DE102016215142A1

DE102016215142A1 - Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016215142A1
Application number: DE102016215142.8A
Authority: DE
Inventors: Sven Hartmann; Harun Erismis
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2016-08-15
Filing date: 2016-08-15
Publication date: 2018-02-15
Also published as: WO2018033282A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Starteinrichtung (100) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine (110), die zum Starten der Brennkraftmaschine eingerichtet ist, und einem Bordnetz (105) mit einer Spannungsversorgung (120), in das die elektrische Maschine (110) und wenigstens ein Verbraucher (140, 141) eingebunden sind, wobei in einem Stromkreis (160) als Teil des Bordnetzes (105), über den ein Strom zum Betrieb der elektrischen Maschine (110) fließt, wenigstens ein NTC-Widerstand (130) vorgesehen ist, wobei der Stromkreis (160) ein solches thermisches Widerstandsverhalten basierend auf einem eigens ausgelegten Wärmenetzwerk aufweist, dass ein Spannungseinbruch im Bordnetz (105) während eines Kurzschlussstromflusses beim Starten der Brennkraftmaschine so gering ist, dass gleichzeitig der wenigstens eine Verbraucher (140, 141) mit für einen Normalbetrieb ausreichender Spannung versorgbar ist, und dass eine Leistungsabgabe der elektrischen Maschine (110) nach dem Kurzschlussstrom so groß ist, dass das Starten der Brennkraftmaschine abgeschlossen werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, die zum Starten der Brennkraftmaschine eingerichtet ist.
Stand der Technik
Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen können mittels einer elektrischen Maschine, bspw. in Form eines Starters gestartet werden. Da eine elektrische Maschine gerade bei ihrem Anlauf einen hohen Stromfluss ("Kurzschlussstrom") verursacht, kann es dabei zu Spannungseinbrüchen im Bordnetz des Kraftfahrzeugs kommen.
Aus der DE 103 17 466 A1 und der DE 10 2012 215 338 A1 sind Starteinrichtungen für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen ein NTC-Widerstand im Stromkreis des Starters vorgesehen ist.
Aus der DE 41 06 247 C1 , der DE 41 22 252 A1 und der DE 10 2007 036 789 A1 sind Starteinrichtungen für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen ein NTC-Widerstand im Stromkreis eines Relais, das zum Einrücken des Starters dient, vorgesehen ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs weist eine elektrische Maschine, die zum Starten der Brennkraftmaschine eingerichtet ist, und ein Bordnetz mit einer Spannungsversorgung, in das die elektrische Maschine und wenigstens ein Verbraucher eingebunden sind, auf. Dabei ist in einem Stromkreis als Teil des Bordnetzes, über den ein Strom zum Betrieb der elektrischen Maschine fließt, wenigstens ein NTC-Widerstand vorgesehen. Der Stromkreis weist dabei ein solches thermisches Widerstandsverhalten auf, dass ein Spannungseinbruch im Bordnetz während eines Kurzschlussstromflusses beim Starten der Brennkraftmaschine so gering ist, dass gleichzeitig der wenigstens eine Verbraucher mit für einen Normalbetrieb ausreichender Spannung versorgbar ist, und dass eine Leistungsabgabe der elektrischen Maschine nach dem Kurzschlussstrom so groß ist, dass das Starten der Brennkraftmaschine abgeschlossen werden kann.
Bei einem NTC-Widerstand, auch als Heißleiter bezeichnet, handelt es sich um einen Widerstand bzw. ein Widerstands-Element, welches – im Gegensatz zur herkömmlichen Leitern wie den meisten Metallen – mit zunehmender Temperatur einen geringeren Widerstand aufweist. Die Abkürzung NTC steht dabei für Negative Temperature Coefficient. Bei NTC-Widerständen handelt es sich meist um Halbleitermaterialien, einige Verbindungshalbleiter und verschiedene metallische Legierungen. Ein NTC Widerstand kann bspw. durch Foliengießen oder Pulversintern hergestellt werden.
