DE3037195C2

DE3037195C2 - Schaltanordnung zum Überlastungsschutz der Starterbatterie von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3037195C2
Application number: DE3037195A
Authority: DE
Inventors: Frank-Walter Dipl.-Chem. Dr. 3422 Bad Lauterberg Bothe; Gustav Ing.(Grad.) 3424 St Andreasberg Rust
Original assignee: Deta-Akkumulatorenwerk 3422 Bad Lauterberg De GmbH
Current assignee: Deta-Akkumulatorenwerk 3422 Bad Lauterberg De GmbH
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1980-10-02
Publication date: 1982-06-24
Also published as: DE3037195A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Überlastungsschutz der Starterbatterie von Kraftfahr' zeugen mit Verbrennungsmotor und einem im Zünd* Stromkreis angeordneten, vom Fährbetrieb gesteuerten Schalter, welcher den Zündstromkreis bei stehendem Verkehr unterbricht.

Zur Einsparung von Kraftstoff bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen isl verordnet, die Kfaftfahrzeugmotoren bei stehendem Verkehr vor geschlossenen Schranken abzuschalten. Es ist zweckmäßig, diese auch bei Verkehrsstaus, Halten vor roten Ampeln o.dgl. automatisch stillzusetzen und durch geeignete Vorrichtungen, etwa Betätigung des Gaspedals wieder zu starten. Für das automatische Stillsetzen könnte zwar im Zündstromkreis ein in dieser Weisü vom Fährbetrieb gesteuerter Schalter vorgesehen sein, welcher den Zündstromkreis bei stehendem Verkehr unterbricht.

Diese Betriebsweise wärs jedoch mit der Schwii rigkeit behaftet, daß die Starterbatterie, d. h. der Akkumulator wesentlich stärker beansprucht wird und nach oftmaligen Startvorgängen ohne entsprechende Zwischenaufladung keine für das Starten erforderliche Leistung mehr abgibt. Diese Schwierigkeit bleibt auch dann bestehen, \ enn die Starterbatterie nach der DE-OS 24 44 254 mit einer Schutzschaltung gegen Tiefentladung versehen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Schaltanordnung zu entwickeln, die eine Überlastung der Starterbatterie verhindert und ein Stillsetzen des Kraftfahrzeugmotor mit dieser Betriebsweise nur erlaubt, wenn der Ladezustand der Starterbatterie einen nachfolgenden Startvorgang sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß ein an die Starterbatterie angeschlossener Operationsverstärker den während des Startvorgangs eintretenden Spannungsabfall feststellt und beim Unter- oder Überschreiten einet Sollwertes ein zeitgesteuertes Schaltglied ansteuert, welches dem vom Fährbetrieb 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 für 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 fur einen nächstfolgenden Startervorgang mangelhaft oder nicht mehr ausreichend aufgeladen, verhindert die Schaltanordnung das Abstellen des Kraftfahrzeugmotor, so daß die Starterbatterie durch den vom Verbrennungsmotor angetriebenen Generator (Lichtmaschine) so lange aufgeladen wird, bis eine ausreichen-

*5 de Ladung der Starterbatterie erreicht ist.

Es wird da\on ausgegangen, daß der Starterbatterie während des nur wenige Zehntel-Sekunden bis höchstens einige Sekunden dauernden Startvorgangs cm im Verhahnis zur Baticnckapa/iläi großer Staristrom entnommen wird und die Bjttenespannung bei dieser starken Belastung schlagartig auf Spannungswerte abfällt, die vom inneren Widersland bzw. der Starterbatterie abhängen. Nach Beendigung des Startvorgangs steigt die Batteriespannung in der Regel wieder nahe/u auf den ursprünglichen Wert an, und durch die vom Generator bewirkte Nachladung sowie eine Erwärmung des Elektrolyten kann die Ballericspannung sogar eine höhere Spannung erhalten. Eine zuverlässige Aussage über die Starlfähigkeit der Starterbatterie kann daher aus der Klemmspannung nicht gewonnen werden. Demgegenüber nutzt die Erfindung den beim Startvorgang eintretenden Spannungsabfall aus, indem dieser im Operationsverstärker mit einem Sollwert verglichen wird. Ist der Spannungsabfall so groß, daß

w der Sollwefl unterschritten wird, gibt der Operationsverstärker ein Steuersignal an das zeitgesleuefte Schaltglied ab, welches den Zündstromkreis aufrechter· hält, Wobei die Zeitsteuerung des Schaliglicdcs 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 Operationsverstärker 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 Klemmspannung 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 1.0 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 einerseits durch einen die Temperatur des Elektrolyten der Starterbatterie messenden Temperaturmesser, der den Operationsverstärker ansteuert und den Sollwert der gemessenen Temperatur angepaßt Diese Anpassung kann entsprechend einer empirisch ermittelten Kennlinie erfolgen, welche den Spannungsanstieg mit steigender Temperatur kennzeichnet. 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 Betriebszuslände des Kraftfahrzeuges vorhanden sind. z. B. der Motor warmgelaufen ist. oder eine Zuschaltung nur bedarfsweise erwünscht ist. Fur diese Falle sieht die Erfindung vor. daß der Operationsverstärker mit einem Einschallorgan versehen ist. welches von einer Betriebsgröße des Kraftfahrzeuges. 7. B. der Motortemperalur, gesteuert wird oder von Hand /u belangen ist.

