DE4331379A1 - Betreiben eines Laststromkreises mit Lasterkennung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Einschaltens eines Laststrom­ kreises, wobei der Laststromkreis von einer Gleichspannungsquelle versorgt wird, und eine dafür geeignete Schaltung sowie ein Verfahren und eine Schaltung zum Betreiben eines Laststromkreises, der von einem Spannungswandler mit Gleichspannung versorgt wird.

Häufig werden Laststromkreise, beispielsweise die Beleuchtungsanlage eines Fahr­ zeuges, über Spannungswandler mit Gleichspannung versorgt. Um beispielsweise unabhängig vom Fahrzustand das Funktionieren der Beleuchtungsanlage (insbesondere der Warnblinkanlage) immer zu garantieren, ist meist der Spannungswandler ständig in Betrieb, unabhängig ob ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet ist. In diesem Fall muß der Spannungswandler ständig von einer extremen Spannungsquelle versorgt werden, wodurch ein überflüssiger Energieverbrauch auftriff. Beispielsweise besteht bei Fahrzeugen, bei denen der Spannungswandler an die Batterie angeschlossen ist, die Gefahr der Batterieentladung.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren und eine geeignete Schaltung zu entwickeln, die es ermöglichen, das Einschalten eines Laststromkreises zu erkennen, und weiterhin, ein Verfahren und eine geeignete Schaltung zu entwickeln, mittels derer erst beim Einschalten eines von einer Gleichstromquelle versorgten Laststromkreises die Gleichstromquelle selbst in Betrieb genommen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen dadurch gelöst, daß mittels einer Wechselspannungsquelle eine hochfrequente Wechselspannung im offenen Laststromkreis erzeugt wird, und deren Amplitude und/oder Frequenz laufend überwacht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sicher, daß das Zuschalten eines jeden Verbrauchers, d. h. das Einschalten des Laststromkreises, zuverlässig erkannt wird. Im nicht eingeschalteten Zustand erzeugt erfindungsgemäß eine Wechselspannungsquelle im Laststromkreis eine hochfrequente Wechselspannung mit einer bestimmten unveränderlichen und meßbaren Amplitude und Frequenz. Sobald der Laststromkreis durch Zuschalten eines Verbrauchers geschlossen wird, verändern sich Amplitude und Frequenz dieser Wechselspannung. Durch laufende Überwachung beider oder eines der beiden Parameter kann demnach erfindungsgemäß das Einschalten des Laststromkreises detektiert werden.

Um das Einschalten des Laststromkreises erfindungsgemäß zu detektieren, ist es vorteilhaft, wenn nur Änderungen der Frequenz der Wechselspannung mittels eines Filters, insbesondere eines Hochpasses, überwacht werden.

Beispielsweise kann ein Hochpaß derart im Laststromkreis angeordnet sein, daß Frequenzen oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz nahezu unverändert übertragen werden. Sinkt die Frequenz durch Einschalten des Laststromkreises unter diese Grenzfrequenz, wird die Frequenzübertragung durch den Hochpaß deutlich schlechter, wodurch auf das Einschalten des Laststromkreises geschlossen werden kann.

Als besonders geeignet erweist sich, wenn im Laststromkreis eine hochfrequente Wechselspannung von über 1 kHz, vorzugsweise über 50 kHz, erzeugt wird. Der dem Laststromkreis zugeordnete Scheinwiderstand wächst mit der Frequenz der Wechselspannung und nimmt für die genannten Frequenzen genügend hohe Werte an. Beim Schließen des Laststromkreises durch Einschalten eines Verbrauchers ändert sich dieser Scheinwiderstand schlagartig und die am Laststromkreis angelegte Wechselspannung bricht zusammen, d. h. ändert Frequenz und Amplitude. Durch die erfindungsgemäße Überwachung dieser Wechselspannungsparameter ist es möglich, das Einschalten des Laststromkreises elektronisch zu detektieren.

Aufgabengemäß soll sich dieses Verfahren zum Betreiben eines Laststromkreises verwenden lassen, der von einem Spannungswandler mit Gleichspannung versorgt wird. Wie eingangs erwähnt, ist es häufig notwendig, den Spannungswandler ständig in Betrieb zu halten, um das Funktionieren des Laststromkreises jederzeit zu garantieren.

