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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz einer elektrischen
Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Verwendung einer derartigen Schutzanordnung.
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Bei
einer Vielzahl von Anwendungen elektrischer Einrichtungen, insbesondere
in Fahrzeug-Bordnetzen, kommen beispielsweise in Steuergeräten eine
Vielzahl elektrischer und elektronischer Komponenten zum Einsatz,
die bei einer Verpolung beschädigt
werden können.
Beispielsweise können Elektrolyt-Kondensatoren bei
einer Verpolung explosionsartig zerstört werden. Des Weiteren können Halbleiter-Leistungsschalter
auf MOS-FET-Basis bei einer Verpolung einen hohen Stromfluß über deren Inversdiode
ermöglichen,
die bei üblichen MOS-Transistoren oder
MOS-Treibern vorhanden ist. Dieser unerwünschte hohe Stromfluß kann zu
einer Zerstörung
des jeweiligen Schalters und/oder zu einem unerwünschten Einschalten eines Verbrauchers
führen.
In diesem Zusammenhang sind Brückenschaltungen
besonders kritisch.
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Der
Einsatz von Elektrolyt-Kondensatoren und Halbleiterelementen gewinnt
jedoch insbesondere in Kraftfahrzeug-Bordnetzen zunehmend an Bedeutung. Beispielsweise
werden immer mehr Elektromotoren mittels Pulsweitenmodulation geregelt bzw.
gesteuert, wozu hohe Schaltfrequenzen erforderlich sind, die mit
Hilfe von Halbleiter-Schaltern realisiert werden können. Bei
diesen Anwendungen dienen Elektrolyt-Kondensatoren zur Vermeidung von
schädlichen
Rückwirkungen
auf das Bordnetz.
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Eine
Verpolung des Bordnetzes kann beispielsweise dann auftreten, wenn
eine Kraftfahrzeugbatterie falsch angeschlossen wird. Diese Gefahr
ist jedoch relativ gering, da eine Batterie üblicherweise von Fachleuten
eingebaut wird. Eine sehr viel größere Gefahr einer Verpolung
ist dann gegeben, wenn einem Fahrzeug Starthilfe gegeben werden
soll. Da eine Starthilfe in der Regel von Laien durchgeführt wird,
kann es hier ohne weiteres zu Verwechslungen bei den Batteriepolen
und den Starthilfekabeln kommen.
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Aus
der
EP 0 725 412 A2 ist
eine Schutzanordnung der eingangs genannten Art bekannt, mit deren
Hilfe in einem Kraftfahrzeug eine Stromleitung des Fahrzeugs vor
Fehlströmen
geschützt
werden kann. Die Stromleitung ist hierbei, in der Regel über eine
Polklemme, an einen Pol der Fahrzeugbatterie angeschlossen. Die
bekannte Schutzanordnung besitzt eine Auswerteschaltung, die einen
pyrotechnischen Schalter öffnet,
sobald sie einen Fehlstrom feststellt. Bei der bekannten Schutzanordnung
ist der Schalter in der Stromleitung angeordnet, wodurch deren Verbindung
zum Batteriepol getrennt wird, sobald die Auswerteschaltung einen
Fehlstrom feststellt.
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Aus
der
DE 39 30 896 A1 ist
eine Verpolschutzschaltung bekannt, die einen Spannungseingang,
einen damit verbundenen Spannungsausgang, einen Masse-Eingang sowie
einen Masse-Ausgang aufweist.
Diese Verpolschutzschaltung wird eingangsseitig einer elektrischen
Einrichtung vorgeschaltet, die vor einer Zerstörung durch Verpolung geschützt werden
soll. Die Verpolschutzschaltung weist zwischen Masse-Eingang und
Masse-Ausgang einen
invers betriebenen MOS-FET auf, dessen Gate mit dem Spannungseingang
verbunden ist. Wenn die Verpolschutzschaltung mit der richtigen
Polarität
beaufschlagt wird, steuert die Gate-Source-Spannung den MOS-FET
durch. Source liegt dann auf Massepotential, während Gate von der Versorgungsspannung
gespeist wird. Die Masseleitung zwischen Masse-Ausgang und Masse-Eingang hat dann einen praktisch
vernachlässigbaren
Widerstand. Wird jedoch die Spannungsversorgung mit der falschen
Polarität
an die Verpolschutzschaltung angeschlossen, ist die Gate-Source-Spannung
so klein, dass die Source-Drain-Strecke gesperrt wird. Ein Stromfluß in die
elektrische Einrichtung hinein wird damit zuverlässig verhindert. Eine derartige
Verpolschutzschaltung ist jedoch vergleichsweise teuer.