Durch einfaches Einbringen eines NTC-Widerstands, der als Vorwiderstand dient, in den Stromkreis kann zwar bspw. der Widerstand während des Kurzschlussstroms, also während des Beginns des Startens der Brennkraftmaschine, groß genug gewählt werden, so dass Spannungseinbrüche vermindert oder verhindert werden, jedoch verringert sich der Widerstand des NTC-Elements durch den Stromfluss und die damit einhergehende Erwärmung anschließend nicht weit genug, damit eine optimale Leistungsabgabe der elektrischen Maschine erreicht werden kann. Wird der einfache NTC-Widerstand geringer gewählt, kann zwar eine gute Leistungsabgabe nach dem Kurzschlussstrom erreicht werden, jedoch ist der Widerstand auch während des Kurzschlussstromes geringer, wodurch ein Spannungseinbruch nicht verhindert werden kann.
Durch geeignete Wahl und/oder Abstimmung des NTC-Widerstands und insbesondere auch weiterer Komponenten im Stromkreis kann jedoch erreicht werden, dass sowohl ein Spannungseinbruch während des Kurzschlussstroms verhindert als auch anschließend eine gute Leistungsabgabe erreicht werden kann. Insbesondere können durch ein derartiges Widerstandsverhalten bspw. auch häufige Startvorgänge der Brennkraftmaschine in kurzen Abständen, wie diese bspw. im Rahmen der sog. Start-Stopp-Systeme, insbesondere im Stadtverkehr, auftreten, berücksichtigt werden.
Vorzugsweise ist das thermische Widerstandsverhalten des Stromkreises im Wesentlichen durch den wenigstens einen NTC-Widerstand, Materialien von Kontakten des wenigstens einen NTC-Widerstands, elektrischer Eigenschaften des wenigstens einen NTC-Widerstands und/oder Materialien von Kontakten der elektrischen Maschine bestimmt. Unter Kontakt kann hier sowohl eine Litze an der Komponente als auch ein Verbindungsmittel wie Lot verstanden werden. Durch geeignete Abstimmung der am Widerstandsverhalten beteiligten Komponenten kann das gewünschte Verhalten erreicht werden. Insbesondere kann damit ein deutlich besseres Verhalten erreicht werden als durch einfaches Einbringen eines NTC-Widerstandes
Dabei sollten unterschiedliche Umgebungstemperaturen für den Startvorgang des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. Bspw. wird die Brennkraftmaschine im Temperaturbereich von –40°C bis 150°C betrieben. Die temperaturabhängige Variation des NTC Widerstandes sollte daher nicht dazu führen, dass eine benötigte Spannungseinbruchsforderung oder Leistungsabgabe nicht gewährleistet werden kann. Hierzu ist neben der geeigneten NTC Auswahl eine gesamtheitliche Auslegung eines Wärmenetzwerkes, d.h. des Stromkreises, vorteilhaft, bei der die einzelnen Wärmekapazitäten und thermischen Widerstände der Komponenten entsprechend ausgelegt werden sollten.
Vorteilhafterweise ist der wenigstens eine NTC-Widerstand innerhalb und/oder außerhalb der elektrischen Maschine vorgesehen. Dabei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass es primär nicht so sehr auf die genaue Anordnung des NTC-Widerstands im Stromkreis ankommt. Vielmehr kann bspw. eine konstruktiv vorteilhafte Anordnung gewählt werden. Auch kann die thermische Anbindung, insbesondere der Einfluss des gewählten Ortes der Anordnung auf das Temperaturverhalten des NTC-Widerstands berücksichtigt werden. Weiterhin ist es auch möglich, bspw. zwei NTC-Widerstände an verschiedenen Positionen anzuordnen.
Es ist bevorzugt, wenn ein logarithmischer Widerstands-Temperatur-Verlauf des wenigstens einen NTC-Widerstand ein im Wesentliches konstantes Gefälle aufweist. Zweckmäßigerweise liegt dabei eine Steigung des Widerstands-Temperatur-Verlaufs in logarithmischer Darstellung zwischen 1000 K und 3500 K. Durch eine geeignete Auslegung des Stromkreises bzw. des Wärmenetzwerkes kann auch auf diese Weise die gewünschte Wirkung erreicht werden.
