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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Sicherstellung
der spezifizierten Spannung an einem Bordnetz in Kraftfahrzeugen.
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Das
Bordnetz eines Kraftfahrzeugs wird von einem mobilen Energiespeicher,
zum Beispiel einem Bleiakkumulator, gepuffert beziehungsweise bei
stehendem Motor des Kraftfahrzeugs durch diesen Energiespeicher
mit Spannung versorgt. Des weiteren dient dieser Energiespeicher
als Energielieferant für einen
Startvorgang des Motors des Kraftfahrzeugs. Insbesondere für den Startvorgang
ist ein sehr hoher Leistungsbedarf, der durch den Energiespeicher
gedeckt werden muss, erforderlich. Verfügt der Energiespeicher nicht
mehr über
ausreichend Energie, so schlägt
der Startvorgang fehl. Gründe
für eine
zu geringe Energiekapazität
können
vielgestaltig sein, zum Beispiel
- 1. Der Energiespeicher
ist entladen aufgrund langer Standzeit des Fahrzeuges mit angeschlossenem
Verbraucher
- 2. Während
des Fahrzeugbetriebes wird der Energiespeicher nicht ausreichend
geladen
- 3. Der Energiespeicher weist einen internen Kurzschluss auf
und entlädt
sich selbst.
- 4. Die Verbindung zum Energiespeicher ist hochohmig durch Verbinderbruch
- 5. Die Verbindung zum Energiespeicher ist hochohmig wegen sehr
geringer Leitfähigkeit
des Elektrolyten.
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Es
sind noch vielerlei andere denkbare Gründe möglich, die zu einem Energiespeicher
mit zu geringer Kapazität
für einen
Startvorgang führen.
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Zur
Beseitigung des Problems der mangelnden Mobilität sind verschiedene Maßnahmen
möglich.
- 1. Verbinden des Energiespeichers beziehungsweise
des Bordnetzes mit einem funktionsfähigen Energiespeicher oder
Generator eines zweiten Fahrzeuges
- 2. Entfernen des leeren Energiespeichers und Laden an einem
externen Ladegerät
und anschließendes
Wiedereinbauen und Anschließen
des Energiespeichers
- 3. Ersatz des Energiespeichers durch einen neuen.
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Bei
all diesen Möglichkeiten
besteht die potentielle Gefahr, das Bordnetz des Kraftfahrzeugs
mit einer ungeeigneten Spannung zu beaufschlagen. Ungeeignete Spannung
kann zum Beispiel sein eine Spannung, die deutlich höher als
die Nennspannung des Bordnetzes ist, oder eine Spannung, die vom
Betrag her der Nennspannung des Bordnetzes gleicht, jedoch mit falscher
Polung an das Bordnetz angeschlossen ist. Bei der letzteren Möglichkeit
entsteht in der Regel ein Kurzschluss.
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Die
Entwicklung in der Fahrzeugindustrie führt zu einer immer größeren beziehungsweise
intensiveren Verwendung von elektronischen Bauteilen in den Kraftfahrzeugen.
Diese elektronischen Bauteile sind empfindlicher gegenüber Überspannung
oder Verpolung und können
dadurch zerstört
werden.
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Des
weiteren führt
die steigende Verwendung von elektrischen Verbrauchern wie zum Beispiel
elektronischen Komponenten in Fahrzeugen zu einer Entwicklung, bei
der eine höhere
Spannung des Bordnetzes wie zum Beispiel 42 Volt in Fahrzeugen immer
häufiger
Anwendung findet. Dies erhöht
das Risiko einer Überspannung
beim Verbinden zweier Bordnetze zusätzlich.
