WO2012104193A1 - Kraftfahrzeug mit einer fremdstartvorrichtung - Google Patents

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WO2012104193A1
WO2012104193A1 PCT/EP2012/051201 EP2012051201W WO2012104193A1 WO 2012104193 A1 WO2012104193 A1 WO 2012104193A1 EP 2012051201 W EP2012051201 W EP 2012051201W WO 2012104193 A1 WO2012104193 A1 WO 2012104193A1
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jump
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motor vehicle
external
starter
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PCT/EP2012/051201
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Hartmut PRÖBSTLE
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
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    • F02N11/0866—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery comprising several power sources, e.g. battery and capacitor or two batteries
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    • F02N2200/06—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the power supply or driving circuits for the starter
    • F02N2200/063—Battery voltage

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle having a third-party start device, the motor vehicle having an internal combustion engine with starter, the motor vehicle having at least two sub-board networks, which are coupled to one another via an electrical coupling element, and each sub-board network is equipped with at least one rechargeable electric energy storage, and the motor vehicle has a foreign launch base.
  • motor vehicle electrical systems are equipped with a starter battery to start the engine with a starter and to provide electrical power to consumers in the event of a lack of electrical power coverage by the generator.
  • the tasks of the starter battery so go beyond the mere starting the engine, so that the
  • Transit cable set consists of two insulated wires terminating with clamps or clamps designed for the size of standard battery poles (see standard EN 50342-2 "Lead acid starter batteries” and DIN 72553 standard “Jumper cables for road vehicles with internal combustion engine, dimensions, requirements, testing”).
  • the positive wire of the cable set connects the positive potentials, which means, for example, the two positive pole ⁇ of the receiver and donor battery or the positive pole of the receiver battery with the plus output of a charger.
  • the negative lead produces a common ground.
  • high currents flow (close to the kiloampere range), so that the lines of the cable set have a correspondingly high line cross section.
  • the battery poles are not freely accessible, such as when installing in the trunk.
  • a terminal galvanically connected to the plus line of the battery This terminal is referred to as a third-party launch point and is one for the intended purpose of reloading and foreign starting in the vehicle and / or
  • Vehicle companion book designated and easily accessible from the outside connection. He is located usually in the engine compartment and is freely accessible after opening the bonnet to connect a Polzange.
  • a reverse polarity starter circuit for a vehicle having a starter battery is described, for example, in US Pat. No. 6,211,577 B1.
  • hybrid drives with a voltage of the electrical system of 12 volts have an engine stop-start function, i.
  • the engine is parked in suitable driving situations during driving and restarted after a short time. Waiting at a red light or at a railroad crossing can be cited as examples.
  • the inhibition of the engine running causes a fuel saving. Due to the more frequent compared to vehicles without stop-start function number of engine starts and the
  • the sub-board network with the Zustartbatterie is from the sub-board network with the
  • Main battery which is also referred to as a base battery, separated by a battery isolating relay and / or a DC-DC converter.
  • a cost-optimized variant is the use of a unidirectional DC-DC converter without battery isolating relay.
  • the DC-DC converter is electrically powered by the sub-board mains with the main battery and transmits electric power from its input-side base board network to its output side
  • Zustartbordnetz Usually located in the input-side electrical system with the main battery, the engine control unit and the output-side electrical system with the starter battery starter.
  • a third-party starting device with a third battery is provided in the document US Pat. No. 6,396,240 B1, for a vehicle with two vehicle electrical system batteries coupled via a DC converter, a third-party starting device with a third battery is provided
  • Vehicle with at least two sub-nets.
  • the third-party starting device is characterized by a multi-level external starter switch, the Teiibordnetze and the Fremdstartstützddling in each case galvanically separated from each other when setting a first switching stage and the Teiibordnetze and the Fremdstartstützddling each electrically connected to each other when setting a second switching stage.
  • the Teiibordozoe can be operated galvanically separated from each other during normal operation of the vehicle.
  • a power and energy management implemented in the software of the vehicle mediates between the two on-board networks via the DC-DC converter as electrical coupling.
  • the Teiibordnetze can be galvanically connected to each other by adjusting the second switching stage of the Fremdstartschalters. For example, if an energy storage device has a lack of charge, it may be internal charge balancing with the other energy storage or the other
  • the electrical coupling element which is the
  • Subsystem networks coupled together, designed as a DC converter and / or as a relay or switch.