Vorteilhafterweise liegen hierbei eine Wärmekapazität des wenigstens einen NTC-Widerstandes zwischen 0,06 J/K und 0,18 J/K, ein spezifischer Widerstand des wenigstens NTC-Widerstandes zwischen 2,1 Ωcm und 2,8 Ωcm bei einer Temperatur von 298 K, eine Wärmekapazität eines Kontakts des wenigstens einen NTC-Widerstandes zwischen 0,15 J/K und 0,3 J/K und/oder eine Wärmekapazität von Leitungen im Stromkreis zwischen 0,15 J/K und 0,4 J/K.
Eine Klasse von Materialen, die die entsprechenden thermischen und elektrischen Eigenschaften aufweisen, sind die sog. Perowskite. Diese weisen die allgemeine Strukturformel ABO₃ auf, wobei A = (La_xSr_y) und B = Fe den jeweiligen chemischen Elementen entsprechen. Die Werte für x können sich hierbei bevorzugt in einem Intervall von 0,6 bis 0,8 und für y zwischen 0,2 und 0,4 bewegen. Weitere Perowskite mit AB = LaCaFe oder AB = LaSrFeMn, mit einer geeigneten Gewichtung der jeweiligen chemischen Elemente, erfüllen ebenfalls die zuvor genannten elektrischen und thermischen Eigenschaften. Insbesondere durch eine der zuvor genannten Materialkombinationen kann insbesondere bei einem Warmstart (bei einer Temperatur von 273 K bis 298 K) erreicht werden, dass der Widerstand des NTC-Widerstands zu Beginn der Startphase, noch vor dem Kurzschlussstrom, in einem Bereich zwischen 5 und 20 mΩ, in einem Bereich des Kurzschlussstroms zwischen 3 und 10 mΩ und gegen Ende des Startens in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,5 mΩ (oder alternativ bis 2 mΩ) liegt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a und 1b zeigen schematisch eine erfindungsgemäße Starteinrichtung in zwei bevorzugten Ausführungsformen als elektrischen Schaltkreis.
2a und 2b zeigen Strom- und Spannungsverläufe beim Starten einer Brennkraftmaschine mit nicht erfindungsgemäßen Starteinrichtungen.
3 zeigt Strom- und Spannungsverläufe beim Starten einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Starteinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
4a und 4b zeigen ein beispielhaftes thermisches Widerstandsverhalten eines NTC-Widerstands in einer erfindungsgemäßen Starteinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1a ist schematisch eine erfindungsgemäße Starteinrichtung 100 in einer bevorzugten Ausführungsform als elektrischer Schaltkreis dargestellt. Die Starteinrichtung 100 weist ein Bordnetz 105 auf, in das eine elektrische Maschine 110 sowie eine als Batterie ausgebildete Spannungsversorgung 120 eingebunden sind. Die elektrische Maschine 110 ist dazu eingerichtet, eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, in welches die Starteinrichtung 100 integriert sein kann, zu starten. Die elektrische Maschine wird in diesem Zusammenhang auch als Starter bezeichnet. Es versteht sich, dass die elektrische Maschine dabei zur Drehmomentübertragung an die Brennkraftmaschine koppelbar oder gekoppelt sein muss.
Weiterhin sind zwei Verbraucher 140 und 141 gezeigt, die in das Bordnetz 105 eingebunden sind. Bspw. kann es sich bei dem Verbraucher 140 um ein Motorsteuergerät, das zur Ansteuerung sowohl der elektrischen Maschine 110 als auch der Brennkraftmaschine (die hier nicht gezeigt ist) eingerichtet ist, handeln. Der Verbraucher 141 kann beispielhaft für Verbraucher stehen, die in einem Kraftfahrzeug üblicherweise vorhanden sind, wie bspw. weitere Steuergeräte, und die insbesondere auch während des Startens der Brennkraftmaschine ordnungsgemäß funktionieren müssen oder sollen.
