DE10309347B4

DE10309347B4 - Stromversorgung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10309347B4
Application number: DE10309347A
Authority: DE
Inventors: John Miachael Saline Miller; Paul Raymund Plymouth Nicastri
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: GB2389470B; GB2389470A; GB0303125D0; DE10309347A1; US6486571B1

Abstract

Ein Schaltkreis (10), umfassend
eine Stromversorgungsleitung (14);
eine Batterie (12) mit einem positiven Ausgang (16) und einem negativen Ausgang (18);
einen Schützkreis (48) mit einer Spule (50), die einen Schaltkontakt (52) bedient, wobei die Spule (50) einen ersten Spulenanschluss (54) und einen zweiten Spulenanschluss (56) besitzt und der Schaltkontakt (52) die Stromversorgungsleitung (14) mit dem positiven Batterieausgang (16) verbindet;
einen Schalter (40) mit einem ersten Anschluss (42), einem zweiten Anschluss (44) und einem Steueranschluss (46), wobei der zweite Anschluss (44) mit dem zweiten Spulenanschluss (56) verbunden ist; und
einen Regler (66) zum Steuern des Schalters (40), der mit dem Steueranschluss (46) des Schalters (40) verbunden ist, wobei ein Steckverbindungs-Stromkreis (20) vorgesehen ist, der den positiven Batterieausgang (16) mit dem ersten Spulenanschluss (54) verbindet, bevor der negative Batterieausgang (18) mit dem ersten Anschluss (42) des Schalters (40) verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis mit einer Stromversorgungsleitung und einer Batterie mit einem positiven Ausgang und einem negativen Ausgang sowie ein Verfahren zum Betrieb des Schaltkreises, insbesondere zur Stromversorgung von Kraftfahrzeugen.

In künftigen Kraftfahrzeugen werden 42-Volt-Systeme die heutigen 12/14-Volt-Systeme ersetzen oder ergänzen. Die Kfz-Industrie hat sich dazu in einem „Positionspapier des Forums Bordnetzarchitektur" im Februar 1996 verständigt (http://www.sci-worx.com/internet/homepage_internet_e.html? /internet/ bordnetzforum/42v_d.html).

42-Volt-Systeme sollen den ständig steigenden Strombedarf der Fahrzeuge befriedigen. Allerdings nimmt mit steigender Spannung und Stromstärke auch die Wahrscheinlichkeit von Funkendurchschlägen zu.

Funkendurchschläge können auch durch die unterschiedlichen Arten von Lasten, wie induktiven, kapazitiven oder resistiven, beeinflusst werden.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Stromversorgung zur Verfügung zu stellen, die die Wahrscheinlichkeit von Funkendurchschlägen in einem Fahrzeug mit einem 42-Volt-System minimiert, sowie eine elektrische Anordnung zu schaffen, die geeignet ist, einen integrierten Starter/Generator anzutreiben und gleichzeitig die Verwendung von 42-Volt-Komponenten zulässt.

Die nicht vorveröffentlichte Druckschrift DE 101 09 078 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät, das die Stromzuführung von einer Klemme zu einem Verbraucher durch Ansteuern einer Endstufe vor dem Abziehen von Steckerteilen unterbricht.

EP 0 314 949 A1 beschreibt unter Bezugnahme auf DE 32 12 983 einen abziehbaren Stecker, der zwei lange Starkstromkontaktstifte und einen kurzen Schwachstromkontaktstift umfasst. Ein Starkstromkreis wird über den Schwachstromkontaktstift mit Hilfe eines Halbleiterschalters ein- und ausgeschaltet. Die Druckschrift offenbart darüber hinaus, dass ein Steckteil einer Steckverbindung einen Meldekontakt aufweist, über den ein Meldekreis geschlossen wird, wobei der Meldekontakt mit Masse verbunden ist und eine Kontakthülse mit einer Überwachungseinrichtung verbunden ist, die einen Mikroprozessor aufweist, der laufend prüft, ob das Massepotential über die Steckverbindung anliegt.

Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung liefert einen verbesserten Schaltkreis für ein Stromversorgungssystem, der eine Stromversorgungsleitung und eine Batterie mit einem positiven und einem negativen Ausgang beinhaltet. Ein Schützstromkreis mit einem Elektromagneten ist mit einem Schaltkontakt verbunden. Der Elektromagnet verfügt über einen ersten Spulenanschluss und einem zweiten Spulenanschluss. Der Schaltkontakt verbindet die Stromversorgungsleitung mit dem positiven Batterieausgang. Ein Schalter mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss ist mit dem zweiten Spulenanschluss verbunden. Eine Steckverbindung verbindet den positiven Batterieausgang mit dem ersten Spulenanschluss bevor der negative Batterieausgang mit dem zweiten Anschluss des Schalters verbunden wird. Ein Regler wird an den Steueranschluss des Schalters angeschlossen, um den Betrieb des Schalters zu steuern.

Die Erfindung, eine Methode, einen Schaltkreis mit einem Schütz zu betreiben, der eine Spule und einen Schaltkontakt enthält, der an die Spule angeschlossen ist, beinhaltet als weiteren Aspekt die Verbindung eines ersten Steckverbinders mit einem zweiten Steckverbinder, sowie durch diese Verbindung die Verbindung eines zweiten Anschlusses eines Schalters, der an eine Spule angeschlossen ist, mit dem negativen Batterieausgang, nachdem der positive Batterieausgang mit einem ersten Anschluss der Spule verbunden wurde.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass der Schalter des Schaltkreises für die Steuerung durch den Regler und auch als Diebstahlsicherung, Sicherheitsnebenschluss oder zur Vermeidung störender Lasten verwendet werden kann, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Durch Einbinden einer Diode in den Schützkreis kann auch ein Rückleistungsschutz für die Batterie durch den Schaltkreis der Erfindung zur Verfügung gestellt werden. Andere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden in Verbindung mit der detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels und den beigefügten Skizzen und Patentansprüchen deutlich werden.