  • the jump starting point when setting the second switching stage of the jump-start switch, the jump starting point is electrically contactable to the
  • This embodiment has the advantage that the third-party start device makes it possible to recharge all energy stores from an external voltage source. All energy stores are galvanically connected to the external voltage source, so that a limitation of the
  • Charging power is given by the charge acceptance capability of the energy storage or by the power output capability of the external power source.
  • the jump starting point is electrically contacted when setting the second switch stage to the starter from an outer
  • the motor vehicle can be externally started by an external power source such as a charger or a starter battery of a donor vehicle.
  • an external power source such as a charger or a starter battery of a donor vehicle.
  • all sub-systems and thus all energy stores are galvanically connected to the external power source.
  • External start can also take place if all energy storage devices are deeply discharged, for example as a result of a long service life.
  • the external starter allows all controllers necessary for a start to be independent of the specific on-board network topology, i. in which sub-board networks the control units are integrated, are put under operating voltage. Also, the starter can be powered by the very high starting current for an engine start up to about one kilo ampere from the external power source.
  • Fremdstart support point is designed substantially cylindrical, that is, it has a cylindrical basic shape.
  • the foreign starter switch is designed substantially annular, that is, it has a ring-like basic shape.
  • the external starter switch encloses the external starter base with galvanic connection. The foreign launch base and the
  • External starter switches have a common pressure mechanism and / or a rotation mechanism by which the external starter switch can be fixed in one of at least two predetermined setting positions relative to the foreign starter base.
  • Foreign starter base is integrated in the external starter switch and there is a conductive connection between these two components.
  • the jump start switch relative to the Fremdstartstützddling in an upper parking position and set second switching stage of the Fremdstartschalters relative to the Fremdstartstitzddling in a lower position.
  • the upper Stellposftion foreign starter switch the outer surface of the cylinder-like basic shape of Foreign launch base geometrically shielded.
  • jump start switch the lateral surface of the cylinder-like basic shape of
  • This design ensures that the jump starting point is not contactable with a clamp or pliers of a standard starter cable or jumper cable in the upper parking position.
  • the external starting support integrated in the external starter switch is exposed so that its lateral surface can be gripped by means of a clamp or pliers.
  • the jump starting point is connected to a non-conductive holder. Between the holder and the external starter switch acts an elastic spring element in the axial direction of the jump start home restoring.
  • the elastic spring element exerts on the external starter switch a force which of the
  • the foreign starter switch at least one patch locking pin on the
  • the Fremdstartstütztician for each locking pin has a remote first groove.
  • the first groove guides the locking pin in the form of a tongue and groove connection in the axial direction of the jump starting point.
  • the locking pin is fixable at the end facing away from the holder end of the remote first groove by the provision of the elastic spring element in the upper position.
  • the Fremdstartstütztician has a remote second groove for each locking pin, which is aligned perpendicular to the first groove and merges at the bracket facing the end of the first groove in the first groove in an L-shape.
  • the second groove leads the locking pin in the form of a tongue and groove connection perpendicular to the axial and perpendicular to the radial direction of the cylinder-like basic shape of the Fremdstartstütz effets, that is, the second groove leads the external start switch rotationally to the Fremdstartstitzddling.
  • the Locking pin is fixed in the second groove by the provision of the elastic spring element in the lower setting position.
  • Locking pins and the grooves causes the jump-start switch can be reversibly brought from the lower parking position to the upper parking position.
  • Adjustment position starting from the upper parking position is achievable by a pressure movement of the jump-start switch in the direction of the holder following a first rotational movement. During the pressure movement of the locking pin or lead the locking pins the
  • Locking pins can be guided in the second groove. If the pin or pins are in the second slot, the jump-start switch is in the lower setting position relative to the jump-starting point.
  • the first rotational movement can take place until the pin or pins reach the remote, remote from the first groove end of the second groove. If the jump starting point has the combination of first and second groove at least twice, a technical feasibility of the rotational movement is guaranteed only if there is exactly one second groove between two first grooves.