Weiterhin sind ein interner Widerstand R_Batt der Batterie 120 sowie ein Widerstand R_Bord (Leitungswiderstand) gezeigt, wobei letzterer stellvertretend für den Widerstand des Bordnetzes 105 steht. Mit 160 ist ein Stromkreis als ein Teil des Bordnetzes 105 bezeichnet, in dem beim Betrieb der elektrischen Maschine 110 Strom fließt. In diesem Stromkreis 160 sind weiterhin ein NTC-Widerstand 130 sowie ein Schalter 135 vorgesehen.
Der Schalter 135 ist dazu vorgesehen, den Stromkreis 160 zu schließen, um die elektrische Maschine 110 in Betrieb zu nehmen und so die Brennkraftmaschine zu starten. Der Schalter 135 kann dabei vom Steuergerät der elektrischen Maschine 110, also bspw. von dem Motorsteuergeräts 140, angesteuert werden.
Der NTC-Widerstand 130 ist beispielhaft im Stromkreis 160 zwischen der elektrischen Maschine 110 und dem Schalter 135 angeordnet. Der Schalter 135 ist typischerweise Bestandteil des Starterrelais und wird i.d.R. über Vorsteuerrelais angesteuert. Somit kann der NTC-Widerstand 130 auch in der elektrischen Maschine 110, d.h. bspw. an oder innerhalb deren Gehäuse, angeordnet sein kann.
Weiterhin sind ein Strom I, der im Stromkreis 160 fließt, sowie eine Spannung U, die am Bordnetz 105 und damit auch am Stromkreis 160 anliegt, gezeigt.
In 1b ist die Starteinrichtung 100 aus 1a erneut dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass der NTC-Widerstand 130 hier vor dem Schalter 135 und damit außerhalb der elektrischen Maschine angeordnet ist.
In 2a sind schematisch Strom- und Spannungsverläufe beim Starten einer Brennkraftmaschine mit einer nicht erfindungsgemäßen Starteinrichtung gezeigt. Dazu sind der Strom I in A und die Spannung U in V jeweils über der Zeit t in s aufgetragen.
Mit I₁ ist ein schematischer Stromverlauf bezeichnet, wie er beim Starten der Brennkraftmaschine und somit dem Betrieb der elektrischen Maschine ohne Verwendung eines NTC-Widerstands im Stromkreis auftreten kann. Beginnend mit dem Beginn des Startens bei t = 0 s steigt der Strom von Null bis auf bspw. ca. 1030 A zum Zeitpunkt t ≈ 0,005 s an. Zu diesem Zeitpunkt wird somit der Maximalstrom erreicht. Dieser entspricht dem sog. Kurzschlussstrom bzw. liegt knapp darunter, da sich der Starter in der Regel bereits zu drehen beginnt. Anschließend fällt der Strom ab, im gezeigten Beispiel bis auf ca. 400 A bei t ≈ 0,1 s. Mit U₁ ist der zugehörige Spannungsverlauf bezeichnet. Dabei ist deutlich zu sehen, dass die Spannung zur Zeit des Kurzschlussstroms bis auf bspw. ca. 6,8 V einbricht. Entsprechend dem Abklingen des Stroms steigt die Spannung nach dem Kurzschlussstrom wieder an.
Mit I₂ ist nun ein Stromverlauf bezeichnet, wie er beim Starten der Brennkraftmaschine und somit dem Betrieb der elektrischen Maschine mit Verwendung eines einfachen NTC-Widerstands im Stromkreis, jedoch nicht erfindungsgemäß, auftreten kann.
Beginnend mit dem Beginn des Startens bei t = 0 s steigt der Strom von Null bis auf bspw. ca. 700 A zum Zeitpunkt t ≈ 0,01 s an. Zu diesem Zeitpunkt wird der sog. Kurzschlussstrom erreicht. Anschließend fällt der Strom wieder ab. Mit U₂ ist der zugehörige Spannungsverlauf bezeichnet. Dabei ist deutlich zu sehen, dass die Spannung zur Zeit des Kurzschlussstroms nur bis auf ca. 9 V einbricht.