Die vorstehend genannten Probleme, Vorteile und Merkmale werden mit Bezug auf die Zeichnungen im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung:
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
In den folgenden Figuren Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen benutzt, um die gleichen Komponenten zu bezeichnen.
Während die Erfindung am Beispiel eines Schützes dargestellt wird, können auch andere Schaltvorrichtungen als ein Schütz verwendet werden. Des weiteren wird die Erfindung am Beispiel eines Schaltkreises in einem Automobil dargestellt. Jedoch können auch andere Anwendungen von Hochspannungs-Gleichstrom von den hier dargestellten Ideen profitieren.
In 1 ist ein elektrischer Schaltkreis 10 dargestellt, der entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist. Der Schaltkreis 10 wird verwendet, um eine Batterie 12 mit einer Stromversorgungsleitung (PDB) 14 zu verbinden. Die Batterie 12 besitzt einen positiven Batterieausgang 16 und einen negativen Ausgang 18. Die Batterie 12 ist mit der Stromversorgungsleitung 14 durch eine Steckverbindung 20 verbunden. Die Steckverbindung 20 besteht aus einem ersten Steckverbinder 22 und einem zweiten Steckverbinder 24. Der erste Steckverbinder 22 besitzt einen ersten Anschluss 26, der mit dem positiven Batterieausgang 16 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss 28, der mit dem negativen Batterieausgang 18 verbunden ist. Der erste Steckerverbinder 22 kann auch eine Eingriffsvorrichtung 30 enthalten. Der zweite Steckverbinder 24 besitzt ebenfalls einen ersten Anschluss 32 und einen zweiten Anschluss 34. Der erste Anschluss 32 ist elektrisch mit dem ersten Anschluss 26 des ersten Steckverbinders verbunden, und der zweite Anschluss 34 ist elektrisch mit dem zweiten Anschluss 28 verbunden. Ein Fachmann wird erkennen, dass es sich bei jedem Satz von Anschlüssen im ersten Steckverbinder 22 und im zweiten Steckverbinder 24 um Stecker oder Buchsen handeln kann, so dass alle Sätze von Anschlüssen sich verbinden lassen. Der zweite Anschluss 34 wird möglichst geerdet, z.B. am Karosserieboden. Der zweite Steckverbinder 24 kann auch einen Schalter 38 enthalten. Der Schalter 38 ist normalerweise geöffnet, wird aber durch die Eingriffsvorrichtung 30 geschlossen, wenn der erste Steckverbinder 22 mit dem zweiten Steckverbinder 24 zusammengesteckt wird.
Wenn der Schalter 38 geschlossen ist, ist der zweite Anschluss 34 des zweiten Steckverbinders 24 mit einem Schalter 40 verbunden. Der Schalter 40 ist bevorzugt ein Festkörperschalter, z.B. ein Transistor. Der Schalter 40 besitzt einen ersten Anschluss 42, einen zweiten Anschluss 44 und einen Steueranschluss 46.
Der Schalter 40, genauer der zweite Anschluss 44, und der erste Anschluss 32 des zweiten Steckverbinders 24 sind elektrisch mit einem Schützkreis 48 verbunden. Der Schützkreis 48 enthält eine Spule 50, die elektromagnetisch einen Druckschalter 52 bedient. Der Druckschalter 52 verbindet den zweiten Anschluss 32 des zweiten Steckverbinders 24 mit der Stromversorgungsleitung.
Die Spule 50 besitzt ein erstes Ende 54 und ein zweites Ende 56. Das erste Ende 54 ist mit dem ersten Anschluss 32 des zweiten Steckverbinders 24 verbunden. Bevorzugt wird eine Diode D1 zwischen dem ersten Ende 54 und dem Anschluss 32 des zweiten Steckverbinders 24 eingefügt. Die Diode D1 dient dazu, zu verhindern, das eine falsch gepolte Spannung an die Stromversorgungsleitung 14 angelegt wird. Die Diode D1 besitzt eine Anode A1 und eine Kathode C1. Bevorzugt wird die Kathode C1 an das erste Ende 54 angeschlossen, während die Anode A1 an den ersten Anschluss 32 angeschlossen wird. Das zweite Ende 56 wird an den zweiten Anschluss 44 des Schalters 40 angeschlossen.
Die Stromversorgungsleitung 14 ist mit einer Last 60 verbunden. Die Last 60 kann so durch Bedienen des Schaltkreises 10 an- und abgekoppelt werden. Zusätzlich kann ein Teil der Last 60 einen Teil eines Haltekreises bilden. Dadurch wird nicht die gesamte Last 60 durch den Schaltkreis 10 abgekoppelt. Um den Strom für Haltekreise zu liefern, wird ein Überbrückungskreis 62 eingefügt. Der Überbrückungskreis 62 enthält eine Verbindung zwischen dem ersten Batterieausgang 32 und der Stromversorgungsleitung 14 über eine Diode D2. Die Diode D2 besitzt eine Kathode C2, die an die Stromversorgungsleitung 14 angeschlossen ist, und eine Anode A2, die mit dem ersten Anschluss 32 des zweiten Steckverbinders 24 verbunden ist.
Ein Energie-Management-Regler 66 kann mit der Stromversorgungsleitung 14, dem Druckschalter 52 und dem Steueranschluss 46 des Schalters 40 verbunden werden. Der Energie-Management-Regler 66 ist bevorzugt ein auf einem Mikroprozessor basierender Regler, der zur Steuerung des Schaltkreises verwendet wird. Der Energie-Management-Regler 66 dient dazu, den Schalter 40 über den Steueranschluss 46 ein- und auszuschalten (leitend/nicht leitend). In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, den Druckschalter 52 auch dann geöffnet zu halten, wenn die Batterie 12 angeschlossen ist. Dies ist z.B. sinnvoll als Diebstahlsicherung, Sicherheitsnebenschluss oder zur Vermeidung störender Lasten am parkenden Fahrzeug.