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Zur
Vermeidung von Schäden
an der Fahrzeugelektronik sind im Stand der Technik verschiedene
Lösungen
bekannt. So wird in Druckschrift
DE 100 19 588 A1 durch Dioden die Spannung
bei Verpolung auf minus drei Volt begrenzt. Nachteilig daran ist, dass
eine Verpolung nicht grundsätzlich
verhindert, sondern einzig deren Folge gemindert wird. In der Druckschrift
EP 11 07 419 A2 wird
vorgeschlagen, einen Fremdstartstützpunkt einzurichten und diesen durch
ein Relais vom Bordnetz zu trennen und den Fremdstartstützpunkt
erst bei richtiger Polung der angeschlossenen Spannung am Fremdstartstützpunkt mit
dem Bordnetz zu verbinden. Nicht berücksichtigt wird bei dieser
Vorrichtung das Verpolen eines ersetzten neuen Energiespeichers
oder eine eventuelle Überspannung
mit korrekter Polung. In Druckschrift
DE 199 51 094 A1 wird ebenfalls
ein Fremdstartstützpunkt
vorgeschlagen, der in Abhängigkeit
von einem durch einen Hilfswiderstand fließenden Strom den Fremdstartstützpunkt
mit dem Bordnetz verbindet. Auch hier gelten die oben genannten
Nachteile, zudem muss der Strom an dem Hilfswiderstand sehr genau
erfasst werden.
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Des
weiteren wird in Druckschrift
DE 197 19 919 A1 der Schutz vor einer Überspannung
durch ein Spannungsbegrenzungselement vermieden. In
DE 100 63 289 A1 wird zur
Vermeidung von Überspannungen
bei der Verbindung mit einem anderen Bordnetz ein Gleichspannungswandler
vorgeschlagen, der das Bordnetz mit dem Fremdstartstützpunkt
verbindet. Die Druckschrift
DE
29 19 022 A1 schlägt
vor, einen durch ein Relais gesteuerten Schaltkontakt zwischen dem
Energiespeicher und dem Bordnetz vorzusehen, wobei dieser bei einer
Verpolung geöffnet
wird. Nachteilig daran ist der hohe Ruhestrombedarf dieser Anordnung
und schwer vorbestimmbare Auslöseschwellen
des Schaltkontaktes. Ergänzend seien
noch die Druckschriften
DE
100 11 404 A1 und
DE
100 34 442 A1 genannt, die keine Maßnahmen zum Schutz vor Überspannung
oder Verpolung ergreifen, jedoch einen durchgeführten Fremdstart beziehungsweise
eine angelegte Verpolung in einem Fehlerspeicher abzulegen vorschlagen.
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Alle
diese Lösungen
haben gemeinsam, dass sie auf eine angelegte Überspannung oder auf eine Spannung
mit inverser Polung reagieren, nachteilig daran ist, dass das Risiko
der Beschä digung von
elektronischen Bauteilen im Kraftfahrzeug damit zwar gemindert,
jedoch nicht vermieden ist.
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Aus
der
DE 199 46 733
A1 ist es bekannt die Verbindungsklemme eines Bordnetzes
zu einem Fremdnetz mit einem Steuergerät zu überwachen und einen Schalter
zwischen Verbindungsklemme und Bordnetz nur zu schließen, wenn über das Fremdnetz
die richtige Spannung anliegt.
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Bisher
ist es bekannt den Schalter in Abhängigkeit der Batteriespannung
zu öffnen.
Sinkt die Spannung zu stark ab oder ist die Batterie ausgebaut,
wird der Schalter geöffnet.
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Jedoch
kann die Spannung der Batterie in Ordnung sein und dennoch ein Start
des Motors aufgrund des schlechten Zustandes der Batterie unmöglich sein.
In diesem Fall droht die Gefahr einer Beschädigung des Bordnetzes durch
Verpolung oder Überspannung,
da die Batterie ausgewechselt werden muss oder ein Fremdstart durch Überbrückung zu
einem anderen Fahrzeug erfolgt. Die Gefahr besteht daher, da der
Trennschalter in diesem Zustand immer noch geschlossen ist.