Dies zeigt, dass eine Verwendung eines relativ großen NTC-Widerstands, im gezeigten Beispiel mit etwa 50 mΩ zum Zeitpunkt t = 0 s, einen Spannungseinbruch verhindern kann. Der Widerstand des NTC-Widerstands beträgt dabei zum Zeitpunkt t = 0,005 s in etwa noch größer als 5 mΩ. Allerdings ist auch zu sehen, dass der NTC-Widerstand weiterhin relativ groß bleibt, bspw. in etwa bei etwas über 2 mΩ zum Zeitpunkt t = 0,1 s, wodurch der Stromfluss in der elektrischen Maschine gering ist und zu einer geringen Leistungsabgabe führt.
In 2b sind Strom- und Spannungsverläufe beim Starten einer Brennkraftmaschine mit einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Starteinrichtung gezeigt. Dazu sind der Strom I in A und die Spannung U in V jeweils über der Zeit t in s aufgetragen. Stromverlauf I₁ und Spannungsverlauf U₁ entsprechen dabei den Verläufen ohne Verwendung eines NTC-Widerstands, wie auch in 2a gezeigt.
Mit I₃ ist nun ein weiterer Stromverlauf bezeichnet, wie er beim Starten der Brennkraftmaschine und somit dem Betrieb der elektrischen Maschine mit Verwendung eines einfachen NTC-Widerstands im Stromkreis, jedoch nicht erfindungsgemäß, auftreten kann.
Beginnend mit dem Beginn des Startens bei t = 0 s steigt der Strom von Null bis auf ca. 1000 A zum Zeitpunkt t ≈ 0,005 s an. Zu diesem Zeitpunkt wird der sog. Kurzschlussstrom erreicht. Anschließend fällt der Strom wieder ab. Mit U₃ ist der zugehörige Spannungsverlauf bezeichnet. Dabei ist deutlich zu sehen, dass die Spannung zur Zeit des Kurzschlussstroms hier bis auf ca. 6,9 V einbricht.
Dies zeigt, dass eine Verwendung eines relativ kleinen NTC-Widerstands, im gezeigten Beispiel mit etwa 3 mΩ zum Zeitpunkt t = 0 s, einen Spannungseinbruch nicht verhindern kann. Der Widerstand des NTC-Widerstands beträgt dabei zum Zeitpunkt t = 0,005 s in etwa nur noch 0,5 mΩ. Allerdings ist auch zu sehen, dass der NTC-Widerstand daher auch nach dem Kurzschlussstrom relativ gering ist, bspw. in etwa 0,2 mΩ zum Zeitpunkt t = 0,1 s, wodurch der Stromfluss in der elektrischen Maschine im Vergleich zum Beispiel ohne NTC-Widerstand kaum geringer ist und somit zu einer gewünschten Leistungsabgabe führt.
Im Vergleich der 2a und 2b ist zu sehen, dass eine einfache Verwendung eines NTC-Widerstands nicht gleichzeitig einen Spannungseinbruch beim Kurzschlussstrom verhindern und anschließend eine gewünschte Leistungsabgabe der elektrischen Maschine sicherstellen kann.
In 3 sind Strom- und Spannungsverläufe beim Starten einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Starteinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Dazu sind der Strom I in A und die Spannung U in V jeweils über der Zeit t in s aufgetragen. Stromverlauf I₁ und Spannungsverlauf U₁ entsprechen dabei den Verläufen ohne Verwendung eines NTC-Widerstands, wie auch in 2a und 2b gezeigt.
Mit I₄ ist nun ein Stromverlauf bezeichnet, wie er beim Starten der Brennkraftmaschine und somit dem Betrieb der elektrischen Maschine mit Verwendung eines NTC-Widerstands im Stromkreis in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform auftreten kann.