  • the setting of the upper actuating position starting from the lower actuating position can be achieved by carrying out a second rotational movement running counter to the first rotational movement until the pin or pins reach the end of the remote second groove facing the first groove and are transferred into the first groove.
  • the restoring force of the elastic member moves the jump-start switch to the upper parking position relative to the jump starting point.
  • the non-conductive support for each sub-board network is impressed on at least one conductive element, with which the respective
  • Partial electrical system is galvanically connected.
  • the conductive elements are galvanically isolated from each other.
  • the external starter switch is electrically isolated from the conductive elements when the first switching stage of the external starter switch is set. When set second switching stage of the jump-start switch of the external starter switch is electrically connected to the conductive elements.
  • This variant ensures that, when the second switching stage of the jump-start switch is set, the jump starting point has a conductive connection to the sub-board networks. at set first switching stage of the jump-start switch, the Fremdstartstützddling is separated from the sub-board networks.
  • the invention is based on the following considerations:
  • the jump start point is insufficient for vehicles with multiple storage on-board networks.
  • vehicles with start-stop functionality which is an additional, separate from the base board network via a switch or a unidirectional DC-DC converter
  • the base board network and the auxiliary power supply are electrically coupled to each other, but galvanically separated from each other.
  • the electric power transferred from the battery in the base on-board network to the battery in the on-board power supply system is measured according to the specification of the DC-DC converter.
  • the design of the DC converter based on cost and construction raum advantageouslypu effects for the normal operation of the vehicle.
  • the dimensioning of the converter is designed for the average power to be recharged during the driving time and is typically in the range of a few hundred watts.
  • the converter is designed to be unidirectional and allows only one Energyfuuss from Bordnetz- to Zustartbatterie.
  • Fremdstartstütz is to the base board network allows a Fremdladen the base battery with a mean average charging power of a few hundred watts, but not sufficient charge the Zustartbatterie in a short time. The starting ability is thus not given in the short term.
  • attaching the third-party launch point to the sill board network requires a bidirectional DC-DC converter for recharging a discharged on-board battery.
  • a suitable measure in order to ensure the best possible start-up capability and external charging capability is the integration of a mechanical switching element for connecting the sub-assembly in the case of a foreign charge or in the event of a third-party start.
  • the integration of the mechanical switching element is preferably carried out together with a
  • a third party start is as usual for the vehicle user feasible. All sub-networks are supplied with external power via external access. During a workshop visit or in vehicle production, all batteries can be charged with a single charger.
  • FIG. 4 Fremdstartstütztician with grooves
  • the section AA in FIG. 4 is referenced in FIG. 2
  • the section BB in FIG. 4 is referenced in FIG. 3.
  • Fig. 1 shows a topological overview of the electrical system of a motor vehicle with two sub-board networks.
  • the first sub-board network (1) is called a base-board network and is at a nominal voltage level of 14 volts. It has a generator (4) driven by an internal combustion engine which electrically supplies electrical consumers (6) and control devices such as the engine control unit (7).
  • An electrical energy storage here as
  • On-board battery (5) referred to, can be charged by the generator while driving.
  • a unidirectional DC-to-DC converter (3) in the 150 Watt power class is a second sub-board network (2) with nominal voltage at 14 volts at the
  • the operating voltage of the DC-DC converter is from
  • the second sub-board network is referred to as a sill board and has an electrical energy storage (9), which is referred to as Zustartbatterie.
  • the starter battery feeds the starter or starter ⁇ 8 ⁇ of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a third-party starting device (10) with a countersunk jump starting point in a schematic section.
  • the two sub-network are topoiogically arranged as in Fig. 1.
  • the jump-start device is arranged electrically parallel to the DC-DC converter.
  • the third-party start device has an insulating holder (11).
  • the holder are two metallic contacts (13a, 13b) impressed, which are galvanically isolated from each other, but are connected to one of the two sub-electrical systems.
  • These metallic contacts referred to as vehicle electrical contacts, are galvanically isolated from a foreign starter base (12) also attached to the holder.
  • the Fremdstartstützddling is essentially metallic and has a cylinder-like basic shape. Of the
  • Fremdstartstütztician has a cylinder axis.
  • the cylinder axis lies in the plane of the section AA, whose view indicated by arrows in Fig. 4 in Fig. 2 is shown.