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Aus
der
DE 29 19 022 A1 ist
eine Verpolschutzanordnung für
ein Batterieladesystem bekannt, das mit einem zentral geschalteten
Relais arbeitet. Das Relais benötigt
im eingeschalteten Zustand jedoch eine relativ hohe Ansteuerleistung
und weist zudem einen relativ hohen Einschaltwiderstand auf, so
dass eine derartige Verpolschutzanordnung für eine Anwendung in einem Kraftfahrzeug
ungeeignet ist, da beim batteriebetriebenen Starten der Brennkraftmaschine
mit einer Verschlechterung der Systemeigenschaften zu rechnen ist.
Darüber
hinaus besteht bei einem Relais beim Abschalten von hohen Strömen, wie
sie im Fahrzeug auftreten können,
die Gefahr des Verschleißes
der Schaltkontakte.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
197 19 919 A1 eine Schutzanordnung für elektrische Einrichtungen bekannt,
die ein parallel zum Bordnetz geschaltetes Begrenzungselement vorschlägt, das
bei falsch gepolter Spannung die Bordnetzspannung auf einen vorgegebenen
Wert begrenzt. Außerdem
ist eine Auslöseeinheit
vorgesehen, die bei einem hohen Stromfluß durch das Begrenzungselement
anspricht. Diese Auslöseeinheit
kann dabei einen Bipolartransistor sowie einen Zünder eines Trennelementes aufweisen.
Der Kollektor des Bipolartransistors ist mit einer positiven Polklemme
einer Fahrzeugbatterie verbunden, während der Emitter des Bipolartransistors mit
dem Zünder
verbunden ist. Die Basis des Bipolartransistors ist mit der Kathode
ei ner Diode verbunden, deren Anode über einen Widerstand mit einer negativen
Polklemme der Fahrzeugbatterie verbunden ist, an die auch der Zünder angeschlossen
ist. Im Verpolfall wird der Bipolartransistor im Inversmode betrieben,
da in diesem Fall der Spannungsabfall über der Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors am geringsten ist. Auf diese Weise kann auch mit
einer geringen negativen Spannung über dem Begrenzungselement
der Zünder
mit einem ausreichend hohen Strom versorgt werden. Auch diese Anordnung ist
vergleichsweise aufwendig.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Schutzanordnung der eingangs genannten Art eine verbesserte
Ausführungsform
anzugeben, die insbesondere preiswert realisierbar ist und einen
besonders hohen Schutz der jeweiligen elektrischen Einrichtung gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, unmittelbar an einer
Polklemme zwischen einem mit der Polklemme verbundenen Anschlußabschnitt
und einem zum Starthilfegeben und Starthilfenehmen mit einem Starthilfekabel
kontaktierbaren Starthilfe-Kontaktabschnitt einen Schalter anzuordnen,
der die elektrische Verbindung zwischen Starthilfe-Kontaktabschnitt
und Anschlußabschnitt
trennt, sobald eine Auswerteschaltung einen Fehlstrom detektiert.
Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass die elektrische Einrichtung
separat, also unter Umgehung des Schalters an die Polklemme angeschlossen
ist. Bei einer Fehlpolung fließt
ein Fehlstrom, den die Auswerteschaltung erkennt, so dass diese
den Schalter zum Trennen der elektrischen Verbindung zwischen Starthilfe-Kontaktabschnitt
und Anschlußabschnitt
betätigt.
Der falsch gepolte Starthilfe-Kontaktabschnitt ist dann sofort von
der Polklemme und somit von der jeweiligen Einrichtung getrennt.
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Der
Fehlstrom gelangt folglich gar nicht zur Einrichtung. Eine derartige
Anordnung ist preiswert realisierbar und somit für einen Großserieneinsatz besonders geeignet.
Von besonderer Bedeutung ist außerdem,
dass nach dem Öffnen
des Schalters die Einrichtung noch immer mit dem Pol der Batterie
verbunden und somit funktionsfähig
ist.