Beginnend mit dem Beginn des Startens bei t = 0 s steigt der Strom von Null bis auf ca. 880 A zum Zeitpunkt t ≈ 0,005 s an. Zu diesem Zeitpunkt wird der sog. Kurzschlussstrom erreicht. Anschließend fällt der Strom wieder ab. Mit U₄ ist der zugehörige Spannungsverlauf bezeichnet. Dabei ist deutlich zu sehen, dass die Spannung zur Zeit des Kurzschlussstroms nur bis auf ca. 7,8 V einbricht.
Dies zeigt, dass eine Verwendung eines geeigneten NTC-Widerstands, im gezeigten Beispiel mit etwa 5 bis 20 mΩ zum Zeitpunkt t = 0 s, einen Spannungseinbruch verhindern kann und zwar zumindest soweit, dass noch ein ordnungsgemäßer Betrieb bspw. des Motorsteuergeräts möglich ist. Der Widerstand des NTC-Widerstands beträgt dabei zum Zeitpunkt t = 0,005 s in etwa 3 bis 10 mΩ.
Weiterhin ist auch zu sehen, dass der NTC-Widerstand nach dem Kurzschlussstrom relativ gering ist, bspw. in etwa 0,2 bis 0,5 mΩ zum Zeitpunkt t = 0,1 s, wodurch der Stromfluss in der elektrischen Maschine im Vergleich zum Beispiel ohne NTC-Widerstand kaum geringer ist und zu einer gewünschten Leistungsabgabe führt.
Hierbei ist zu beachten, dass das gezeigte thermische Widerstandsverhalten mit den zugehörigen Verläufen I₄ und U₄ nicht nur durch den NTC-Widerstand selbst, sondern auch durch eine Abstimmung der Materialien der Kontakte des NTC-Widerstands, den elektrischen Eigenschaften des NTC-Widerstands sowie den Kontakten der Anschlüssen der elektrischen Maschine aufeinander gekennzeichnet ist. Somit ist eine detaillierte Ausgestaltung eines geeigneten thermischen Netzwerkes für die Funktion ausschlaggebend (Thermische Netzwerk s. vorige Seiten). Für eine detailliertere Beschreibung des NTC-Widerstands selbst sei auf nachfolgende Beschreibung verwiesen.
In 4a ist schematisch ein beispielhaftes thermisches Widerstandsverhalten eines NTC-Widerstands einer erfindungsgemäßen Starteinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Dazu ist der Widerstand R des NTC-Widerstands in Ω und in logarithmischer Darstellung über der Temperatur T in K gezeigt.
Mit B ist dabei ein Verlauf einer für einen NTC-Widerstand typischen Konstante gezeigt, mit welcher anhand der Formel
der temperaturabhängige Widerstand des NTC-Widerstands zumindest näherungsweise beschrieben werden kann. Dabei bezeichnet R_N einen Widerstand des NTC-Widerstands bei der Temperatur T_N, bei welcher es sich üblicherweise um eine Nenntemperatur von 298 K handelt.
Im Folgenden sollen kurz vorteilhafte Parameter beschrieben werden, aus denen sich ein geeignetes NTC Modul ableiten lässt, welches den geforderten Ansprüchen genügt und einen wie in 4 gezeigtes thermisches Widerstandsverhalten aufweist.
Für eine maximale Wärmekapazität C des NTC-Widerstands ergibt sich dabei mit den folgenden Annahmen für eine Dichte ϱ, ein Volumen V und eine spezifische Wärmekapazität c:
Für eine minimale Wärmekapazität C des NTC-Widerstands ergibt sich:
Ein spezifischer Widerstand des NTC-Widerstands beträgt dabei bspw. zwischen 2,1 und 2,8 Ωcm bei Raumtemperatur, d.h. 298 K. Damit ergibt sich ein Temperaturkoeffizient bzw. B-Wert von zwischen 2500 K und 3500 K.