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Es
ist weiter eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung der Tiefentladung
einer Batterie in einem Kraftfahrzeugbordnetz bekannt (
DE 100 56 795 A1 ), bei
der in Abhängigkeit
des Ladezustandes der Batterie die Verbindung zwischen Batterie
und Kraftfahrzeugbordnetz getrennt wird, um so einen Ladezustand
sicherzustellen, der einen weiteren Start einer Brennkraftmaschine
ermöglicht.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
vorzuschlagen, bei dem ein Bordnetz eines Kraftfahrzeuges bereits
bei drohender Verpolung oder Überspannung
geschützt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Maßnahmen des
Patentanspruches 1 und 8 gelöst
und durch die untergeordneten Ansprüche 2 bis 7 beziehungsweise 9
bis 14 vorteilhaft weitergebildet.
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Vorteilhaft
an der Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik ist, dass bereits bei der drohenden oder erkannten
Gefahr eines externen Eingriffs und damit der Gefahr eines Fehlers,
der mit dem Anliegen einer Überspannung
oder einer verpolten Spannung an das Bordnetz verbunden ist, das
Bordnetz von den Anschlussmöglichkeiten
für die
Fremdspannung getrennt ist.
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Diese
Anschlussmöglichkeiten
werden erfindungsgemäß von einer Überwachungseinheit überwacht
und nur bei dem Vorhandensein einer funktionsfähigen Energiequelle mit der
laut Batteriemanager ein weiterer Startversuch möglich ist, bleibt das Bordnetz
mit dem Anschluss, der als Fremdstartstützpunkt oder als Verbindung
zum Energiespeicher dienen kann verbunden.
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Bei
einer Meldung des Batteriemanagers an die Überwachungseinheit, dass aufgrund
des Batteriezustandes ein Startversuch nicht mehr möglich ist oder
der Zustand der Batterie schlecht ist, so dass die Batterie eventuell
geladen wird, wird der Trennschalter geöffnet.
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Hinzukommen
können
noch weitere Parameter, wie zum Beispiel ein fehlgeschlagener Startversuch
oder/und eine geöffnete
Motorhaube, um den Trennschalter durch die Überwachungseinrichtung zu öffnen.
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Der
Batteriemanager erkennt anhand von Eingangsgrößen wie zum Beispiel der Temperatur und/oder
des Stromes eines Energiespeichers, zum Beispiel eines Bleiakkumulators,
den Zustand des Energiespeichers und öffnet bereits bei der drohenden
Gefahr eines Fremdstarts oder Batteriewechsels den Trennschalter.
Damit ist die Gefahr einer Verpolung oder Überspannung für das Bordnetz
nahezu ausgeschlossen.
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Die Überwachungseinrichtung
bleibt dabei mit dem Energiespeicher verbunden und überwacht weiterhin
auch ohne angeschlossenem Bordnetz die Spannung am Energiespeicher
beziehungsweise an einem Anschlusspunkt und erkennt z.B., dass keine Spannung
anliegt. Erfolgt nun der Anschluss einer fehlerhaften Spannung,
so erkennt die Überwachungseinrichtung
diesen Zustand und behält
die Trennung von Bordnetz und Spannungsversorgung bei. Eine fehlerhafte
Spannungsversorgung kann dabei sein eine verpolte Spannungsversorgung
gleicher Nennspannung, zum Beispiel von einem Bordnetz eines zweiten
Kraftfahrzeu ges, oder ein verpolt eingebauter Energiespeicher sprich
Bleiakkumulator mit gleicher oder gar höherer Nennspannung oder die Verbindung
mit einem Kraftfahrzeug dessen Bordnetz eine höhere Nennspannung aufweist.
Ebenso kann die fehlerhafte Spannung durch einen Energiespeicher
falscher Nennspannung oder einen niedrigohmigen Kurzschluss verursacht
sein.
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Die
Trennung der Verbindung zwischen Spannungsversorgung und Bordnetz
wird erfindungsgemäß erst dann
aufgehoben, wenn die Überwachungseinrichtung
eine Innenwiderstands- oder eine Spannungsänderung auf eine Spannung detektiert,
die in einem vorbestimmten Bereich, zum Beispiel bei einer Nennspannung
von 12 Volt in einem Schwankungsbereich von 11 Volt bis 15 Volt
liegt.
