DE3037195A1

DE3037195A1 - Schaltanordnung zum ueberlastungsschutz der starterbatterie von kraftfahrzeugen mit verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3037195A1
Application number: DE19803037195
Authority: DE
Inventors: Frank-Walter Dipl.-Chem. Dr. 3422 Bad Lauterberg Bothe; Gustav Ing.(Grad.) 3424 St Andreasberg Rust
Original assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Current assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1980-10-02
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE3037195C2

Description

Schaltanordnung zum Überlastungsschutz der Starterbatterie
von Kraftfahrzeugen mit Verbennungsmotor Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum er lastungsschutz der Starterbatterie von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor und einen im Zündstromkreis angeordneten, vom Fahrbetrieb gesteuerten Schalters welcher den Zündstromkreis bei stehendem Verkehr unterbricht Zur Einsparung von Kraftstoff bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen ist vorgesehen, die Kraftfahrzeugmotoren bei stehendem Verkehrs z. 30 bei Verkehrsstaus, Kalten vor roten Ampeln o. dgl. automatisch stillzusetzen und durch geeignete Vorrichtungen1 etwa Betätigung des Gaspedals wieder zu starten. Für das automatische Stillsetzen ist im Zündstromkreis ein in dieser Weise vom Fahrbetrieb gesteuerter Schalter vorgesehen, welcher den Zündstromkreis bei stehendem Verkehr unterbricht.
Diese 3etriebsweise ist jedoch mit der Schwierigkeit behaftet, daß die Starterbatterie, d. h. der Akkumulator wesentlich stärker beansprucht wird und nach o£tmali- gen Startvorgängen ohne entsprechende Zwischenaufladung keine für das Starten erforderliche Leistung mehr abgibt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung zu entwickeln, die eine Überlastung der Starterbatterie verhindert und ein Stillsetzen des Kraftfahrzeugmotors mit dieser Betriebsweise nur erlaubt, wenn der Ladezustand der Starterbatterje einen nachfolgenden Startvorgang sicherstellt Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an die Starterbatterie angeschlossener O:perationsverstärker den während des Startvorgangs eintretenden Spannungsabfall feststellt und beim Unter- oder Uberschreiten eines Sollwertes ein zeitgesteuertes Schaltglied ansteuert, welches dem von Fahrbetrieb gesteuerten Schalter im Zündstromkreis parallel geschaltet ist und im angesteuerten Zustand schließt.
Die Schaltanordnung hat den Vorteil, daß ein Stillsetzen des Kraftfahrzeugmotors im Rahmen der £ur den stehenden Verkehr vorgesehenen Betriebsweise nur möglich ist, wenn die Starterbatterie einen für den nächstfolgenden Startervorgang ausreichenden Ladezustand hat. Ist hingegen die Starterbatterie aufgrund häufiger Startervorgänge oder anderer Belastungen für einen nächstfolgenden Startervorgang mangelhaft oder nicht mehr ausreichend aufgeladen, verhindert die Schaltanordnung das Abstellen des Eraftfahrzeugmotors, so daß die Starterbatterie durch den vom Verbrennungsmotor angetriebenen Generator (Lichtmaschine) so lange aufgeladen wird, bis eine ausreichende Ladung der Stsrterbatterie erreicht ist.
Es wird davon ausgegangen, daß der Starterbatterie während des nur wenige Zehntel-Sekunden bis höchstens einige Sekunden dauernden Startvorgangs ein im Verhältnis zur Batterie- kapazität großer Starkstrom entnommen wird und die Batteriespannung bei dieser starken Belastung schlagartig auf Spannungswerte abfällt, die vom inneren Widerstand bzwO der Startfähigkeit der Starterbatterie abhängen. Nach Beendigung des Startvorgangs steigt die Batteriespannung in der Pegel wieder nahezu auf den ursprünglichen Wert an, und durch die vom Generator bewirkte Nachladung sowie eine Erwärmung des Elektrolyten kann die Batteriespannung sogar eine höhere Spannung erhalten. Rine zuverlässige Aussage über die Startfähigkeit der Starterbatterie kann daher aus der Klemmspannung nicht gewonnen werden. Dengegenüber nutzt die Erfindung den beim Startvorgang eintretenden Spannungsabfall aus, indem dieser im OperationsverstRrker mit einem Sollwert verglichen wird Ist der Spannungsabfall so groß, daß der Sollwert unterschritten wird, gibt der Operationsverstärker ein Steuersignal an das zeitgesteuerte Schaltglied ab, welches den Zündstromkreis aufrechterhält, wobei die Zeitsteuerung des Schaltgliedes so gewählt ist, daß eine für einen nächstfolgenden Startvorgang ausreichende Ladung erfolgt. Hierfür reicht in der Regel eine Nachladezeit von etwa 15 Minuten aus.