Für eine maximale Wärmekapazität eines Kontaktes bzw. einer Elektrode des NTC-Widerstandes aus Kupfer ergibt sich:
Für eine minimale Wärmekapazität eines Kontaktes bzw. einer Elektrode des NTC-Widerstandes aus Kupfer ergibt sich:
Für eine maximale Wärmekapazität eines Wärmekanals, d.h. eines Leiters im Stromkreis aus Kupfer ergibt sich:
Für eine minimale Wärmekapazität eines Wärmekanals, d.h. eines Leiters im Stromkreis aus Kupfer ergibt sich:
In 4b ist ein gemessenes thermisches Widerstandsverhalten eines NTC-Widerstands für einen beispielhaften Parametersatz innerhalb der erwähnten Grenzen gezeigt. Die Temperatur T ist hier in °C angegeben.
Eine Materialklasse, die die entsprechenden thermischen und elektrischen Eigenschaften aufweisen, sind die sog. Perowskite. Diese weisen die allgemeine Strukturformel ABO₃ auf, wobei A = (La_xSr_y) und B = Fe den jeweiligen chemischen Elementen entsprechen. Die Werte für x können sich hierbei bevorzugt in einem Intervall von 0,6 bis 0,8 und für y zwischen 0,2 und 0,4 bewegen. Weitere Perowskite mit AB = LaCaFe oder AB = LaSrFeMn, mit einer geeigneten Gewichtung der jeweiligen chemischen Elemente, erfüllen ebenfalls die zuvor genannten elektrischen und thermischen Eigenschaften.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10317466 A1 [0003]
DE 102012215338 A1 [0003]
DE 4106247 C1 [0004]
DE 4122252 A1 [0004]
DE 102007036789 A1 [0004]

Claims

Starteinrichtung (100) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine (110), die zum Starten der Brennkraftmaschine eingerichtet ist, und einem Bordnetz (105) mit einer Spannungsversorgung (120), in das die elektrische Maschine (110) und wenigstens ein Verbraucher (140, 141) eingebunden sind, wobei in einem Stromkreis (160) als Teil des Bordnetzes (105), über den ein Strom zum Betrieb der elektrischen Maschine (110) fließt, wenigstens ein NTC-Widerstand (130) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (160) ein solches thermisches Widerstandsverhalten aufweist, dass ein Spannungseinbruch im Bordnetz (105) während eines Kurzschlussstromflusses beim Starten der Brennkraftmaschine so gering ist, dass gleichzeitig der wenigstens eine Verbraucher (140, 141) mit für einen Normalbetrieb ausreichender Spannung versorgbar ist, und dass eine Leistungsabgabe der elektrischen Maschine (110) nach dem Kurzschlussstrom so groß ist, dass das Starten der Brennkraftmaschine abgeschlossen werden kann.
Starteinrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das thermische Widerstandsverhalten des Stromkreises (160) im Wesentlichen durch den wenigstens einen NTC-Widerstand (130), Materialien von Kontakten des wenigstens einen NTC-Widerstands (130), elektrischer Eigenschaften des wenigstens einen NTC-Widerstands (130) und/oder Materialien von Kontakten der elektrischen Maschine (110) bestimmt ist.
Starteinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine NTC-Widerstand (130) innerhalb und/oder außerhalb der elektrischen Maschine (110) vorgesehen ist.
Starteinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein logarithmischer Widerstands-Temperatur-Verlauf des wenigstens einen NTC-Widerstand (130) ein im Wesentliches konstantes Gefälle aufweist.
Starteinrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei eine Steigung des Widerstands-Temperatur-Verlaufs in logarithmischer Darstellung zwischen 1000 K und 3500 K liegt.
Starteinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Wärmekapazität des wenigstens einen NTC-Widerstandes zwischen 0,06 J/K und 0,18 J/K, ein spezifischer Widerstand des wenigstens NTC-Widerstandes zwischen 2,1 Ωcm und 2,8 Ωcm bei einer Temperatur von 298 K, eine Wärmekapazität eines Kontakts des wenigstens einen NTC-Widerstandes zwischen 0,15 J/K und 0,3 J/K und/oder eine Wärmekapazität von Leitungen im Stromkreis zwischen 0,15 J/K und 0,4 J/K liegen.