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Im
folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellter Figuren näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zur Sicherstellung der spezifizierten Spannung an einem
Bordnetz in einem Kraftfahrzeug mit Trennung des gesamten Bordnetzes,
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2 eine
Vorrichtung zur Sicherstellung der spezifizierten Spannung in einem
Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit der alleinigen Trennung überspannungs-
und verpolungssensitiver Schaltkreise,
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3 eine
Vorrichtung zur Sicherstellung der spezifizierten Spannung an einem
Bordnetz für Kraftfahrzeuge
mit einem Schaltkontakt zur Trennung eines Fremdstartstützpunktes,
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4 eine
Vorrichtung zur Sicherstellung der spezifizierten Spannung an einem
Bordnetz unter Berücksichtigung
unterschiedlicher Nennspannungen, zum Beispiel 12 Volt und 42 Volt,
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5 ein
beispielhaftes Ablaufdiagramm,
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6 ein
allgemeines Ablaufdiagramm,
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7 ein
beispielhaftes Ablaufdiagramm mit der Berücksichtigung weiterer Eingangsgrößen,
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8 ein
beispielhaftes Ablaufdiagramm für eine
Rückführung in
den normalen Betriebszustand,
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9 eine
Rückführung in
den normalen Betriebszustand in einer besonderen Ausführungsform,
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10 eine
schematische Anordnung der Systemkomponenten.
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1 zeigt
ein Bordnetz 4 eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen
Startvorrichtung 5. Die Spannungsversorgung des Bordnetzes
erfolgt über einen
Anschluss 16. Mit diesem Anschluss 16 ist ein austauschbarer
Energiespeicher 1 und ein Fremdstartstützpunkt 9 verbunden.
Eine Überwachungseinrichtung 2 ist
ebenfalls mit dem Anschluss 16 verbunden und überwacht
den Energiespeicher 1 und speziell die dort anliegende
Spannung und eventuell auch die Stromstärke. Ein Trennschalter 3,
der von der Überwachungseinrichtung 2 gesteuert
wird, ist zwischen dem Bordnetz 4 und dem Anschluss 16 angeordnet.
Die Überwachungseinrichtung 2 überwacht
ständig
den Zustand des Energiespeichers über einen Batteriemanager.
Erkennt der Batteriemanager, dass der Zustand des Energiespeichers
keinen Wiederstart erlaubt, so öffnet
diese den Trennschalter 3 und trennt damit das Bordnetz 4 von
der Spannungsversorgung. Im weiteren Verlauf überwacht die Überwachungseinrichtung 2 die
Spannung am Anschluss 16, so dass der Trennschalter 3 nur
für den
Fall wieder geschlossen wird, in dem sich die Spannung am Anschluss 16 wieder
innerhalb des vorbestimmten Spannungsbereiches befindet. Das heißt, falls
am Fremdstartstützpunkt 9 eine
Spannung angeschlossen wird, die den vorbestimmten Spannungsbereich
nach oben oder unten überschreitet,
bleibt der Trennschalter 3 geöffnet und damit das Bordnetz 4 von
der Spannungsversorgung getrennt. Für den Fall, dass der austauschbare
Energiespeicher 1 durch einen neuen fehlerfreien Energiespeicher
ersetzt wird, und dieser mit falscher Polung angeschlossen wird,
ergibt sich ebenfalls am Anschluss 16 eine Spannung, die
außerhalb
des vorbestimmten Spannungsbereiches liegt, und auch hierbei bleibt
der Trennschalter 3 ge öffnet.
Erst bei richtiger Polung des austauschbaren Energiespeichers 1, oder
bei Anschluss einer geeigneten Spannung am Fremdstartstützpunkt 9 ergibt
sich am Anschluss 16 eine im spezifizierten Spannungsbereich
liegende Spannung, wodurch die Überwachungseinrichtung 2 den
Trennschalter 3 schließt,
und damit das Bordnetz wieder mit Spannung versorgt.