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Bei
einer zweckmäßigen Weiterbildung
kann die Auswerteeinrichtung mit einem Stromsensor zusammenarbeiten,
der in einer Hauptleitung die Stromhöhe und/oder die Stromflußrichtung
sensiert und der zur Übertragung
eines entsprechenden Sensorsignals mit der Auswerteschaltung verbunden
ist. Ein Startsignalgeber erzeugt beim Startbetrieb ein Startsignal
und ist zur Übertragung
dieses Startsignals mit der Auswerteschaltung verbunden. Die Auswerteschaltung
kann nun anhand des Sensorsignals und des Startsignals feststellen,
ob ein Fehlstrom vorliegt oder nicht, und gegebenenfalls den Schalter zum Öffnen ansteuern,
sobald sie in der Hauptleitung einen Fehlstrom feststellt. Durch
diese Bauweise ist es z.B. möglich,
ein Bordnetz eines Fahrzeugs vor Schaden zu bewahren, wenn beispielsweise
versucht wird, von einem Fahrzeug mit 24-Volt-Bordnetz Starthilfe bei einem Fahrzeug
mit 12-Volt-Bordnetz zu geben.
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Bei
dieser Ausführungsform
führt die
Hauptleitung zu wenigstens einer zweiten elektrischen Einrichtung,
z.B. zu einem Starter und einem Generator oder zu einem Startergenerator,
und ist an den Starthilfe-Kontaktabschnitt angeschlossen, wobei
dann die erste Einrichtung, z.B. ein Bordnetz, unter Umgehung der
Hauptleitung an die Polklemme angeschlossen ist.
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Durch
diese Ausgestaltung ist es möglich,
in der Hauptleitung für
bestimmte Betriebszustände
unterschiedliche Stromflußrichtungen
zuzulassen, ohne dass es hierbei zu einer Betätigung des Schalters kommt.
Beispielsweise fließt
der Strom durch die Hauptleitung im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs,
also im Generatorbetrieb in der einen Richtung, während der Strom
beim Starten des Fahrzeugs, also beim Starterbetrieb in der Gegenrichtung durch
die Hauptleitung fließt.
Damit die Auswerteschaltung den in die Gegenrichtung fließenden Strom nicht
als Verpolung bewertet, ist das zusätzliche Startsignal vorgesehen.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann der Stromsensor
an der Hauptleitung so angeordnet sein, dass sich der Starthilfe-Kontaktabschnitt
zwischen dem Stromsensor und dem Schalter befindet. Grundsätzlich spielt
es für
den Stromsensor keine Rolle, an welcher Stelle er zwischen dem Pol
und dem Starter bzw. Generator entlang der Hauptleitung angeordnet
ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung
wird es jedoch einem mit der erfindungsgemäßen Schutzanordnung ausgestatteten
Fahrzeug ermöglicht,
einem Fremdfahrzeug Starthilfe zu geben. Denn durch die gewählte Anordnung
fließt
der Strom beim Starthilfevorgang im Bereich des Stromsensors nicht
in der Gegenrichtung durch die Hauptleitung, so dass der Schalter nicht
betätigt
wird, obwohl der Startsignalgeber kein Startsignal erzeugt.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei welcher ein Schaltelement der Auswerteschaltung ein MOS-Treiber
ist, der eine Inversdiode aufweist, wobei dann eine Diodenanordnung zur
Steuerung der Steuerleitung die Inversdiode umfaßt oder durch die Inversdiode
selbst gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform erhält die Auswerteschaltung
eine erhöhte
Funktionsdichte, wobei die Mehrfachnutzung einzelner Komponenten,
hier der Inversdiode, die Herstellung der Schutzanordnung besonders
preiswert gestaltet.
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Zweckmäßig kann
eine elektrisch isolierende Abdeckung vorgesehen sein, welche die
Polklemme bis auf den Starthilfe-Kontaktabschnitt
vollständig
abdeckt. Durch diese Maßnahme
wird der Anwender gezwungen, bei einem Starthilfevorgang den Pol
der Batterie über
den Starthilfe-Kontaktabschnitt zu kontaktieren. Auf diese Weise
ist sichergestellt, dass die er findungsgemäße Schutzanordnung nicht durch
ein versehentlich falsches Anschließen umgangen wird. Der Schutz
der jeweiligen Einrichtung kann dadurch zusätzlich erhöht werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei
sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Draufsicht auf eine
Fahrzeugbatterie in einer Prinzipdarstellung,
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2 eine schaltplanartige,
vergrößerte Darstellung
eines Pols der Batterie,
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3 eine Ansicht wie in 2, jedoch mit einer im Bereich
des Pols angeordneten Abdeckung.
