 2 the thermal coupling of the overvoltage protection elements 2 . 3 . 4 to the thermal fuses 8th . 9 is realized by a arranged in a plane flat tight package shows 3 an alternative thermal coupling with a spatially dense arrangement of the elements used. The circuit after 1 respectively. 2 has the following function:
In a surge phenomenon between the terminals I and II or the connections I and III or the connections II and III is the respectively applied there over-voltage protection element as suppressor diode conductive. For example, with an overvoltage phenomenon between the terminals I and II the suppressor diode 2 conductive and the current gets out of the suppressor diode via the current path 2 and the thermal fuse as a fuse 8th derived. The suppressor diode heats up 2 , Before a critical overheating with a potential hazard is also the thermal fuse 8th heated by the thermal coupling and the current so far that the thermal wire melts and the current path is interrupted.

In 4 ist in perspektivischer Ansicht ein genormtes Steckrelaisgehäuse gezeigt, wie es im Sicherungskasten eines Fahrzeugs einsteckbar ist. 5 zeigt das Steckrelaisgehäuse von unten mit seinem Gehäuseboden 15 und den genormten Steckanschlüssen mit den Nummern 30, 85, 86, 87. Ein solches genormtes Steckrelaisgehäuse 14 ist gut geeignet zur Aufnahme und als Bestandteil der Überspannungsschutzeinheit 1. Beispielhaft sind hier schematisch ein Überspannungsschutzelement als bidirektionaler Variator 16 mit seinem entsprechenden Schaltzeichen und eine in Reihe liegende Thermosicherung als PTC-Widerstand 17 (Kaltleiter) mit seinem zugeordneten Schaltzeichen dargestellt, wobei die strichlierten Pfeile 18 auf deren thermische Kopplung hinweisen sollen. In 6 ist hier somit der erste Zweig der Sternschaltung nach 1 entsprechend der Suppressordiode 2 und der Thermosicherung 8 jedoch mit einem Variator 16 und einem PTC-Widerstand 17 dargestellt. Zur Aufnahme in das Steckrelaisgehäuse 14. Die entsprechenden Anschlüsse I und II sind hier Steckanschlüssen 19 und 20 am Gehäuseboden 15 des Steckrelaisgehäuses 14 zugeordnet.In 4 is a perspective view of a standard plug relay housing shown as it is plugged into the fuse box of a vehicle. 5 shows the plug relay housing from below with its housing bottom 15 and the standard plug connections with the numbers 30, 85, 86, 87. Such a standardized plug relay housing 14 is well suited for receiving and as part of the overvoltage protection unit 1 , By way of example, an overvoltage protection element is schematically illustrated as a bidirectional variator 16 with its corresponding circuit symbol and a series thermal fuse as a PTC resistor 17 (PTC thermistor) shown with its associated circuit diagram, the dashed arrows 18 to indicate their thermal coupling. In 6 So here is the first branch of the star connection after 1 according to the suppressor diode 2 and the thermal fuse 8th however with a variator 16 and a PTC resistor 17 shown. For insertion in the plug relay housing 14 , The corresponding connections I and II here are plug connections 19 and 20 at the bottom of the case 15 of the plug relay housing 14 assigned.

In 7 ist die Standardkennlinie des in 6 verwendeten Variators 16 gezeigt. Daraus ist zu ersehen, dass der Variator 16 bei einer anliegenden Spannung bis ca. 20 Volt den Strompfad hochohmig sperrt und dann mit steigender Spannung niederohmiger wird, bis er bei ca. 39 Volt komplett durchschaltet. Er ist damit als Überspannungs-Schutzelement für die nur wenig darunter liegende, reguläre Spannung in einem Fahrzeug-Bordnetz geeignet.In 7 is the default characteristic of the in 6 used variator 16 shown. It can be seen that the variator 16 With an applied voltage of up to approx. 20 volts, the current path is blocked with high resistance and then becomes lower-impedance with increasing voltage until it completely switches on at approx. 39 volts. He is thus suitable as an overvoltage protection element for only slightly lower, regular voltage in a vehicle electrical system.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Überspannungs-SchutzeinheitOver-voltage protection unit
22: Überspannungs-Schutzelement (Suppressordiode)Overvoltage protection element (suppressor diode)
33: Überspannungs-SchutzelementSurge protector
44: Überspannungs-SchutzelementSurge protector
55: erster Anschlusspunktfirst connection point
66: zweiter Anschlusspunktsecond connection point
77: dritter Anschlusspunktthird connection point
88th: erste Thermosicherungfirst thermal fuse
99: zweite Thermosicherungsecond thermal fuse
1010: Platinecircuit board
1111: strichlierte Pfeilstrukturdotted arrow structure
1212: Diagnoseleitungdiagnostic line
1313: Diagnoseleitungdiagnostic line
1414: SteckrelaisgehäusePlug relay housing
1515: Gehäusebodencaseback
1616: Variatorvariator
1717: PCT-WiderstandPCT resistance
1818: Pfeilarrow
1919: Steckanschlussplug-in connection
2020: Steckanschlussplug-in connection
II: Masseanschlussground connection
IIII: Anschlusspunktklemme 30, Batterie +Connection point terminal 30, battery +
IIIIII: Anschlusspunktklemme 31, Batterie –Connection point terminal 31, battery
IVIV: Anschlussconnection
VV: Anschlussconnection