  • Section AA passes through a first groove (12a) which is offset in the foreign starting support point and which is designated as a guide groove.
  • a second groove (12b) which is set down in the foreign starting point, acts as a locking groove referred to as.
  • the locking groove leads along the lateral surface and perpendicular to the guide, so that an overall L-shaped groove on the foreign launch base is emerging.
  • the section BB in whose plane the cylinder axis of the jump starting point is located, leads through the locking groove.
  • Fig. 3 shows the third-party starting device with the foreign launch base, the lateral surface is at least partially freely accessible.
  • the foreign launching support in FIG. 3 and FIG. 2 is enclosed by a substantially metallic component (14a, 14b) with a substantially ring-like basic shape.
  • the ring component is referred to as a jump start switch.
  • On the inside of the external starter switch is an attached
  • Locking pin (16) which may be designed with a circular or square cross-section.
  • the locking pin is guided in the guide groove and the locking groove.
  • the diameter of the locking pin or its edge length is adapted to the width of the grooves.
  • an elastic element (15) which may for example be designed as a helical spring, clamped.
  • the coil spring pushes the guided by the locking pin in the guide foreign to start switch against the holder in the direction of the end facing away from the holder of the Fremdstartstützddlings.
  • the jump start switch is fixed relative to the jump start point.
  • the position of the locking pin on the inside of the jump-start switch is dimensioned such that in this upper parking position, the side facing away from the jump-start switch terminates with the Fremdstartstitztician, so that the lateral surface of the Fremdstartstweil Vietnamese is not accessible at the end facing away from the bracket of the Fremdstartstweilddlings.
  • the external switch does not touch the vehicle electrical system contacts in the upper parking position. Therefore, a voltage or current source can not be permanently connected to the external starter switch, which is non-contact with the sub-board networks.
  • the accessible Fremdstartschaiter can be manually pressed in the direction of the holder. This pressure movement is guided by the locking pin in the guide until the locking pin is present at the bracket facing the end of the guide. In this position, the locking pin occurs by a subsequent rotational movement of the jump-start switch relative to
  • Fig. 2 shows the jump start switch in the upper parking position, in which the jump start point is sunk
  • Fig. 3 the jump start switch in the lower parking position, in which the jump start point is accessible.
  • the lower parking position is adjusted to give the motor vehicle jump start or perform a foreign charge. Due to the design of the third-party launching the access to the Fremdstartstützddling for charging the electrical system battery and the Zustartbatterie with an external donor battery, an external charger or any other external voltage and current source of suitable voltage level is only possible in the lower position of the Fremdstartschalters. Only in the lower setting position can an external voltage source be connected. Is in the lower position of the jump starter between the exposed
  • the DC-DC converter is galvanically bridged in the lower position, so that the transferable from the DC converter power is not a limitation when loading or a Fremdstart.
  • a third party start of the vehicle may be necessary for various reasons.
  • the starter battery may be defective or so heavily discharged that the high current required for starting the engine can not be provided by the starter battery.
  • the on-board battery can be defective or so strong be discharged that the ignition of the vehicle power supply battery not activated and / or the engine control of the on-board battery can not be put into operation for starting the vehicle.
  • both batteries may be defective or deeply discharged.
  • the ignition and the motor control are supplied with the necessary operating voltage in an external voltage source with sufficient power output and the starter is supplied with the high current required for starting.
  • the foreign starter can also operationally such in the
  • Energy management of the vehicle be involved that the vehicle driver via a display control concept (for example, visual display in the dashboard or in the on-board computer or acoustic signal) is requested in case of need to operate the external starter switch. This may be necessary, for example, to temporarily charge a heavily discharged battery through an internal charge balance. Also, the request to release the jump start switch again, i. returned to the upper position, the driver is displayed. If, contrary to the request to release the foreign starter switch, this is not solved and remains permanently locked in the lower Stellposrtion, be in the
  • the ring-like jump-start switch on an Au - micr which with a standardized Polzange a
  • Bridging cable exceeds the opening width.
  • a non-conductive housing for example made of plastic, which surrounds the holder, the electrical system contacts and the outside of the ring-type jump-start switch in the upper and the lower parking position, be mounted to a contact of the
  • Third party launch point may be provided with a removable plastic lid.