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Entsprechend 1 besitzt eine herkömmliche
Batterie 1, hier exemplarisch eine Fahrzeugbatterie 1 eines
im übrigen
nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, zwei Pole, nämlich einen Minuspol 2 und
einen Pluspol 3. Zum Anschließen elektrischer Leitungen
an die Pole 2, 3 werden üblicherweise sogenannte Polklemmen 4 verwendet,
von denen hier lediglich eine dargestellt ist. An die dargestellte
Polklemme 4 sind hier zwei Leitungen 5, 6 unabhängig voneinander
angeschlossen. Im folgenden wird mit Bezug auf die 2 und 3 die
vorliegende Erfindung näher
erörtert,
wobei dies anhand des Pluspols 3 erfolgt. Es ist jedoch
klar, dass die Erfindung grundsätzlich
in entsprechend angepaßter
Weise auch am Minuspol 2 realisierbar ist.
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Entsprechend 2 umfaßt eine erfindungsgemäße Schutzanordnung 7 eine
Polklemme, hier die Polklemme 4, die an den Pluspol 3 der
Batterie 1 angeschlossen ist. Die beiden an die Polklemme 4 angeschlossenen
Leitungen 5, 6 sind hier durch eine Hauptleitung 5 und
eine Nebenleitung oder Bordnetzleitung 6 gebildet. Die
Neben- oder Bordnetzleitung 6 führt zu einer nicht näher dargestellten
ersten elektrischen Einrichtung, die bei einem Fahrzeug zweckmäßig durch
ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs gebildet ist. Die Bordnetzleitung 6 ist über ein
Anschlußelement 8 unmittelbar,
also unter Umgehung der Hauptleitung 5 an die Polklemme 4 angeschlossen. Im
Unterschied dazu ist die Hauptleitung 5 über eine Schutzkontakteinheit 9 indirekt
an die Polklemme 4 angeschlossen. Die Hauptleitung 5 führt zu einer nicht
gezeigten zweiten elektrischen Einrichtung, beim Fahrzeug zweckmäßig zu einem
Starter und zu einem Generator des Fahrzeugs. Ebenso kann die Hauptleitung 5 zu
einem Startergenerator des Fahrzeugs führen, der sowohl in einem Startermodus
als auch in einem Generatormodus betrieben werden kann.
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Die
Schutzkontakteinheit 9 umfaßt einen Anschlußabschnitt 10,
einen Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 sowie einen Schalter 12.
Der Anschlußabschnitt 10 ist
einerseits direkt mit der Polklemme 4 elektrisch leitend
verbunden und andererseits über
den Schalter 12 elektrisch leitend mit dem Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 verbunden.
Die Hauptleitung 5 ist an den Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 elektrisch
leitend angeschlos sen. Der Schalter 12 ist so ausgebildet,
dass er bei seiner Betätigung
die elektrische Verbindung zwischen dem Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 und dem
Anschlußabschnitt 10 auftrennt.
Der Schalter 12 ist hierzu mit einer Auswerteschaltung 15 gekoppelt, die
so ausgestaltet ist, dass sie einen Fehlstrom erkennt und bei Vorliegen
eines Fehlstroms den Schalter 12 zum Öffnen betätigt.
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Dem
Schalter 12 ist eine Steuerleitung 13 zugeordnet,
die einenends an den Anschlußabschnitt 10 und
anderenends an einen Steuerausgang 14 der Auswerteschaltung 15 angeschlossen
ist. Der Schalter 12 ist nun so ausgestaltet, dass er die
elektrische Verbindung zwischen Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 und
Anschlußabschnitt 10 trennt,
sobald durch die Steuerleitung 13 ein vorbestimmter Strom
fließt.
Die Höhe
des vorbestimmten Stroms ist dabei zweckmäßig so gewählt, dass parasitäre Effekte
keine Betätigung
des Schalters 12 auslösen.