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1 zeigt
zusätzlich
einen Motorsensor 6 und einen Betriebszustandssensor 8,
die beide an die Überwachungseinrichtung
zusätzliche
Parameter liefern. Damit sind für
die Trennung des Trennschalters 3 weitere Parameter berücksichtigbar.
So ist zum Beispiel realisierbar, den Trennschalter 3 erst
dann zu öffnen,
wenn der Batteriemanager einen Zustand des Energiespeichers meldet,
der keinen erfolgreichen Start erlaubt und zugleich der Motorsensor 6 meldet,
dass ein erfolgter Startvorgang fehlgeschlagen ist, oder der Motor
steht. Zusätzlich
kann beispielhaft durch den Betriebszustandssensor 8 die Motorhaube überwacht
werden, so dass der Trennschalter 3 erst öffnet, wenn
die Spannung am Anschluss 16 den vorbestimmten Bereich
verlässt,
der Motor nach erfolgtem Startversuch nicht läuft, was durch den Motorsensor 6 an
die Überwachungseinrichtung
gemeldet wird und wenn die Motorhaube über den Betriebszustandssensor 8 als
geöffnet
an die Überwachungseinrichtung 2 gemeldet
wird. Ist eine solche Situation erreicht, ist das Verpolungs- oder Überspannungsrisiko
für das
Bordnetz 4 hoch und die Trennung über den Trennschalter 3 sinnvoll. Die
Rückführung in
den normalen Betriebszustand kann ebenso abhängig alleinig durch die Spannung am
Anschluss 16 oder zusätzlich
von den Eingangsparametern durch die Sensoren 6 und 8 abhängig sein.
Die zusätzlichen
Parameter gewähren,
dass keine Trennung des Bordnetzes 4 während der Fahrt von der Energieversorgung
bei Verschlechterung des Batteriezustandes erfolgt.
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2 zeigt
die Vorrichtung von 1 in einer erweiterten Ausführungsform,
wobei der wesentliche Unterschied zu 1 sich darin
begründet, dass
mit dem Trennschalter 3 alle überspannungs- und oder verpolungssensitiven
Verbraucher und Schaltkreise 7 von der Spannungsversorgung
beziehungsweise von dem Anschluss 16 getrennt werden. Das
heißt
einige Funktionen, die unabhängig
von der Polung, der Spannung oder deren Größe sind, bleiben erhalten und
können
genutzt werden. Dazu gehören
zum Beispiel die Beleuchtungseinrichtungen des Fahrzeugs, oder insbesondere
die elektrische Startvorrichtung 5.
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3 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform,
wobei sich diese von 1 dadurch unterscheidet, dass
sie um einen Schalter 11 ergänzt ist, der den Fremdstartstützpunkt 9 in
Abhängigkeit
von der dort gemessenen Spannung durch die Überwachungseinrichtung zuschaltet.
Damit ist sichergestellt, dass nur korrekt angelegte Spannungen
der spezifizierten Größe einer
externen Spannungsversorgung 10, das heißt Spannungen,
die sich in einem vorbestimmten Spannungsbereich befinden, an das Bordnetz 4 weitergeschaltet
werden. Zusätzlich
ist damit sichergestellt, dass auch im Falle eines vollkommen korrekt
funktionierenden austauschbaren Energiespeichers, also bei geschlossenem
Trennschalter 3, keine Überspannung
oder verpolte Spannung über
den Fremdstartstützpunkt 9 an
das Bordnetz weitergegeben werden. Ist der Fremdstartstützpunkt
hochohmig mit Masse verbunden, so bewirkt das Anlegen einer externen
Spannung einen Spannungsanstieg der detektierbar ist.