  • a permanent contact between an external voltage source and the Fremdstartstütztician is guaranteed only with correct polarity of the external voltage source.
  • the reverse polarity connection of external voltage sources at the third-party start device is prevented.
  • a built - in polarity reversal protection ensures that the polarity of the external power supply is locked
  • the starter switch in the lower position triggers to release the terminal or the connector of the wrongly connected cable from the jump start point. Alternatively, when reverse polarity Warning sound is output. If the connection is reversed, the jump start point can also be blown off.
  • the driver in the instrument cluster can be visually or acoustically displayed via a warning signal to bring the foreign starter switch in the lower position. This leads to a charge balance between the energy storage devices when there is no charge in the battery, without an external voltage source being connected.
  • An alternative embodiment has an integrated into the external starter switch electrically conductive compression spring arrangement with electrical contacts, which provides additional contact pressure of the contact surfaces between the external starter switch and the electrical system contacts.
  • the pressure and rotation mechanism of the third-party starting device can also be designed as an alternative.
  • a technical field of writing instruments for example, a
  • Locking mechanism for ballpoint pen generally known, the reversible one
  • This mechanism can be transferred to the external starter by the foreign launch support the function of a mine, the external starter switch the function of a handle tube and the holder takes over the function of a push button.
  • Feed sleeve are integrated into the third-party starting device.
  • the mechanism is actuated by the foreign starter switch is pressed as it were a handle tube against the fixed in the vehicle bracket as it were a push button.
  • the mechanism of the third-party starting device can also be used as tilting, folding or
  • Screw mechanism be executed.
  • a hinged plastic lid of the jump start point may cover the jump start point in a locked home position and access it in a locked, unfolded position. In the unfolded position creates a galvanic connection between the sub-board networks and the Fremdstartstitztician by the appropriate arrangement of metallic contact surfaces. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Kraftfahrzeug mit einer Fremdstartvorrichtung, wobei das Kraftfahrzeug über einen Verbrennungsmotor mit Starter (8) verfügt, das Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Teilbordnetzen (1, 2), die über ein elektrisches Koppelelement (3) miteinander gekoppelt sind, und je Teilbordnetz mit mindestens einem wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher (5, 9) ausgestattet ist, und das Kraftfahrzeug über einen Fremdstartstützpunkt (12) verfügt, die dadurch charakterisiert ist, dass die Fremdstartvorrichtung einen mehrstufigen Fremdstartschalter (14a, 14b) aufweist, die Teilbordnetze und der Fremdstartstützpunkt bei Einstellung einer ersten Schaltstufe des Fremdstartschalters galvanisch getrennt sind und die Teilbordnetze und der Fremdstartstützpunkt bei Einstellung einer zweiten Schaltstufe des Fremdstartschalters galvanisch verbunden sind.

Description

Kraftfahrzeug mit einer Fremdstartvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Fremdstartvorrichtung, wobei das Kraftfahrzeug über einen Verbrennungsmotor mit Starter verfügt, das Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Teilbordnetzen, die über ein elektrisches Koppelelement miteinander gekoppelt sind, und je Teilbordnetz mit mindestens einem wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher ausgestattet ist, und das Kraftfahrzeug über einen Fremdstartstützpunkt verfügt.