Erfindungsgemäß wird dies nunmehr überflüssig, da erst im Moment einer durch das Einschalten des Laststromkreises verursachten Frequenz- und/oder Amplitudenänderung der hochfrequenten Wechselspannung automatisch der den Laststromkreis versorgende Spannungswandler eingeschaltet wird.

Hierfür ist nur noch eine Verkabelung vom Laststromkreis zum Betriebsschalter des Spannungswandlers notwendig. Mit einem geeigneten Schaltglied läßt sich somit beim Einschalten eines Verbrauchers der den Laststromkreis versorgende Spannungs­ wandler in Betrieb nehmen.

Alternativ kann ein von einem Spannungswandler versorgter Laststromkreis, der von einem oder mehreren Lastschaltern eingeschaltet wird, erfindungsgemäß dadurch betrieben werden, daß im Moment des Schließens mindestens eines Lastschalters gleichzeitig mittels einer Wirkverbindung zwischen Lastschalter und Betriebsschalter des Spannungswandlers der Spannungswandler eingeschaltet wird.

In diesem Fall ist eine Verkabelung zwischen den Lastschaltern im Laststromkreis zum Betriebsschalter des Spannungswandlers notwendig, hingegen entfällt die Erzeugungs- und Detektionseinrichtung für die hochfrequente Wechselspannung im Laststromkreis.

Sind mehrere Verbraucher im Laststromkreis angeordnet, ist es in jedem Fall vorteilhaft, wenn immer nur eine bestimmte Kombination von Verbrauchern gleichzeitig einge­ schaltet sein kann. Dazu werden beim Einschalten eines oder mehrerer vorgegebener Verbraucher automatisch die Lastschalter bestimmter, evtl. gleicher oder anderer, Verbraucher geöffnet. Beispielsweise läßt sich damit realisieren, daß nur eine sinnvolle Kombination von Verbrauchern eingeschaltet ist. Z.B. können beim Einschalten der Warnblinkanlage andere Beleuchtungseinrichtungen außer Betrieb genommen werden. Auf diese Weise wird weitere Energie gespart, der Spannungswandler muß nicht auf maximale Leistung ausgelegt werden. Umgekehrt kann auch erst bei Erreichen der maximalen Wandlerleistung die Lastabwurfschaltung in Betrieb gehen, d. h. dann bestimmte Verbraucher automatisch ausschalten und nur eine sinnvolle Kombination weiterbetreiben.

Eine geeignete Schaltung zur Erkennung des Einschaltens eines Laststromkreises, der mit Gleichspannung versorgt wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Laststromkreis an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist und im Laststromkreis ein Spannungsamplituden- oder Frequenzmeßgerät angeordnet ist.

Alternativ kann auch im Laststromkreis ein Filter, insbesondere ein Hochpaß, angeordnet sein.

Das Spannungsamplituden- oder Frequenzmeßgerät bzw. der Filter dienen dann zur beschriebenen Detektion von Änderungen der im offenen Laststromkreis erzeugten hochfrequenten Wechselspannung ausgelöst durch das Schließen des Laststromkreises.

Bei einer Schaltung zum Betreiben eines Laststromkreises, der von einem Spannungswandler mit Gleichspannung versorgt wird, steht erfindungsgemäß ein von dem im Laststromkreis angeordneten Spannungsamplituden- oder Frequenzmeßgerät bzw. Filter angesteuertes Schaltglied mit dem Betriebsschalter des Spannungswandlers in Wirkverbindung.

Durch diese hierfür notwendige einzige Verkabelung ist es erfindungsgemäß möglich, sicherzustellen, daß mit dem Schließen des Laststromkreises gleichzeitig der diesen mit Gleichspannung versorgende Spannungswandler in Betrieb genommen wird.

Alternativ hierzu kann auch jeder Lastschalter mit dem Betriebsschalter des Spannungswandlers in Wirkverbindung stehen. Beim Schließen eines Lastschalters wird dann durch entsprechende Verkabelung das Schließen des Betriebsschalters des Spannungswandlers ausgelöst.