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4 stellt
ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung zur Sicherstellung der spezifizierten Spannung an
einem Bordnetz dar, bei dem zwei voneinander unterschiedliche Nennspannungen
zum Beispiel 12 Volt und 42 Volt Berücksichtigung finden. Die Vorrichtung
ist dabei gegenüber 1 um
einen zweiten Fremdstartstützpunkt 12 erweitert,
wobei dieser mit einem zweiten Schaltkontakt 14 mit dem
Bordnetz verbunden werden kann. Der Fremdstartstützpunkt 9 dient zum
Anlegen einer niedrigeren externen Spannungsversorgung 10,
z.B. 12 Volt oder 24 Volt, und der Fremdstartstützpunkt 12 zum Anlegen
ei ner höheren
externen Spannungsversorgung 13, z.B. 42 Volt. Des weiteren
weist die Vorrichtung in 4 einen zweiten Trennschalter 18 auf,
der bei niedrigohmigen Fehlern des austauschbaren Energiespeichers
des 42 Volt Bordnetzes und gegebenenfalls in Abhängigkeit von anderen Parametern
wie zum Beispiel einer geöffneten
Motorhaube öffnet
und damit das 42 Volt Bordnetz von der fehlerhaften Spannungsversorgung
trennt. Der Fremdstartstützpunkt 9 oder 12 ist
am Fahrzeug an einer leicht zugänglichen Stelle
angebracht und idealerweise durch ein mechanisches System zum Beispiel
vor Verschmutzung oder unerlaubtem Zugang gesichert. Zusätzlich kann jeder
einzelne Fremdstartstützpunkt
mit einem Schaltkontakt versehen werden, der die Überwachungseinheit 2 bei
Anschluss eines Steckers oder einer Klemme an den Fremdstartstützpunkt
aktiviert. Der Fremdstartstützpunkt 12 besitzt
idealerweise einen Steckkontakt. Für die Spannungsmessung an dem
Fremdstartstützpunkt
bieten sich analoge Schaltungen ebenso wie digitale Schaltungen
zum Beispiel Analog-Digital-Wandler an. Die Spannungsversorgung
für die Überwachungseinrichtung 2 erfolgt
wahlweise über
den Fremdstartstützpunkt 9 und/oder 12 oder über die
Spannungsversorgung des austauschbaren Energiespeichers 1 des
12 Volt Bordnetzes oder wahlweise auch des 42 Volt Bordnetzes. Der
Fremdstartstützpunkt
weist unter Normalbedingung eine Vorzugsspannung U' auf, wobei eine
Veränderung
der Spannung U' zur
Aktivierung der Überwachungseinheit 2 verwendet
werden kann. Es ist sinnvoll, die Vorzugsspannung U' größer als
0 zu wählen,
da dann auch ein Kurzschluss am Fremdstartstützpunkt über U' detektierbar ist. Der Fremdstartstützpunkt 12 für das 42
Volt Bordnetz weist zudem eine Verbindung 15 zur Datenübertragung
zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrzeug auf. Erkennt die Überwachungseinheit
2 am Fremdstartstützpunkt 9 oder 12 eine
Spannung, die einer geeigneten Spannung von 12–28 Volt oder 30–48 Volt
entspricht, so wird durch die Überwachungseinrichtung 2 entweder
der Schaltkontakt 11 oder der Schaltkontakt 14 in
Abhängigkeit
von der angelegten Nennspannung geschlossen. Der Fremdstartstützpunkt 12 unterscheidet
sich in der Zahl seiner An schlüsse
und in seiner äußeren Form
vom Fremdstartstützpunkt 9, wodurch
zum ersten eine Verwechslung dieser beiden Fremdstartstützpunkte
und damit eine Verwechslung der unterschiedlichen Nennspannungen ausgeschlossen
werden kann. Als zusätzliche
Sicherheit wird über
die Verbindung 15 an das zweite Fahrzeug ein Informationsaustausch
durchgeführt, der
dem zweiten Fahrzeug bestätigt,
dass es am spezifizierten Fremdstartstützpunkt 12 mit einer
spezifizierten Nennspannung von 42 Volt angeschlossen ist. Infolge
dieses Informationsaustausches wird der Schaltkontakt 14 für das 42
Volt Bordnetz geschlossen. In 4 ist zusätzlich eine
Modulationseinrichtung 17 dargestellt, die die beiden Fremdstartstützpunkte 9 und 12 miteinander
verbindet, und gegebenenfalls die höhere Nennspannung (42 Volt)
auf die niedrigere Nennspannung (12 Volt) moduliert.