Üblicherweise ist das Bordnetz von Kraftfahrzeugen mit einer Starterbatterie ausgestattet, um den Motor mit einem Starter zu starten und Verbraucher bei mangelnder Deckung mit elektrischer Leistung durch den Generator mit elektrischer Leistung zu versorgen. Die Aufgaben der Starterbatterie gehen also über das bloße Starten des Motors hinaus, so dass die
Starterbatterie in der modernen Fahrzeugentwicklung als Bordnetzbatterie oder SLI-Batterie für Starting (Anlassen), Lighting (Licht) und Ignition (Zündung) bezeichnet wird. Kommt es zu einem Batterieausfall oder Batteriedefekt, kann das Fahrzeug fremdgestartet und/oder die Batterie nachgeladen werden. Sowohl zum Fremdstart als auch zum Nachladen wird eine externe Strom- und Spannungsquelle wie etwa ein Ladegerät oder die Bordnetzbatterie eines anderen Fahrzeugs (Spenderfahrzeug), mit der Batterie des Empfängerfahrzeugs galvanisch verbunden. Die elektrische Verbindung wird mit Oberleitungskabeln hergestellt. Ein
Überleitungskabelsatz besteht aus zwei isolierten Leitungen, die mit Klemmen oder Zangen abschlieBen, welche für die Größe von genormten Batteriepolen ausgelegt sind (siehe Norm EN 50342-2„Lead-acid Starter batteries. Dimensions of batteries and marking of terminals." und Norm DIN 72553„Starthilfekabel für Straßenfahrzeuge mit Verbrennungsmotor; Maße, Anforderungen, Prüfung"). Die Plusleitung des Kabelsatzes verbindet die positiven Potentiale, das bedeutet zum Beispiel die beiden Pluspol© der von Empfänger- und Spenderbatterie oder den Pluspol der Empfängerbatterie mit dem Plus-Ausgang eines Ladegeräts. Die Minusleitung stellt eine gemeinsame Masse her. Bei einem Fremdstart fließen hohe Ströme (nahe an den Bereich von Kiloampere), so dass die Leitungen des Kabelsatzes einen entsprechend hohen Leitungsquerschnitt aufweisen. Bei vielen Fahrzeugmodellen sind die Batteriepole nicht frei zugänglich wie etwa beim Verbau im Kofferraum. In diesem Fall wird nicht der Pluspol der Batterie kontaktiert sondern ein mit der Plusleitung der Batterie galvanisch verbundenes Terminal. Dieses Terminal wird als Fremdstartstützpunkt bezeichnet und ist ein für den Bestimmungszweck des Nachladens und Fremdstartens im Fahrzeug und/oder
Fahrzeugbegleitbuch ausgewiesener und leicht von außen zugänglicher Anschluss. Er befindet sich in der Regel im Bereich des Motorraums und ist nach dem Öffnen der Motorhaube frei zugänglich, um eine Polzange anzuschließen. Ein verpolsicherer Fremdstartschaltkreis für ein Fahrzeug mit einer Starterbatterie ist beispielsweise in US 6 211 577 B1 beschrieben.
Weiterhin verfügen moderne Kraftfahrzeuge mit rein verbrennungsmotorischen als auch elektrisch kombinierten, hybriden Antrieben mit einer Spannungslage des Bordnetzes von 12 Volt über eine Motor-Stopp-Start-Funktion, d.h. der Motor wird in geeigneten Fahrsituationen während des Fahrbetriebs abgestellt und nach kurzer Zeit wieder neu gestartet. Das Warten an einer roten Ampel oder an einem Bahnübergang können als Beispiele angeführt werden. Das Unterbinden des Motorlaufs bewirkt eine Treibstoffeinsparung. Aufgrund der im Vergleich zu Fahrzeugen ohne Stopp-Start-Funktion häufigeren Anzahl von Motorstarts und der
Notwendigkeit, während der Abstellzeit des Motors bei Fahrbetrieb die elektrischen Verbraucher Ober die Batterie versorgen zu müssen, wird die Batterie des Fahrzeugs stark beansprucht. Deshalb sind Fahrzeuge mit Start-Stopp- Funktion oder auch Fahrzeuge mit hoher
Grundstrombelastung wie Kommunai-oder Behördenfahrzeuge häufig mit einem zweiten Bordnetz ausgestattet, das über eine eigene Batterie verfügt, welche oft als Zustartbatterie bezeichnet wird. Das Teilbordnetz mit der Zustartbatterie ist vom Teilbordnetz mit der
Hauptbatterie, welche auch als Basisbatterie bezeichnet wird, durch ein Batterietrennrelais und/oder einen Gleichstromwandler getrennt. Eine kostenoptimierte Variante ist die Nutzung eines unidirektionalen Gleichstromwandlers ohne Batterietrennrelais. Der Gleichstromwandler wird vom Teilbordnetz mit der Hauptbatterie elektrisch versorgt und überträgt elektrische Leistung von seinem eingangsseitigen Basisbordnetz zu seinem ausgangsseitigen