Die Zeitsteuerung des Schaltgliedes kann beispielsweise mit einem Zeitglied aufgenommen werden, welches die Schließdauer des Schaltgliedes bestimmt.
Der am Oprationsverstärker eingestellte Sollwert kann entweder durch einen vorgegebenen unteren Spannungswert, der beispielsweise 1 bis 2,5 Volt unter der Klemmspannung der vollgeladenen Starterbatterie liegt, gebildet sein, bei dessen Unterschreiten das Steuersignal ausgelöst wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, am Operationsverstärker die Differenz aus der Klemmspannung zu Beginn-und der Elemmspannung am Ende des Startvorgangs zu ermitteln und als Sollwert eine Spannungsdifferenz vorzusehen, bei deren Überschreiten das Steuersignal ausgelöst wird. Beispielsweise kann die als Sollwert vorgegebene Spannungsdifferenz '7,0 bis 2,5 Volt betragen.
Da die Größe des Spannungsabfalls beim Startvorgang von der Temperatur des Elektrolyten und von dem Startstrom abhängt, kann der Sollwert den entsprechenden Betriebszuständen leicht angepaßt werden* Dies geschieht einerseite durch einen die temperatur des Elektrolyten der Starterbatterie messenden Temperaturmesser, der den Operationsverstärker ansteuert und den Sollwert der gemessenen Temperatur anpaßt. Diese Anpassung kann entsprechend einer empirisch ermittelten Kennlinie erfolgen, welche den Spannungsanstieg mit steigender Temperatur konnzeicbnet. Der Abhängigkeit vom Startstrom kann dadurch Rechnung getragen werden, daß im Starterstromkreis ein Strommesser, z. B. ein Shunt, angeordnet ist, der den Operationsverstärker ansteuert und den Sollwert dem gemessenen Startstrom anpaßt.
Bei bestimmten Verhältnissen kann es zweckmäßig sein, die Schaltanordnung erst wirksam werden zu lassen, wenn bestimmte Betriebszustände des Kraftfahrzeuges vorhanden sind, z. B0 der Motor warmgelaufen ist, oder eine Zuschaltung nur bedarfsweise erwünscht ist. Für diese Fälle sieht die Erfindung vor, daß der Operationsverstarker mit einem Einschaltorgan versehen ist, welches von einer Betriebsgröße des Kraftfahrzeuges, z. Bo der Motortemperatur, gesteuert wird oder von Hand zu betätigen ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigt Fig. 1 eine Schaltanordnung des ersten Ausführung8-beispiels in einem Block-Diagramm und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einen Block-Diagramm.
In Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren ist ein Zündstromkreis 1 vorgesehen, dem ein besonderer, vom Fahrbetrieb gesteuerter Schalter 2 zugeordnet ist. Dieser Zündstromkreis 1 ist durch einen Starterstromkreis 3 über einen Zündschalter 4 mit einer Starterbatterie 5 verbunden.
An die Starterbatterie 5 ist weiterhin ein Operationsverstärker 6 angeschlossen. Dieser ist derart ausgebildet, daß er den während des Startvorgangs eintretenden Spannungsabfall feststellt und beim Unter- oder überschreiten eines Sollwert es ein zeitgesteuertes Schaltglied 7 ansteuert. Das zeitgesteuerte Schaltglied 7 ist im Zündstromkreis derart angeordnet, daß es den vorn Fahrbetrieb gesteuerten Schalter 2 überbrückt. Die Zeitsteuerung des Schaltgliedes 7 erfolgt beim Ausführungsbeispiel mittels eines Zeitgliedes 8, welches die Schließdauer des Schalt gliedes 7 bestimmt. Beispielsweise ist das Zeitglied 8 derart ausgebildet, daß es die Schließdauer des Schaltgliedes 7 auf eine Dauer von 15 Minuten hält.
Der Operationsverstärker kann verschieden ausgebildet seine Insbesondere besteht die Möglichkeit, diesem Vorverstärker und Nachverstärker zuzuordnen. Seine Hauptfunktion besteht in einem Vergleich des Spannungsabfalls, der an der Starterbatterie 5 beim Startvorgang eintritt und einem eingestellten Sollwert. Dabei kann der Operationsverstärker 6 auch so ausgeführt sein, daß die Sollwert einstellung veränderlich ist. Für den Operationsverstärker 6, das zeitgesteuerte Schaltglied 7 und das Zeitglied 8 können übliche elektronische 3auteile Verwendung finden.
Ist bei einem Startvorgang die Ladefähigkeit der Starter- batterie 5 ausreichend, so wird der Sollwert des Operationsverstärkers nicht erreicht. Der Operationsverstärker 6 gibt daher kein Steuersignal ab und das Schaltglied 7 bleibt in der Offenstellung. Das hat zur Folge, daß beim Öffnen des vom Fahrbetrieb gesteuerten Schalters 2 der Zündstromkreis 1 unterbrochen wird und damit der Verbrennungsnotor des Kraftfahrzeuges abgestellt wird. Bei einem folgenden Startvorgang, bei dem der vom Bahrbetrieb gesteuerte Schalter 2 und der Zündschalter 4 geschlossen wird2 fließt über den Starterstromkreis 3 ein entsprechender Starkstrom Gleichzeitig wird vom Operationsverstärker 6 der dabei eintretende Spannungsabfall gemessen.