Um bestimmte Kombinationen von Verbrauchern in Betrieb zu halten, d. h. Verbraucher, die für das Funktionieren des Fahrzeugs oder die Sicherheit des Bedienpersonals notwendig sind, vor den übrigen zu bevorzugen, stehen ein oder mehrere Lastschalter mit mindestens einem logischen Verknüpfungsglied in Wirkverbindung, welches seinerseits wiederum mit einem oder mehreren Lastschaltern in Wirkverbindung steht. In Abhängigkeit von den Eingangssignalen (an/aus) an dem oder den Verknüpfungs­ gliedern wird jeweils eine bestimmte Kombination von Ausgangssignalen zu den Lastschaltern zurückgeleitet, wodurch diese geöffnet oder geschlossen werden.

Die erfindungsgemäßen Schaltungen lassen sich zuverlässig und preisgünstig einsetzen und wirkt sich in der beschriebenen Anwendung energiesparend auf die Versorgungsquellen aus.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel die Erfindung anhand zweier Zeichnungen näher erläutern.

In Fig. 1 sind schematisch die wesentlichen Elemente einer Schaltung für eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Mehrere mit einer Gleichspannung 8 versorgte Verbraucher 7 sind parallel zueinander an den Spannungswandler 1 angeschlossen. Dieser Spannungswandler 1 wird seinerseits mit der Batteriespannung 2 gespeist. Eine Wechselspannungsquelle 3 ist über ein Amplituden- oder Frequenzmeßgerät oder über einen Filter 4 mit dem Laststromkreis, der die Verbraucher 7 enthält, verbunden. Der Spannungswandler 1 kann durch einen Betriebsschalter 5 an- und ausgeschaltet werden.

Bei batteriebetriebenen Fahrzeugen, beispielsweise Gabelstaplern, wird die Beleuchtungsanlage von einem DC/DC-Spannungswandler betrieben. Dieser Spannungswandler 1 wandelt die Gleichspannung 2 der Fahrzeugbatterie von z. B. 80 V in eine Gleichspannung 8 von z. B. 12 V. Bisher wurde der Spannungswandler 1 ständig in Betrieb gehalten, um jederzeit das Funktionieren der Beleuchtungsanlage, insbesondere der Warnblinkanlage, zu garantieren. Bei längerem Stillstand des Fahrzeuges, beispielsweise in Urlaubszeiten, besteht damit die Gefahr der Batterieentladung.

Nunmehr ist es möglich, den Spannungswandler 1 erst dann in Betrieb zu nehmen, wenn ein Verbraucher 7, z. B. die Warnblinkanlage, eingeschaltet wird. Dazu wird erfindungs­ gemäß mittels einer Wechselspannungsquelle 3 eine hochfrequente Wechselspannung im noch offenen Laststromkreis erzeugt und Änderungen der Frequenz mittels eines Filters 4 überwacht. Im Falle einer vom Filter 4 detektierten Frequenzänderung durch Schließen des Laststromkreises, d. h. Einschalten eines Verbrauchers 7, wird mittels eines integrierten Schaltgliedes der Betriebsschalter 5 des Spannungswandlers 1 derart angesteuert, daß letzterer in Betrieb geht. Erst jetzt wird die Fahrzeugbatterie belastet, die den Spannungswandler 1 betreibt.

Die Wechselspannungsquelle 3 hängt ebenfalls an der Fahrzeugbatterie und wandelt deren Gleichspannung in eine Wechselspannung von mindestens 50 kHz. Aufgrund der sehr geringen Leistung dieses DC/AC-Wandlers wird die Fahrzeugbatterie durch erfindungsgemäße Schaltung nicht nennenswert belastet.

In Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit des erfindungsgemäßen Betriebs eines Last­ stromkreises schematisch dargestellt. Gleiche Bauelemente wie in Fig. 1 tragen dieselben Bezugsziffern.

In dieser Variante wird das Schließen eines Lastschalters 9 eines Verbrauchers 7 registriert, wenn durch das Strommeßgerät 11 ein Strom fließt. In diesem Moment wird mittels einer Verbindung 12 zum Betriebsschalter 5 des Spannungswandlers 1 letzterer in Betrieb genommen. Durch diese Alternative des erfindungsgemäßen Betriebs werden Leerlaufverluste und Batterieentladung vollständig vermieden.

