DE19937491A1

DE19937491A1 - Sicherheitseinrichtung für das Bordnetz eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19937491A1
Application number: DE1999137491
Authority: DE
Inventors: Ingo Rennert; Uwe Dierker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-08-07
Filing date: 1999-08-07
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2019-08-08
Also published as: DE19937491B4

Abstract

Es wird eine Sicherheitseinrichtung für das Bordnetz eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei der eine unmittelbar an einem Pol (1) einer Fahrzeugbatterie (2) angeordnete Polklemme (3) eine Anschlußeinheit bildet und Sicherheitseinrichtungen zur Überwachung des Stromflusses und zum Abschalten von angeschlossenen Stromkreisen enthält. Eine in der Polklemme (3) angeordnete Steuerlogik (4) steuert mittels niederohmigen Leistungshalbleiterschaltern (6, 7) den Magnetschalter (14) und den Startermotor (15), so daß in einem Kurzschlußfall eine Stromabschaltung erfolgen kann. Über einen weiteren in der Polklemme (3) angeordneten steuerbaren Schalter (9) kann in einer Kurzschluß- oder Notsituation außerdem eine Abschaltung des Bordnetzes erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für das Bordnetz eines Fahrzeugs gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, Stromkreise in einem Bordnetz eines Fahrzeugs mittels Schmelzsicherungen gegen zu hohe Strombelastungen abzusichern. Im Generatorpfad kann hierzu beispielsweise eine träge Schmelzsicherung mit einem Nennstrom von 150 A Verwendung finden, wobei der Bordnetzpfad mit einer trägen 110 A-Schmelzsicherung abgesichert sein kann. Die Verwendung derartiger Schmelzsicherungen erfordert einen entsprechend hohen Platzbedarf und sie haben außerdem den Nachteil, daß im Falle einer vorübergehenden Störung, bei der die Schmelzsicherung durchgebrannt ist, eine Funktion des entsprechenden Stromkreises erst nach Austausch der Schmelzsicherung wiederhergestellt werden kann.

Aus der DE 41 10 240 C1 ist eine Einrichtung zur Absicherung eines Hauptstrompfades in einem Kraftfahrzeug bekannt, die ein Stromerfassungsmittel zur Überwachung des Stromflusses im Hauptstrompfad sowie ein elektronisch ansteuerbares, batterienah untergebrachtes Abschaltmittel umfaßt. In einer Kurzschlußsituation kann mit dem Abschaltmittel eine Unterbrechung des Hauptstrompfades erfolgen. Als Abschaltmittel wird ein elektrisch zündbares, pyrotechnisches Element oder ein zumindest elektromagnetisch wirkendes Element verwendet.

Auch aus der DE 198 11 626 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung für die Stromversorgungsanlage eines Fahrzeugs bekannt, die mittels einer Einrichtung zur Stromüberwachung Richtung und Größe des Stroms bestimmt und dies an eine Steuereinheit übermittelt. Erkennt die Steuereinheit das Auftreten eines Kurzschlusses, werden von ihr Relais-Umschalteinrichtungen betätigt, um die Verbindung zur Störungsstelle zu unterbrechen und um gegebenenfalls einen anderen Verbindungsweg einzurichten.

Die Verwendung von Schmelzsicherungen und Relais zur Absicherung eines Bordnetzes erfordert, wie bereits erwähnt, einen hohen Platzbedarf. Die Verwendung von Relais ist außerdem sehr aufwendig, da die Relais den in Kraftfahrzeugen auftretenden hohen mechanischen Beanspruchungen standhalten müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitseinrichtung für das Bordnetz eines Fahrzeuges zu schaffen, mit der eine verbesserte Absicherung in möglichst unmittelbarer Nähe eines Batteriepols möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erhält man durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Die Sicherheitseinrichtung ist zusammen mit einem Stromsensor in einer eine Polklemme der Fahrzeugbatterie bildenden Anschlußeinheit untergebracht. Die Sicherheitseinrichtung umfaßt Einrichtungen zur Überwachung des Stromflusses und zur Unterbrechung des Stromflusses, wenn beispielsweise eine Strom-Grenzwertüberschreitung festgestellt wird. Mit einer in der Polklemme untergebrachten Sicherheitseinrichtung ist die Schaffung eines kurzschlußsicheren Bordnetzes möglich.

Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Batteriespannung über einen in der Polklemme angeordneten niederohmigen Leistungshalbleiterschalter an den Startermotor des Fahrzeugmotors anlegbar ist, so daß die Starterleitung nach einem Startvorgang wieder stromlos ist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist auch vorgesehen, daß die Batteriespannung über einen in der Polklemme angeordneten niederohmigen Leistungshalbleiterschalter an den Magnetschalter des Startermotors des Fahrzeugmotors anlegbar ist. Dadurch können der bisher in Magnetschaltern verwendete massive Brückenkontakt und die flexible Verbindungsleitung zwischen Magnetschalter und Startermotor entfallen.

Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung ist insbesondere in Verbindung mit einem autonomen Startsystem verwendbar, bei dem der Ritzeleinzug über den Magnetschalter sowie der Startvorgang bis zum Rundlauf des Verbrennungsmotors ohne weitere Beeinflussung durch den Fahrer selbsttätig erfolgen.

Der in der Polklemme verwendete Stromsensor ist vorzugsweise ein Hallsensor, der am Strompfad zwischen dem Batteriepol und den Anschlußklemmen der Polklemme angeordnet ist. Eine in der Polklemme befindliche Steuerlogik überwacht mittels des Stromsensors den zu einer oder mehreren Anschlußklemmen der Polklemme führenden Strom, so daß im Falle eines unzulässigen Stromflußwertes die Steuerlogik die in der Polklemme befindlichen Leistungshalbleiterschalter zur Unterbrechung des Stromflusses entsprechend ansteuern kann.

In der Polklemme kann außer den Leistungshalbleiterschaltern auch ein von der Steuerlogik ansteuerbarer weiterer Schalter angeordnet sein, mit dem das Bordnetz mit Generatorpfad vom Batteriepol abgetrennt werden kann. Eine Abtrennung des Bordnetzes kann dabei nicht nur im Kurzschlußfall, sondern beispielsweise auch in einer Unfallsituation oder in einer sonstigen Notsituation selbsttätig erfolgen. Die Erkennung einer Unfallsituation kann dabei mit an sich bekannten Unfallsensoren, die auch als Crashsensoren bezeichnet werden, durchgeführt werden.

In der Polklemme kann mittels eines Temperatursensors eine Temperaturüberwachung vorgenommen werden, um bei Überschreiten einer maximal zulässigen Betriebstemperatur eine Strompfadabtrennung vornehmen zu können. In der Polklemme kann eine Verpolschutzdiode angeordnet sein, mit deren Hilfe die Steuerlogik eine verpolt angeschlossene Fremdstarterbatterie erkennen und ein sofortiges Abschalten der Polklemme vornehmen kann.

Eine an die Polklemme angeschlossene externe Batteriesicherungseinheit für mehrere Stromkreise des Bordnetzes kann Sicherungselemente in Form von Leistungshalbleiterschaltern enthalten, die von einer das Bordnetz überwachenden Überwachungseinrichtung angesteuert werden. Treten im Bordnetz an einem oder mehreren Verbrauchern Fehlfunktionen oder zu hohe Strombelastungen auf, kann die Überwachungseinrichtung die entsprechenden Verbraucher vom Bordnetz abschalten, sofern dies aus sicherheitsrelevanten Gründen zulässig und/oder erforderlich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Schaltbildes näher erläutert, welches eine Sicherheitseinrichtung für das Bordnetz eines Fahrzeugs zeigt.

Unmittelbar am Pluspol 1 einer Fahrzeugbatterie 2 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Polklemme 3 angeordnet, die eine Anschlußeinheit mit den Anschlußklemmen M, S, B bildet. In der Polklemme 3 befindet sich eine Steuerlogik 4, an die ein als Stromsensor dienender Hallsensor 5, drei Leistungshalbleiterschalter 6 bis 8, ein steuerbarer Schalter 9, eine Verpolschutzdiode 10, ein Temperatursensor 11, ein Transitschalter 12 und eine lichtemittierende Diode 13 angeschlossen sind. An einer Klemme A1 wird das Zündanlaßsignal zugeführt, während weitere Anschlußklemmen A2 bis A5 zur Übertragung von Zustandsinformationen oder von Steuersignalen dienen können. Beispielsweise kann an der Anschlußklemme A2 ein Unfallzustandssignal (Crashsignal) der Steuerlogik 4 zugeführt werden, um in einer Unfallsituation ein Abklemmen der Polklemme 3 zu bewirken.

Die Anschlußklemme M ist für den Anschluß eines Magnetschalters 14 und die Anschlußklemme S für den Anschluß des Startermotors 15 vorgesehen. An der Anschlußklemme B ist das Bordnetz über eine Batteriesicherungsdose 16 angeschlossen.

Der Startermotor 15 wird von der Polklemme 3 über den sehr niederohmigen Leistungshalbleiterschalter 7 geschaltet, so daß die Starterleitung nach dem Startvorgang wieder stromlos geschaltet werden kann. Dabei erfolgt der Einzug des Ritzels des Startermotors 15 über den Magnetschalter 14, der über den ebenfalls sehr niederohmigen Leistungshalbleiterschalter 6 betätigt wird. Die Leistungshalbleiterschalter 6, 7 können im durchgeschalteten Zustand einen Durchgangswiderstand im Bereich von 1 mOhm haben.

Der gesamte Startvorgang wird von der Steuerlogik 4 überwacht und initiiert, wenn an der Anschlußklemme A1 ein entsprechendes Startsignal anliegt. Während des Startvorganges wird mittels des Hallsensors 5 der Stromfluß gemessen und mit einer Sollkennlinie verglichen. Treten unzulässige Abweichungen vorn der Sollkennlinie auf, veranlaßt die Steuerlogik 4 eine Unterbrechung des Startvorganges. Eine Fehlermeldung kann durch Ansteuerung der lichtemittierenden Diode 13 erfolgen.