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Im
folgenden wird anhand eines Fallbeispieles die in 4 dargestellte
Vorrichtung näher
diskutiert. Infolge eines Fehlers im 12 Volt Bordnetz 4,
liegt dessen Bordnetzspannung zwischen 0 und 12 Volt. Der Fremdstartstützpunkt
weist dann eine ebensolche oder niedrigere Spannung auf. Ursache
für den Fehler
kann beispielsweise eine entladene Batterie sein.
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Wird
nun an einem Fremdstartstützpunkt 9 oder 12 eine
Spannung angelegt, überprüft die Überwachungseinrichtung 2 die
dort angelegte Spannung.
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Liegt
die Spannung des eigenen Bordnetzes bei etwa 6 bis 12 Volt, und
die Spannung an einem der Fremdstartstützpunkte bei 14 Volt, befindet
sich diese in einem korrekten Bereich, was eine Schließung des
Schaltkontakts 11 zur Folge hat, womit das Bordnetz 4 mit
12 Volt versorgt wird. Da die Spannung im eigenen Bordnetz größer 0 Volt
ist, wird der Schalter 11 dauerhaft geschlossen. Überschreitet
die Spannung am Fremdstartstützpunkt 12 oder 9 den Toleranzbereich
für ein
12 Volt Bordnetz, bleibt der Schaltkontakt 11 zum 12 Volt
Bordnetz geöffnet.
Liegt die Spannung am Fremdstartstützpunkt 9 oder 12 über beispielsweise
30 Volt, wird der Schaltkontakt 14 zum 42 Volt Bordnetz
geschlossen. Durch Kommunikation mit dem Gegenfahrzeug über die
Verbindung 15 kann die Sicherheit erhöht werden.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm, in dem in Richtung der X-Achse die Zeit, und in Richtung der Y-Achse
in verschiedenen Höhenbereichen
Betriebszustände
dargestellt sind. So zeigt der Bereich 19 einen beispielhaften
Zustandsverlauf am austauschbaren Energiespeicher, wobei ein Unterschreiten
der Grenze 23 einen kritischen Zustandsbereich, d.h. eine
Bereich, bei dem ein erfolgreicher Start nicht mehr möglich ist
darstellt. Der Bereich 20 in 5 symbolisiert
Startversuche, die durch den Motorsensor 6 als gut oder
schlecht an die Überwachungseinrichtung 2 weitergegeben
werden. Der Bereich 21 zeigt die daraus resultierende von
der Überwachungseinrichtung 2 initiierte Öffnung des
Trennschalters 3. Der Startversuch 24 zu einem
frühen Zeitpunkt
auf der Zeitachse ist zwar fehlgeschlagen, also durch den Sensor 6 als
schlecht gemeldet, führte
jedoch aufgrund des Zustandes am austauschbaren Energiespeicher 1,
der sich zu diesem Zeitpunkt überhalb
des kritischen Bereiches 23 befindet, nicht zu einer Öffnung des
Trennschalters 3. Wird wie im Bereich 22 der 5 dargestellt,
eine weitere Spannungsversorgung zuerst falsch angeschlossen, so bleibt
der Trennschalter 3 geöffnet.
Erst bei richtig angeschlossener Spannungsversorgung wird dies von der Überwachungseinrichtung 2 detektiert
und die Trennung des Trennschalters 3 aufgehoben.
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Ein
allgemeiner Fall ist als schematisches Ablaufdiagramm in 6 dargestellt.
Zuerst wird in 25 ein fehlerhafter Energiespeicher durch
den Batteriemanager detektiert. Dies führt in 26 zur Registrierung
des fehlerhaften Energiespeichers 1, wodurch die Überwachungseinrichtung 2 in 27 den
Trennschalter 3 öffnet.
Im folgenden ist in 28 der Trennschalter 3 geöffnet.