Claims

Overvoltage protection unit of a vehicle electrical system with at least one vehicle battery, characterized by an electrical series connection of at least one overvoltage protection element ( 2 . 3 . 4 ; 16 ) and at least one thermal fuse ( 8th . 9 ; 17 ) in a thermally coupled arrangement of the at least one overvoltage protection element ( 2 . 3 . 4 ; 16 ) and the at least one thermal fuse ( 8th . 9 ; 17 ), the overvoltage protection unit ( 1 ) between a ground connection ( I ) of the electrical system and a battery terminal ( II or III ) and / or between two battery terminals ( II and II ) is arranged.

Overvoltage protection unit according to claim 1, characterized in that the at least one overvoltage protection element is a varistor ( 16 ) or a suppressor diode ( 2 . 3 . 4 ), and that the at least one thermal fuse is a fuse ( 8th . 9 ) or a PTC resistor ( 17 ) is a PTC thermistor.

Overvoltage protection unit according to claim 1 or claim 2, characterized in that the overvoltage protection unit ( 1 ) a housing ( 14 ) with outgoing connections ( 19 . 20 ), preferably with plug connections ( 19 . 20 ), in which the at least one overvoltage protection element ( 16 ) and the at least one thermal fuse ( 17 ) are included with thermal coupling.

Overvoltage protection unit according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one overvoltage protection element ( 2 . 3 . 4 ), preferably several overvoltage protection elements ( 2 . 3 . 4 ), and the at least one thermal fuse ( 8th . 9 ), preferably several thermal fuses ( 8th . 9 ) associated with each other in a close arrangement for thermal coupling, are preferably associated and / or mounted in a tight planar arrangement, preferably on a printed circuit board, or in a close spatial arrangement.

Overvoltage protection unit according to claim 4, characterized in that the thermal coupling of the components to be thermally coupled together by the immediate proximity and / or mutual contact and / or by means of intervening and / or with the components in contact elements and / or materials Heat conduction and / or thermal radiation takes place.

Overvoltage protection unit according to one of the preceding claims, characterized in that the overvoltage protection unit ( 1 ) a star electrical circuit of three overvoltage protection elements ( 2 . 3 . 4 ) with three connection points in between ( 5 . 6 . 7 ) and with two thermal fuses ( 8th . 9 ), such that a first connection point ( 5 ) directly or indirectly with a ground connection ( I ) of the vehicle electrical system, that at a second connection point ( 6 ) a first thermal fuse ( 8th ), which continues directly or indirectly with a first Battery pole connection ( II ) is connected in particular to the terminal 30 of the electrical system according to battery +, and that at the third connection point ( 7 ) a second thermal fuse ( 9 ) connected directly or indirectly to a second battery terminal ( III ), in particular with the terminal 31 of the electrical system according to battery -, is connected.

Overvoltage protection unit according to claim 6, characterized in that in the region of the second connection point ( 6 ) and / or the third connection point ( 7 ) a measuring line as a diagnosis line ( 12 . 13 ) is connected for a diagnostic tap.

Vehicle, in particular commercial vehicle, with a vehicle electrical system with a vehicle battery and with an overvoltage protection unit ( 1 ) according to any one of the preceding claims.

Vehicle according to claim 8, characterized in that the overvoltage protection unit ( 1 ) a housing according to a standard plug relay housing ( 14 ) For motor vehicles and thus inserted in a free slot in the fuse box of the vehicle, in particular retrofitted, is.