Beispielsweise kann der Schalter 12 als Relais ausgebildet
sein, das bei einer Bestromung der Steuerleitung 13 schaltet. In
der Steuerleitung 13 ist dann zu diesem Zweck z.B. ein
Solenoid angeordnet, der einen Kontakt im Relais in eine andere
bleibende Schaltstellung umschaltet.
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Bevorzugt
wird jedoch eine Ausführungsform,
bei welcher der Schalter 12 als pyrotechnischer Sprengschalter
ausgebildet ist, der bei einer Bestromung der Steuerleitung 13 zündet. Bei
dieser Ausführungsform
kann dann in der Steuerleitung 13 ein Heizabschnitt, insbesondere
eine Heizwendel oder Glühwendel,
angeordnet sein, wobei sich dieser Heizabschnitt bei einem Stromfluß durch
die Steuerleitung 13 erwärmt und so den Sprengschalter 12 thermisch
zündet.
Grundsätzlich
sind jedoch auch andere geeignete Ausgestaltungen für den Schalter 12 möglich.
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Innerhalb
der Auswerteschaltung 15 ist der Steuerausgang 14 über eine
Diodenanordnung 16 mit dem zum Pol der Polklemme 4 inversen
Gegenpol der Batterie 1, also hier mit dem Minuspol 2 elektrisch
verbunden. Die Diodenanordnung 16 ist dabei so gewählt, dass
sie bei richtiger Polung der Polklemmen 4 sperrt und bei
Fehlpolung leitet.
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Bei
der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzanordnung 7 ist
außerdem
ein Stromsensor 17 vorgesehen, der so ausgebildet ist,
dass er in der Hauptleitung 5 die Stromflußrichtung
und zweckmäßig auch die
Stromhöhe
sensiert und ein entsprechendes Sensorsignal generiert. Der Stromsensor 17 ist
zur Übertragung
des Stromsignals mit der Auswerteschaltung 15 verbunden.
Beispielsweise kann der Stromsensor 17 als Hall-Sensor
ausgebildet sein.
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Des
Weiteren ist ein Startsignalgeber 18 vorgesehen, der beispielsweise
einen Bestandteil einer Startanlage des Fahrzeugs bildet. Der Startsignalgeber 18 ist
so ausgestaltet, dass er beim Starten des Fahrzeugs, also beim Betrieb
des Starters, ein Startsignal erzeugt und dieses an die Auswerteschaltung 15 weiterleitet.
Zu diesem Zweck ist die Auswerteschaltung 15 mit dem Startsignalgeber 18 verbunden.
Zusätzlich
können
weitere Einrichtungen mit der Auswerteschaltung 15 verbunden
sein, beispielsweise kann von einer nicht gezeigten Crash-Sensorik ein Crashsignal
an die Auswerteschaltung 15 übertragen werden.
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Die
Auswerteschaltung 15 enthält nun eine Auswerteeinheit 19,
welche die eingehenden Signale auswertet und z.B. anhand des Sensorsignals
und anhand des Startsignals feststellt, ob ein ordnungsgemäßer Strom
oder ein Fehlstrom vorliegt. Ebenso kann die Auswerteschaltung 19 das
Vorliegen weiterer für
die Betätigung
des Schalters 12 relevanter Ereignisse, wie z.B. ein Crashfall,
abfragen.
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Die
Auswerteschaltung 19 enthält ein Schaltelement 20,
das hier von der Auswerteeinheit 19 angesteuert wird, wenn
ein Fehlstrom oder ein anderes, die Betätigung des Schalters 12 forderndes
Ereignis vorliegt. Das Schaltelement 20 kann im angesteuerten
Zustand unter Umgehung der Diodenanordnung 16 den Steuerausgang 14 mit
dem Gegenpol, also hier mit dem Minuspol 2 elektrisch verbinden.
Dementsprechend fließt
dann bei betätigtem
Schaltelement 20 ein Strom durch die Steuerleitung 13.
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Vorzugsweise
handelt es sich beim Schaltelement 20 um einen MOS-Treiber,
der eine Inversdiode 21 aufweist. Vorteilhafterweise wird
bei der vorliegenden Erfindung die beim MOS-Treiber 20 ohnehin vorhandene
Inversdiode 21 zur Ausbildung der Diodenanordnung 16 verwendet.