Der Überbrückungskreis 62 ist vorzugsweise eine Niedrigstromanwendung. Rückleistungsschutz für die Batterie wird durch die Orientierung der Diode D2 garantiert. Beim Betrieb werden für die Stromversorgungsleitung 14 drei Schutzstufen geboten. Das Trennen und Verbinden des ersten Steckverbinders 22 und des zweiten Steckverbinders 24 bietet eine erste Schutzstufe mit dem Schalter 38. Der Schalter 38 gestattet das Verbinden/Trennen des ersten Anschlusses 28 des ersten Steckverbinders 22 und damit des negativen Batterieausgangs 18 mit dem zweiten Anschluss 34 des zweiten Steckverbinders 24 sowie des ersten Anschlusses 26 des ersten Steckverbinders 22 und damit des positiven Batterieausgangs 16 mit dem ersten Anschluss 32 des zweiten Steckverbinders 24 während der Druckschalter 52 geöffnet ist. Durch Schließen des Schalters 38 wird eine Rückleitung durch den Schalter 40 für die Energie und die Schützspule 50 geschaffen. Wenn sie angeschlossen ist, betätigt die Spule den elektromagnetisch bewegten Druckschalter 52, so dass eine Verbindung zwischen der Stromversorgungsleitung und dem positiven Batterieausgang 16 durch die Steckverbindung 20 hergestellt wird. Wenn die Steckverbindung getrennt wird, öffnet sich der Schalter 38, bevor die Anschlüsse 32 und 26 getrennt werden. Dadurch öffnet sich der Druckschalter 52.
2 zeigt ein zweite Ausführungsbeispiel des Schaltkreises 10''. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steckverbindung 20'' gegenüber der oben beschriebenen Steckverbindung 20 verändert. In diesem Ausführungsbeispiel wird kein Anschlussschalter benutzt, sondern Anschlüsse mit unterschiedlicher Länge werden, wie unten beschrieben, verwendet. Der Steckverbindungsstromkreis 20'' kann in zwei Teile geteilt werden, entsprechend dem positiven Batterieausgang 16 und dem negativen Batterieausgang 18. Dies bedeutet, dass ein erster positiver Steckverbinder 70 und ein zweiter positiver Steckverbinder 72 verwendet werden können, um den positiven Batterieanschluss 16 mit der Stromversorgungsleitung 14 zu verbinden. Ein erster negativer Steckverbinder 74 und ein zweiter negativer Steckverbinder 76 können verwendet werden, um den negativen Batterieausgang 18 mit dem Schalter 40 zu verbinden.
Obwohl zwei separate Steckverbinder gezeigt sind, kann ein Steckverbinder verwendet werden, um den ersten positiven Steckverbinder 70 und den ersten negativen Steckverbinder 74 sowie den zweiten positiven Steckverbinder 74 und den zweiten negativen Steckverbinder 76 aufzunehmen.
Der erste positive Steckverbinder 70 besitzt einen ersten Anschluss 78 und einen zweiten Anschluss 79. Der zweite positive Steckverbinder 72 besitzt einen ersten Anschluss 80 und einen zweiten Anschluss 81. Der erste Anschluss 78 und der zweite Anschluss 79 sind miteinander sowie mit dem positiven Batterieausgang 16 elektrisch verbunden. Wie dargestellt ist der erste Anschluss 78 länger als der zweite Anschluss 79. Der erste Anschluss 80 ist mit dem Druckschalter 52 und mit der Diode D2 verbunden. Der zweite Anschluss 81 des Steckverbinders 72 ist durch die Diode D1 mit dem ersten Ende 54 der Spule 50 verbunden. Bevorzugt ist der Anschluss 81 kürzer als der Anschluss 80. Die Größe mindestens eines der Anschlüsse 79 oder 81 wird kleiner als die anderen gewählt, damit die Anschlüsse 78 und 80 vor den Anschlüssen 81 und 79 miteinander verbunden werden. Dies verhindert Funkenbildung zwischen den Anschlüssen während des Zusammensteckens.
In gleicher Weise sind die Anschlüsse 82 und 83 mit dem negativen Batterieanschluss 18 verbunden. Der Anschluss 83 ist bevorzugt kürzer als der Anschluss 82, aus demselben Grund aus dem die Anschlüsse 81 und 79 kürzer sind als die Anschlüsse 80 und 78. Der Anschluss 84 ist mit dem Karosserieboden 36 verbunden, und der Anschluss 85 ist mit dem ersten Anschluss 42 des Schalters 40 verbunden. Mindestens einer der Anschlüsse 83 und 85 ist kürzer als die Anschlüsse 82 und 84, damit die Anschlüsse 82 und 84 vor den Anschlüssen 83 und 85 miteinander verbunden werden.
Im Betrieb werden die Anschlüsse 78 und 82 bevorzugt mit den Anschlüssen 80 und 84 verbunden, bevor die Anschlüsse 79 und 83 mit den Anschlüssen 81 und 85 verbunden werden. Innerhalb jeder Steckverbindung werden die Anschlüsse 81 und 79 bevorzugt nach den Anschlüssen 80 und 78 miteinander verbunden, während die Anschlüsse 83 und 85 nach den Anschlüssen 82 und 84 miteinander verbunden werden. Es können auch Arretierungsmechanismen 90 und 92 verwendet werden, um den Trennprozess zu verlangsamen und der Spule 50 Zeit zum Ein-/Ausschalten zu geben. Dies bedeutet, dass man durch Verlangsamen des Verbindungs- oder Trennprozesses die gewünschten elektrischen Ergebnisse durch die Spule erhalten kann.
Während hier nur bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, werden dem Fachmann zahlreiche Variationen und andere Ausführungsbeispiele einfallen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nur durch die folgenden Patentansprüche beschränkt wird.