Sinkt dieser nun wegen einer mangelhaften IFadefähigkeit der Starterbatterie 5 auf einen Wert ab, der unter dem Sollwert des Operatio-nsverstärkers 6 liegt, bzw. diesen überschreitet, so wird an das Schaltglied 7 ein Steuerimpuls gegeben, der dieses schließt. Der vom Fahrbetrieb gesteuerte Schalter 2 kann-nunmehr den Zündstrom nicht mehr abschalten, da der Zündstromkreis 1 über das Schaltglied 7 aufrechterhalten wird. Die Zeitsteuerung des Schaltgliedes 7 erfolgt durch das Zeitglied 8, welches die Schließstellung des Schaltgliedes 7 so lange aufrechterhält, bis der Ladezustand der Starterbatterie durch Nachladen wieder ausreichend ist. Die hierfür benötigte Nachladezeit hängt von der Art und Größe der Starterbatterie 5 ab und beträgt beispielsweise 15 llinuten. Erst wenn diese von dem Zeitglied 8 vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, wird das Schaltglied 7 wieder geöffnet. Danach kann dann der Zündstromkreis 1 mit Hilfe des von Fahrbetrieb gesteuerten Schalters 2 wieder unterbrochen werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Anpassung des Sollwert es in Abhängigkeit von der Temperatur des Elektrolyten der Starterbatterie 5 vorgesehen. Der Temperaturmesser 9 mißt die Temperatur des Elektrolyten und gibt eine entsprechende Signalgröße an den Operationsverstärker 6, der dann den Sollwert entsprechend anpaßt. Weiterhin ist eine entsprechende Anpassung des Sollwert es in Abhängigkeit von der Größe des Starterstroms vorgesehen. Dies geschieht durch einen Strommesser 10, beispielsweise durch einen dem Starterstromkreis 3 zugeordneten Shunt, dessen Signalgröße ebenfalls dem Operationsverstärker 6 aufgegeben wird, der den Sollwert entsprechend angleicht.
Schließlich ist der Operationsverstärker 6 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 noch mit einem schalt Organ 11 versehen. Dieses k8nn entweder von Stand betätigt werden, oder es besteht die Möglichkeit, daß es von einer Betriebsgröße des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Motortemperatur gesteuert wird. Hierdurch läßt sich verhindern daß bei einer nur kurzen Fahrstrecke, wo der Motor noch nicht seine normale Betriebstemperatur erreicht hat, die erfindungsgemäß vorgesehene Schaltanordnung wirksam wird, Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Schaltanordnung zum Überlastungsschutz der Starterbatterie von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor und einem im Zündstromkreis angeordneten, vom Fahrbetrieb gesteuerten Schalter, welcher den Zündstromkreis bei stehendem Verkehr unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Starterbatterie (5) angeschlossener Operationsverstärker (6) den während des Startvorgangs eintretenden Spannungsabfall feststellt und beim Unter- oder Überschreiten eines Sollwerts ein zeitgesteuertes Schaltglied (7) ansteuert, welches dem von Fahrbetrieb gesteuerten Schalter (2) im Zündstromkreis parallel geschaltet ist und in angesteuerten Zustand schließt.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (7) mit einem seine Schließdauer bestimmenden Zeitglied (8) versehen ist.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Operationsverstärker (6) eingestellte Sollwert durch einen vorgegebenen unteren Spannungswert gebildet wird, bei dess@n Unterschreitung das Steuersignal ausgelöst wird.
40 Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (6) die Differenz zwischen der Spannung zu Beginn und am Ende des Startervorgangs ermittelt und der Sollwert durch eine Spannungsdifferenz gebildet wird, bei deren Uberschreitung das Steuersignal ausgelöst wird.
5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekeanzeichnet, daß die als Sollwert vorgegebene Spannungsdifferenz 1,0 bis 2,5 Volt beträgt.
6. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen die Temperatur des Elektrolyten der Starterbatterie (5) messenden Gemperaturmesser (9), der den Operationsverstärker (6) ansteuert und den Sollwert der gemessenen Temperatur anpaßt.
7. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Starterstromkreis (3) ein Strommesser (10) angeordnet ist, der den Operationsverstärker (6) ansteuert und den Sollwert dem gemessenen St art erstrom anpaßt.
8. Schalt anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationaverstärker (6) mit einem Einschaltorgan (11) versehen ist, welches von einer Betriebsgröße des Kraftfahrzeuges -gesteuert wird oder von Rand zu betätigen ist.