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7 symbolisiert
einen Verfahrensablauf, wobei ein fehlerhafter Energiespeicher 1 in 26 erst dann
registriert wird, wenn sich zusätzlich
zu dem detektierten fehlerhaften Energiespeicher in 25 eine weitere
Eingangsgröße, zum
Beispiel offene Motorhaube oder nichtlaufender Motor nach fehlgeschlagenem
Startversuch durch eine Und-Verknüpfung hinzugefügt wird.
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Das
heißt,
ein weiterer Parameter 29 ermöglicht, die Trennung am Trennschalter 3 erst
dann auszulösen,
wenn ein Eingriff in das Bordnetz direkt bevorsteht.
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8 zeigt
beispielhaft eine Rückführung aus
einem fehlerhaften Betriebszustand, das heißt einem Betriebszustand mit
abgetrenntem Bordnetz 4 jedoch ohne Abtrennung der für den Start
erforderlichen Steuergeräte
und Aggregate in einen normalen Betriebszustand mit geschlossenem
Trennschalter 3. Der beispielhafte Verfahrensablauf beginnt
in 28 mit einem offenen Trennschalter 3 aufgrund
des Zustandes beziehungsweise des detektierten fehlerhaften austauschbaren
Energiespeichers 1 in 26. Es erfolgt in 41 ein
Startwunsch, woraufhin eine Spannungsmessung in 30 initiiert
wird. Erkennt die Spannungsmessung eine Spannung von kleiner gleich
0, so liegt in 32 ein Verpolungsfehler vor und der Trennschalter 3 bleibt
geöffnet.
Erkennt die Spannungsmessung eine Spannung größer 0 beziehungsweise befindet sich
die Spannung in einem vorbestimmten Spannungsbereich, erfolgt der
Start und die Bewertung des Starts in 31. Verläuft der
Start erfolglos 26, so führt dies zur Detektierung eines
Problems am Energiespeicher 1, woraufhin der Trennschalter 3 geöffnet bleibt.
Verläuft
der Start positiv, das heißt
der Motorsensor 6 meldet einen laufenden Motor, schließt die Überwachungseinrichtung 2 den
Trennschalter (Schritt 33), und der Normalzustand ist mit 34 wieder erreicht.
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9 zeigt
einen Spezialfall zur Rückführung in
den Normalzustand 34. In diesem Spezialfall löst der Startwunsch 41 eine
Spannungsmessung 30 aus, verläuft diese mit dem Ergebnis
gut, so wird in 33 der Hauptschalter 3 geschlossen,
also vor dem Startvorgang. Bei falscher Polung 32 bleibt
der Hauptschalter offen. Ist der Hauptschalter geschlossen (Schritt 33),
bedeutet dies, dass durch Einschalten der Zündung bei korrekt gepolter
Batterie alle Lasten zur Verfügung
stehen. Der Zustand 25 der Batterie ist gut. Nach einem
Startversuch erfolgt eine Bewertung in 31. Ist der Zustand
des Energiespeichers schlecht 26, wird der Trennschalter
in 27 geöffnet
und hat den Anfangszustand 28 offen (siehe gepunktete Linie).
Ist die Bewertung 31 gut, wird der Normalzustand 34 angenommen.
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10 zeigt
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform,
wobei in 35 ein zentrales Steuergerät dargestellt ist, das die Überwachungseinheit 2 mit
Batteriemanager beinhaltet. Das zentrale Steuergerät 35 ist
mit einer Vorsicherungsbox 40 verbunden, in welcher der
Trennschalter 3 aufgenommen ist. Das zentrale Steuergerät 35 nimmt
sämtliche
Eingangsgrößen, wie
Spannung im Bordnetz U, Temperaturen der Batterie T, ob der Motor
läuft über den
Motorsensor 8, ob das Fahrzeug steht über den Betriebszustandssensor 8,
sowie weitere Größen auf
und öffnet
in der Vorsicherungsbox 40 den Trennschalter 3,
wenn der Zustand des Energiespeichers einen erfolgreichen Start
nicht erlaubt und schließt
ihn bei vorliegen der richtigen Spannung.