In dieser Figur ist weiterhin schematisch eine Lastabwurfschaltung integriert, wie sie es im übrigen auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sein kann. Über die Strommeß­ geräte 11 steht jeder Lastschalter 9 in Wirkverbindung mit einem logischen Ver­ knüpfungsglied 10, an dessen Ausgängen bestimmte von den Eingangssignalen abhängige Signale anliegen. Diese Ausgangssignale steuern den endgültigen Zustand der Lastschalter 9. Somit läßt sich realisieren, daß immer nur eine bestimmte Kombination von Verbrauchern 7 gleichzeitig in Betrieb ist. Wird beispielsweise die Warnblinkanlage eingeschaltet, lassen sich durch eine derartige Verschaltung andere unwichtige Beleuchtungseinrichtungen, wie Fahr- und Arbeitsscheinwerfer, abschalten. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, den Spannungswandler 1 nicht auf maximale Verbraucherlast auslegen zu müssen.

Die Anwendungsbeispiele der Erfindung verdeutlichen die Möglichkeiten der Energieeinsparung bei geringem Aufwand an elektronischen Bauteilen und Verkabelungen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Erkennung des Einschaltens eines Laststromkreises, wobei der Laststromkreis von einer Gleichspannungsquelle versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Wechselspannungsquelle (3) eine hoch­ frequente Wechselspannung im offenen Laststromkreis erzeugt, und deren Amplitude und/oder Frequenz laufend überwacht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen der Frequenz der Wechselspannung mittels eines Filters (4), insbesondere eines Hochpasses, überwacht werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Laststromkreis eine hochfrequente Wechselspannung von über 1 kHz, vorzugs­ weise von über 50 kHz, erzeugt wird.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Betreiben eines Laststromkreises, der von einem Spannungswandler mit Gleichspannung versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Moment einer durch das Einschalten des Laststromkreises verursachten Frequenz- und/oder Amplituden­ änderung der hochfrequenten Wechselspannung automatisch der den Last­ stromkreis versorgende Spannungswandler (1) eingeschaltet wird.

5. Verfahren zum Betreiben eines Laststromkreises, der von einem Spannungs­ wandler mit Gleichspannung versorgt und über einen oder mehrere Lastschalter eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Moment des Schließens mindestens eines Lastschalters (9) gleichzeitig mittels einer Wirkverbindung zwischen Lastschalter (9) und Betriebsschalter (5) des Spannungswandlers (1) der Spannungswandler (1) eingeschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5 für Laststromkreise mit mehr als einem Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten eines oder mehrerer vorgegebener Verbraucher (7) im Laststromkreis automatisch die Lastschalter (9) bestimmter Verbraucher (7) geöffnet werden.

7. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststromkreis an eine Wechselspannungsquelle (3) angeschlossen ist und im Laststromkreis ein Spannungsamplituden- oder Frequenz­ meßgerät angeordnet ist.

8. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststromkreis an eine Wechselspannungsquelle (3) angeschlossen ist und im Laststromkreis ein Filter (4), insbesondere ein Hochpaß, angeordnet ist.

9. Schaltung zum Betreiben eines Laststromkreises, der von einem Spannungswandler mit Gleichspannung versorgt wird, mit einer Schaltung nach Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem im Laststromkreis angeordneten Spannungsamplituden- oder Frequenzmeßgerät bzw. Filter (4) angesteuertes Schaltglied mit dem Betriebsschalter (5) des Spannungswandlers (1) in Wirk­ verbindung steht.

10. Schaltung zum Betreiben eines Laststromkreises nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lastschalter (9) mit dem Betriebsschalter (5) des Spannungswandlers (1) in Wirkverbindung steht.

11. Schaltung zum Betreiben eines Laststromkreises nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Lastschalter (9) mit mindestens einem logischen Verknüpfungsglied (10) in Wirkverbindung stehen, welches wiederum mit einem oder mehreren Lastschaltern (9) in Wirkverbindung steht.