Im einfachsten Fall wird die Diodenanordnung 16 durch die
Inversdiode 21 selbst gebildet. Falls jedoch eine geringere
Verpolspannung gewünscht
ist, kann die Diodenanordnung 16 zusätzlich zur Inversdiode 21 wenigstens eine
weitere parallel zur Inversdiode 21 geschaltete Diode aufweisen.
Eine derartige zusätzliche
Diode ist zweckmäßig als
Schottky-Diode ausgebildet.
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Der
Stromsensor 17 kann grundsätzlich zwischen der Polklemme 4 und
dem Starter bzw. Generator an einer beliebigen Stelle entlang der
Hauptleitung 5 angeordnet sein, um den darin fließenden Strom
hinsichtlich Höhe
und Richtung zu sensieren. Bei der erfindungsgemäßen Schutzanordnung 7 ist jedoch
die hier gewählte
Positionierung des Stromsensors 17 relativ zum Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 von
besonderer Bedeutung. Diese Positionierung erfolgt erfindungsgemäß nämlich so,
dass sich der Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 zwischen dem
Stromsensor 17 und dem Pol, an den die Polklemme 4 angeschlossen
ist, also hier dem Pluspol 3 befindet.
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Entsprechend 3 umfaßt die erfindungsgemäße Schutzanordnung 7 bei
einer bevorzugten Weiterbildung außerdem eine elektrisch isolierende Abdeckung 22,
die zweckmäßig in eine
für den
jeweiligen Pol 2, 3 an der Batterie 1 ausgebildete
Vertiefung 23 (vergleiche auch 1) eingepaßt ist. Die Abdeckung 22 ist
dabei so geformt, dass sie den jeweiligen Pol 2, 3 sowie
die gesamte Polklemme 4 mit Ausnahme des Starthil fe-Kontaktabschnittes 11 vollständig abdeckt.
Für den
Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 enthält die Abdeckung 22 eine
Aussparung 24, die so dimensioniert ist, dass der Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 mit
einer Klemme eines Starthilfekabels erreichbar ist. Beispielsweise
ragt der Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 durch
die Aussparung 24 nach oben über die Abdeckung 22 vor.
Ebenso kann der Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 mit
einem hier nicht näher
bezeichneten Verlängerungsabschnitt
ausgestattet sein, der lösbar,
insbesondere steckbar, oder unlösbar
mit dem Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 verbunden ist
und der von der Batterie 1 über die Polklemme 4, den
Pol 3 und den Anschlußabschnitt 10 hinaus
versteht.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausführungsform können die
komplette Auswerteschaltung 15 und insbesondere auch der
Stromsensor 17 in die Abdeckung 22 integriert
bzw. an dieser angebracht sein. Hierdurch ergibt sich eine raumsparende
und geschützte
Unterbringung der Auswerteschaltung 15 und des Stromsensors 17.
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Die
erfindungsgemäße Schutzanordnung 7 arbeitet
wie folgt:
Im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs liefert der
Generator über
die Hauptleitung 5 Strom zur Versorgung des Bordnetzes
sowie zum Aufladen der Batterie 1. Da es sich hierbei um
Gleichstrom handelt, liegt eine bestimmte Stromflußrichtung
vor. Diese Stromrichtung wird vom Stromsensor 17 ermittelt
und der Auswerteschaltung 15 mitgeteilt. Da das Fahrzeug im
Generatorbetrieb arbeitet, liegt kein Startvorgang vor, so dass
der Startsignalgeber 18 kein Startsignal generiert. Die
Auswerteeinheit 19 erkennt dadurch, dass die vorliegende
Stromrichtung mit der für
den Generatorbetrieb erwünschten
Stromrichtung übereinstimmt
und betätigt
dementsprechend das Schaltelement 20 nicht.
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Wenn
das Fahrzeug gestartet wird, liegt der Startbetrieb vor, so dass
der Startsignalgeber 18 ein Startsignal, das im Allgemeinen
als „Klemme 50 Signal" bezeichnet wird,
generiert und der Auswerteschaltung 15 übermittelt. Während des
Startbetriebs wird der Starter von der Batterie 1 mit Strom
versorgt, also fließt
der Strom beim Startbetrieb im Vergleich zum Generatorbetrieb in
der entgegengesetzten Richtung. Der Stromsensor 17 erkennt
die andere Stromrichtung und meldet diese an die Auswerteschaltung 15 weiter.