Die an die Anschlußklemme B angeschlossene Leitung 17 kann als Generatorpfad bezeichnet werden. Im Falle eines Frontalaufpralls erhält die Steuerlogik 4 ein entsprechendes Unfallzustandssignal, worauf die Steuerlogik 4 den als Relais ausgebildeten steuerbaren Schalter 9 betätigt und den Generatorpfad 17 unterbricht. Gleichzeitig können die Leistungshalbleiterschalter 6 und 7 gesperrt werden. Über die Anschlußklemme A5 kann außerdem mittels des Leistungshalbleiterschalters 8 eine Notversorgung von verschiedenen Verbrauchern, wie Warnblinkern oder Telefon erfolgen.

Der in der Polklemme 3 integrierte Hallsensor 5 kann auch einen Rückstrom feststellen, worauf ebenfalls von der Steuerlogik 4 eine Abschaltung der Polklemme veranlaßt werden kann, sofern der Rückstrom unzulässig hoch wird (Kurzschluß). Andererseits kann über Hin- und Rückstrom der Batterieladezustand errechnet werden.

Mit gepunkteter Linie 18 ist eine verpolt angeschlossene Fremdstarterbatterie 19 markiert, die bewirkt, daß die Verpolschutzdiode 10 in Durchlaßrichtung betrieben wird, so daß die Steuerlogik 4 diesen Verpolzustand erkennen und eine entsprechende Abschaltung der Polklemme 3 vornehmen kann.

In der Batteriesicherungsdose 16 können anstelle von Schmelzsicherungen ebenfalls steuerbare Leistungshalbleiterschalter zum Einsatz kommen, die bei unzulässig hohen Stromwerten von einer Steuereinrichtung gezielt abgeschaltet werden können.

Der im Bordnetz befindliche Generator 20 besitzt einen Differenzstromsensor 21, der den Generator 20 bei Auftreten einer Leitungsunterbrechung oder eines Masseschlusses oder Kurzschlusses abschaltet.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Pluspol

2

Fahrzeugbatterie

3

Polklemme

4

Steuerlogik

5

Hallsensor

6

,

7

,

8

Leistungshalbleiterschalter

9

steuerbarer Schalter

10

Verpolschutzdiode

11

Temperatursensor

12

Transitschalter

13

Diode

14

Magnetschalter

15

Startermotor

16

Batteriesicherungsdose

17

Leitung

18

gepunktete Linie

19

Fremdstarterbatterie

20

Generator

21

Differenzstromsensor
M, S, B Anschlußklemmen
A1 bis A5 Anschlußklemmen

Claims

1. Sicherheitseinrichtung für das Bordnetz eines Fahrzeugs, die mittels eines an einen Pol (1) der Fahrzeugbatterie (2) angeschlossenen Stromsensors den Stromfluß überwacht und im Falle einer Grenzwertüberschreitung den Stromfluß von der Fahrzeugbatterie zu angeschlossenen elektrischen Verbrauchern unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung mit dem Stromsensor in einer eine Polklemme (3) der Fahrzeugbatterie (2) bildenden Anschlußeinheit untergebracht ist.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannung über einen in der Polklemme (3) angeordneten niederohmigen Leistungshalbleiterschalter (7) an den Startermotor (15) des Fahrzeugmotors anlegbar ist.

3. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannung über einen in der Polklemme (3) angeordneten niederohmigen Leistungshalbleiterschalter (6) an den Magnetschalter (14) des Startermotors (15) des Fahrzeugmotors anlegbar ist.

4. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor ein Hallsensor (5) ist, der am Strompfad zwischen dem Batteriepol (1) und den zum Bordnetz und/oder weiteren elektrischen Verbrauchern führenden Anschlußklemmen (M, S, B) der Polklemme (3) angeordnet ist.

5. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Stromsensor mit einer in der Polklemme (3) befindlichen Steuerlogik (4) in Verbindung steht, die den zu einer oder mehreren Anschlußklemmen (M, S, B) der Polklemme (3) führenden Strompfad im Falle eines unzulässigen Stromflußwertes unterbricht.

6. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (4) einen im Strompfad zwischen Batteriepol (1) und Anschlußklemme (B) angeordneten steuerbaren Schalter (9) oder Leistungshalbleiter steuert.

7. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturüberwachung ein Temperatursensor (11) in der Polklemme (3) angeordnet ist.

8. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Verpolschutzdiode (10) in der Polklemme (3) eine verpolt angeschlossene Fremdstarterbatterie (19) erkannt wird und ein Abklemmen der Polklemme (3) erfolgt.

9. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Polklemme (3) angeschlossene Batteriesicherungsdose (16) für mehrere Stromkreise des Bordnetzes Sicherungselemente in Form von Leistungshalbleiterschaltern enthält, die von einer Überwachungseinrichtung angesteuert werden.