Der Gegenstand der Erfindung 'St in der Zeichnung anhand von zwei Ausfuhrungsbeispielen näher erläulcrt; es zeigt

F i g. 1 eine Schaltanordnung des ersten Ausführungsbeispiels in einem Bloc'r-Diagramm und

Fig2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einem Block-Di-igramm.

In Kraftfahrzeugen mil Verbrennungsmotoren ist ein Zündstromkreis 1 vorgesehen, dem ein besonderer, vom Fahrbetrieb geveuerier Schalter 2 zugeordnet ist. Dieser Zündslromkreis 1 isl durch einen Starterstrcmkreis 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 Sollwertes ein zeitgesteuertes Schaltglied 7 ansteuert. Das zeifgcsteuertc Schaltglied 7 &5 isl im Zündslromkreis derart angeordnet, daß es den vom l'ahrbclricb gosteuef ich" Schalter 2 überbrückt. Diü Zeitsteuerung des SchaUgliedcs 7 erfolgt beim Ausführungsbeispiel mittels eines Zeitgliedes 8, welches die Schließdauer des Schaltgliedes 7 bestimmt. Beispielsweise ist das Zeitglied 8 derart ausgebildet, daß es die Schliefldpuer des Schaltgliedes 7 auf eine Dauer von 15 Minuten hält

Der Operationsverstärker kann verschieden ausgebildet sein. 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 Sollwerteinstellung veränderlich ist Für den Operationsverstärker 6, das zeitgesteuerte Schaltgüed 7 und das Zeilglied 8 können übliche elektronische Bauteile Verwendung finden.

Ist bei einem Startvorgang die Ladefähigkeit der Starterbatterie 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 F. .irbetneb gesteuerten Schalters 2 der Zündstromkreis ι ur '.erbrochen wird und damit der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges abgestellt wird. Bei einem folgenden Startvorgang. bei dem der vom Fahrbetrieb gesteuerte Schalter 2 und der Zünd· .halter 4 geschlossen wird, fließt über den Starterstromkreis 3 ein entsprechender Startstrom. Gleichzeitig wird vom Operationsverstärker 6 der dabei eintretende Spannungsabfall gemessen. Sinkt dieser nun wegen einer mangelhaften Ladefähigkeit der Starterbatterie 5 auf einen Wert ab. der unter dem Sollwert des Operationsverstärkers 6 liegt, bzw. diesen überschreitet so wird an das Schaltglied 7 ein Steuerimpuls eeeeben. der dieses schließt. Der vom Fahrbetrieb gesteuerte Schalter 2 kann nunmehr den Zündstrom nicht mehr abschalten, da der Zündstromkreis 1 über das Schaltgüed 7 aufrechterhalten wird. Die Zeitsteuerung des Schaligliedes 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 b.nötigte Nachladezeit hängt von der Art und Größe der Starterbatterie 5 ab und beträgt beispielsweise 15Mmulen. Erst wenn diese von den, Zeitglied 8 vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, wird das Schallglied 7 wieder geöffnet. Danacn kann dann der Zündstromkreis 1 mn Hilfe des vom Fahrbetrieb gesteuerten Schallers 2 wieder unierbrochen werden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispie! ist zusätzlich eine Anpassung des Sollwertes in Abhängigkeit von der Temperatur des Elektrolyten der Siaricrbaiierie 5 vorgesehen. Der Temperaturmesser 9 mißt die Temperatur des Elektrolyten und gibt eine entsprechende Signalgrößc an den Operationsverstärker 6, der dann den Sollwert entsprechend anpaßt. Weiterhin ist eine entsprechende Anpassung des Sollwertes in Abhängigkeit von der Größe des Starterstroms •Orgesehen. Dies geschieht durch einen Strommesser 10, beispielsweise durch einen de'n Starierstromkeib 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 Einschaltorgan 11 versehen. Dieses kann entweder von Hand betätigt werden, oder es besteht die Möglichkeit daß es von einer Betriebsgröße des Kraftfahrzeuges,

Hierau 1 Blatt Zeichnungen

Ergänzungsblätt zur PS 30 37 195
int. Cl.: H 02 H )/18

Veröflentlichungstag: 24. 6. 82

beispielsweise der Motortemperatur gesteuert wird. Hierdurch läßt sieh verhindern, daß bei einer nur kurzen Fahrstrecke, wo der Motor noch nicht seine normale Betriebstemperatur erreicht hat, die erfindungsgemäß vorgesehene Schaltanordnung wirksam wird,

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 Oberschreiten eines Sollwerts ein zeitgesteueries Schaltglied (7) ansteuert, welches dem vom Fährbetrieb gesteuerten Schalter (2) im Zündstromkreis parallel geschaltet ist und im 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 dessen Unterschreitung das Steuersignal ausgelöst wird.

4. Schaltanoidnung 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 Sol) vcrt durch eine Spannungsdifferenz gebildet wird, bei deren Überschreitung das Steuersignal ausgelöst wird.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die als Sollen vorgegebene Spannungsdifferenz 1.0 bis 23 Voll beträgt.

6. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen zusätzlich die Temperatur des Elektrolyten der Starterbatterie (5) messenden Temperaturmesser (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 Startersiromkreis (3) zusätzlich ein Strommesser (10) angeordnet isl, der drn Operationsverstärker (6) ansteuert und den Sollwert dem gemessenen Starterstrom anpaßt.

8. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (6) mit einem Einschaltorgan (1) versehen ist. welches von einer Betriebsgröße des Kraftfahrzeuges gesteuert wird oder von Hand zu betätigen ist.