Die Auswerteeinheit 19 erkennt, dass der Strom in der Hauptleitung 5 in
der für
den Generatorbetrieb falschen Stromrichtung fließt, erkennt jedoch auch über das
anliegende Startsignal, dass es sich eben nicht um den Generatorbetrieb, sondern
um den Startbetrieb handelt. Dementsprechend steuert die Auswerteeinheit 19 das
Schaltelement 20 wieder nicht an.
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Wenn
nun durch einen Schadensfall oder dgl. in der Hauptleitung 5 für den jeweiligen
Betriebszustand des Fahrzeuges die falsche Stromflußrichtung
und/oder die falsche Stromhöhe
vorliegt, wird dies von der Auswerteeinheit 19 erkannt.
Diese betätigt
daraufhin das Schaltelement 20. Das angesteuerte Schaltelement 20 erzeugt
nun eine elektrische Verbindung zwischen dem Steuerausgang 14 und
dem Gegenpol, also hier dem Minuspol 2. In der Folge fließt ein Strom
durch die Steuerleitung 13, der den Schalter 12 zum
Trennen der elektrischen Verbindung zwischen Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 und Anschlußabschnitt 10 betätigt. In
der Folge ist die Hauptleitung 5 von der Bordnetzleitung 6 getrennt, wodurch
das Bordnetz vor Fehlströmen
in der Hauptleitung 5 geschützt ist. Ebenso kann bei einem
Crashfall über
die Auswerteeinheit 19 das Schaltelement 20 und
somit der Schalter 12 zum Öffnen betätigt werden.
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Wichtig
ist hierbei, dass das Bordnetz trotz ausgelöstem bzw. geöffnetem
Schalter 12 an die Batterie 1 angeschlossen und
somit voll funktionsfähig bleibt.
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Bei
einem Starthilfevorgang ist zwischen aktiver Starthilfe, bei welcher
das mit der Schutzanordnung 7 ausgestattete Fahrzeug einem
anderen Fahrzeug Starthilfe gibt, und passiver Starthilfe zu unterscheiden,
bei welcher das mit der Schutzanordnung 7 ausgestattete
Fahrzeug von einem anderen Fahrzeug Starthilfe erhält.
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Bei
aktiver Starthilfe ist für
das die Starthilfe gebende Fahrzeug eine Fehlpolung relativ unproblematisch,
da in der Regel die stärkere
Batterie 1 die Stromrichtung vorgibt. Bei richtiger Polung
kommt bei aktiver Starthilfe die hier gewählte besondere Anordnung des
Stromsensors 17 relativ zum Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 zum
Tragen. Bei aktiver Starthilfe ist das mit der Schutzanordnung 7 ausgestattete Fahrzeug
entweder ausgeschaltet oder im Generatorbetrieb. Jedenfalls nicht
im Startbetrieb, so dass kein Startsignal vorliegt. Wenn nun bei
der aktiven Starthilfe Strom über
den Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 fließt, ist durch die gewählte Anordnung
von Stromsensor 17 und Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 sichergestellt,
dass der Stromsensor 17 in der Hauptleitung 5 keine
Umkehr der Stromflußrichtung
feststellen kann. Die Auswerteeinheit 19 geht folglich
von einem ausgeschalteten Fahrzeug oder von einem Fahrzeug im Generatorbetrieb
aus.
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Bei
der passiven Starthilfe und bei richtiger Polung stellt sich derselbe
Zustand ein, der auch dann vorliegt, wenn das Fahrzeug bei voller
Batterie 1 ohne Starthilfe gestartet wird. Wenn es jedoch
bei der passiven Starthilfe versehentlich zu einer Verpolung kommt,
wird die Diodenanordnung 16 leitend, so dass ein Strom
durch die Steuerleitung 13 fließt, was den Schalter 12 betätigt und
somit den Starthilfe-Kontaktabschnitt 11 vom
Bordnetz trennt. Zwar kann der Fehlstrom durch die Hauptleitung 5 zum Generator
bzw. zum Starter gelangen, diese Bauteile sind jedoch in der Regel
robust genug oder durch eigene Schutzmaßnahmen vor Fehlströmen geschützt.
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Die
erfindungsgemäße Schutzanordnung 7 stellt
somit einen besonders preiswert realisierbaren Verpolschutz und
Fehlstromschutz für
eine elektrische Einrichtung, wie z.B. das Bordnetz des Fahrzeugs,
zur Verfügung.