Claims

Ein Schaltkreis (10), umfassend eine Stromversorgungsleitung (14); eine Batterie (12) mit einem positiven Ausgang (16) und einem negativen Ausgang (18); einen Schützkreis (48) mit einer Spule (50), die einen Schaltkontakt (52) bedient, wobei die Spule (50) einen ersten Spulenanschluss (54) und einen zweiten Spulenanschluss (56) besitzt und der Schaltkontakt (52) die Stromversorgungsleitung (14) mit dem positiven Batterieausgang (16) verbindet; einen Schalter (40) mit einem ersten Anschluss (42), einem zweiten Anschluss (44) und einem Steueranschluss (46), wobei der zweite Anschluss (44) mit dem zweiten Spulenanschluss (56) verbunden ist; und einen Regler (66) zum Steuern des Schalters (40), der mit dem Steueranschluss (46) des Schalters (40) verbunden ist, wobei ein Steckverbindungs-Stromkreis (20) vorgesehen ist, der den positiven Batterieausgang (16) mit dem ersten Spulenanschluss (54) verbindet, bevor der negative Batterieausgang (18) mit dem ersten Anschluss (42) des Schalters (40) verbunden wird.
Schaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schalter (40), der einen Transistor enthält.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbindungs-Stromkreis einen ersten Steckverbinder (24) und einen zweiten Steckverbinder (22) besitzt, der sich mit dem ersten Steckverbinder (24) zusammenstecken lässt, wobei der erste Steckverbinder (24) einen ersten Leiter (32) und einen zweiten Leiter (34) besitzt und der zweite Steckverbinder (22) über einen dritten Leiter (26), der mit dem positiven Batterieausgang (16) verbunden ist, und einen vierten Leiter (28), der mit dem negativen Batterieausgang (18) verbunden ist, verfügt.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Steckverbindungs-Stromkreis, der einen ersten positiven Steckverbinder (70) mit einem ersten Anschluss (78) und einem zweiten Anschluss (79), einen zweiten positiven Steckverbinder (72) mit einem ersten Anschluss (80) und einem zweiten Anschluss (81 ), einen ersten negativen Steckverbinder (74) mit einem ersten Anschluss (82) und einem zweiten Anschluss (83) sowie einen zweiten negativen Steckverbinder (76) mit einem ersten Anschluss (84) und einem zweiten Anschluss (85) umfasst.
Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (78) des ersten positiven Steckverbinders (70) länger ist als der zweite Anschluss (79) des ersten positiven Steckverbinders (72).
Schaltkreis nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass der erste Anschluss (82) des ersten negativen Steckverbinders (74) länger ist als der zweite Anschluss (79) des ersten positiven Steckverbinders (70).
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überbrückungsstromkreis (62), der den Steckverbindungs-Stromkreis (10) mit der Stromversorgungsleitung (14) verbindet.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überbrückungsstromkreis (62), der eine Diode (D2) enthält, die über eine mit dem Steckverbindungs-Stromkreis (10) verbundene Anode (A2) und über eine mit der Stromversorgungsleitung verbundene Kathode (C2) verfügt.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schützstromkreis (48) eine Diode (D1) enthält, die zum Rückleistungsschutz der Batterie (12) mit der Spule (50) verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb eines Schaltkreises, der einen Schütz (48) mit einer Spule (50) und einem Schaltkontakt (52), der durch die Spule (50) bedient wird, enthält, umfassend die Schritte – Verbinden eines ersten Steckerteils (24) mit einem zweiten Steckerteil (22), wobei durch diese Verbindung die Verbindung eines ersten Anschlusses (42) eines an einer Spule (50) angeschlossenen Schalters (40) mit einem negativen Batterieausgang (18) hergestellt wird, nachdem ein positiver Batterieausgang (16) mit einem ersten Anschluss (54) der Spule (50) verbunden wurde, und – Steuern des Schaltkontakts (52), um nach dem Verbinden des Schalters (40) eine Stromversorgungsleitung (14) mit dem positiven Batterieausgang (16) zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Verbindens eines ersten Anschlusses (42) eines mit der Spule (50) verbunden Schalters (40) mit dem negativen Batterieausgang (18).