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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für das Bordnetz eines Fahrzeugs
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 197 06 946
A1 ist eine Batterieüberwachungseinheit
mit einem in eine Batteriezuleitung eingeschleiften Leistungshalbleiterschalter
in Form einer Sense-FET-Schaltungsanordnung,
die den Batteriestrom bidirektional erfasst und deren Leistungs-FET-Teil den in die Batteriezuleitung
eingeschleiften Leistungshalbleiterschalter bildet. Die Batterieüberwachungseinheit
ist dabei als batteriekiemmennahe Baueinheit oder als mit einer
Batterieklemme integriertes Bauteil realisiert. Über den Leistungshalbleiterschalter
kann bei Bedarf der Batteriestrom abgeschaltet werden, um beispielsweise eine
Kurzschlusssicherung oder einen Fremdnutzungsschutz zu realisieren.
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Aus
der
DE 195 03 537
A1 ist eine Schaltungsanordnung für eine Startvorrichtung von
Brennkraftmaschinen bekannt, wobei der Startermotor über ein
Startrelais mittels eines Startschalters auf eine Akkumulatorbatterie
zu schalten ist, wobei die Schaltungsanordnung Mittel zur Erfassung
der Welligkeit der Batteriespannung und/oder des Stromes beim Startvorgang
durch Kompression und Dekompression der Brennkraftmaschine aufweist,
wobei diesem Mittel eine Schaltstufe nachgeschaltet ist, die beim
Ausbleiben der Welligkeit den Startermotor abschaltet.
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Aus
der
DE 196 04 736
A1 ist eine Einrichtung zur Stromversorgung busvernetzter
Steuergeräte
und Verbraucher in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei wenigstens
eines dieser Steuergeräte
dauerstromversorgt ist. Die Einrichtung umfasst eine zwischen der
zentralen, mit der Fahrzeugbatterie verbundenen Bordnetzklemme und
dem Versorgungseingang des Zündstartschalters
angeordnete elektrisch steuerbare Leistungsschalteinrichtung, die
von einem Signalerfass- und Ansteuermodul im Sinne einer Stromunterbrechung
bei falsch gepolt angeschlossener Batterie oder unzulässig hoher
Bordnetzspannung ansteuerbar ist. Weiter ist vorgesehen, dass Verbraucher
und/oder Steuergeräte,
die nicht vom Zündstartschalter
aus versorgt werden können,
abgesichert werden bzw. erlauben die sequentielle Inbetriebnahme
einzelner Verbraucher oder Steuergeräte. Weiter ist eine Schnellabschaltung
einer vorbestimmten Anzahl von Steuergeräten oder Verbrauchern im Crash-Fall
bzw. nach Maßgabe
durch ein Select-Signal die Außerbetriebschaltung
oder Außerbetriebnahme
ausgewählter
Steuergeräte
und/oder Verbraucher vorgesehen.
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Aus
der
DE 197 19 919
A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Verbrauchern
vor Verpolungsschäden
in einem Bordnetz mit einem Begrenzungselement und einer Auslöseeinheit
bekannt, wobei die Bordnetzspannung im Verpolfall begrenzt und die
verpolt angeschlossene Spannungsquelle abtrennbar ist.
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Aus
der
DE 28 23 287 C2 ist
eine Vorrichtung zur Zuführung
eines Batterietemperatursignals zu einem in einem Reglergehäuse angeordneten
elektrischen oder elektronischen Regler für elektrische Generatoren bekannt.
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Aus
der nachveröffentlichten
DE 199 29 246 A1 ist
ein Batteriesystem bekannt, umfassend einen Generator, einen Starter
und mindestens eine Batterie, wobei der Starter über eine Starterleitung mit
der Batterie verbunden ist, wobei zwischen dem Starter und der Batterie
eine elektrische Polklemme angeordnet ist, über die die Starterleitung
mit Ausnahme der Startphase spannungslos geschaltet ist, wobei die
Batterie als Starterbatterie eines Zwei-Batteriensystems ausgebildet ist.
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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.
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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.
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Dabei
ist vorgesehen, 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.
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Gemäß einer
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Schaltbildes näher erläutert, welches
eine Sicherheitseinrichtung für
das Bordnetz eines Fahrzeugs zeigt.
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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.
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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.
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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
von der Sollkennlinie auf, veranlaßt die Steuerlogik 4 eine
Unterbrechung des Startvorganges. Eine Fehlermeldung kann durch
Ansteuerung der lichtemittierenden Diode 13 erfolgen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
im Bordnetz befindliche Generator 20 besitzt einen Differenzstromsensor 21,
der den Generator 20 bei Auftreten einer Leitungsunterbrechung oder
eines Masseschlusses oder Kurzschlusses abschaltet.
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- 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