Zustartbordnetz. Meist befindet sich im eingangsseitigen Bordnetz mit der Hauptbatterie das Motorsteuergerät und im ausgangsseitigen Bordnetz mit der Zustartbatterie der Starter. In der Schrift US 6 396 240 B1 ist für ein Fahrzeug mit zwei über einen Gleichstromwandler gekoppelten Bordnetzbatterien eine Fremdstarteinrichtung mit einer dritten Batterie
beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Fremdstartvorrichtung in einem
Kraftahrzeug mit mindestens zwei Teilbordnetzen anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Fremdstartvorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen. Erfindungsgemäß ist die Fremdstartvorrichtung gekennzeichnet durch einen mehrstufigen Fremdstartschalter, welcher bei Einstellung einer ersten Schaltstufe die Teiibordnetze und den Fremdstartstützpunkt jeweils galvanisch voneinander trennt und bei Einstellung einer zweiten Schaltstufe die Teiibordnetze und den Fremdstartstützpunkt jeweils galvanisch miteinander verbindet.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass im Normalbetrieb des Fahrzeugs die Teiibordnetze galvanisch voneinander getrennt betrieben werden können. Ein in der Software des Fahrzeugs umgesetztes Leistungs- und Energiemanagement vermittelt zwischen den beiden Bordnetzen über den Gleichstromwandler als elektrische Kopplung. Bei außergewöhnlichen Situationen wie etwa einem Liegenbleiben des Fahrzeugs können die Teiibordnetze durch Einstellung der zweiten Schaltstufe des Fremdstartschalters galvanisch miteinander verbunden werden. Falls beispielsweise ein Energiespeicher einen Mangel an Ladung aufweist, kann es zu einem internen Ladungsausgleich mit dem anderen Energiespeicher oder den anderen
Energiespeichern kommen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Koppelelement, das die
Teilbordnetze miteinander koppelt, als Gleichstromwandler und/oder als Relais oder Schalter ausgeführt.
Die Allgemeinheit wird nicht beschränkt, falls in der vorliegenden Beschreibung ein
Gleichstromwandler betrachtet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist bei Einstellung der zweiten Schaltstufe des Fremdstartschalters der Fremdstartstützpunkt elektrisch kontaktierbar, um die
wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher über den Fremdstartstützpunkt von einer äußeren Spannungsquelle zu laden.
Diese Ausführungsform hat zum Vorteil, dass die Fremdstartvorrichtung ein Wiederaufladen aller Energiespeicher von einer äußeren Spannungsquelle ermöglicht. Alle Energiespeicher sind galvanisch mit der äußeren Spannungsquelle verbunden, so dass eine Limitierung der
Ladeleistung durch die Ladungsaufnahmefähigkeit des Energiespeichers oder durch die Stromabgabefähigkeit der externen Spannungsquelle gegeben ist. Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist der Fremdstartstützpunkt bei Einstellung der zweiten Schalterstufe elektrisch kontaktierbar, um den Starter von einer äußeren
Spannungsquelle mit elektrischer Leistung für einen Fremdstart des Verbrennungsmotors zu versorgen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass das Kraftfahrzeug von einer äußeren Spannungsquelle wie etwa einem Ladegerät oder einer Starterbatterie eines Spenderfahrzeugs fremdgestartet werden kann. In der zweiten Schaftstufe des Fremdstartschalters sind alle Teilbordnetze und damit alle Energiespeicher galvanisch mit der äußeren Leistungsquelle verbunden. Ein
Fremdstart kann auch erfolgen, falls alle Energiespeicher, beispielsweise infolge einer langen Standzeit, tiefentladen sind. Die Fremdstarteinrichtung ermöglicht, dass alle für einen Start nötigen Steuergeräte unabhängig von der spezifischen Bordnetztopologie, d.h. in welchen Teilbordnetzen die Steuergeräte integriert sind, unter Betriebsspannung gesetzt werden. Auch der Starter kann mit dem für einen Motorstart sehr hohen Startstrom bis circa einem Kiloampere von der externen Stromquelle versorgt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
Fremdstart Stützpunkt im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt ist, das heißt er weist eine zylinderartige Grundform auf. Der Fremdstartschalter ist im Wesentlichen ringförmig ausgeführt, das heißt er weist eine ringartige Grundform auf. Der Fremdstartschalter umschliesst den Fremdstartstützpunkt mit galvanischer Verbindung. Der Fremdstartstützpunkt und der
Fremdstartschalter verfügen über einen gemeinsamen Druckmechanismus und/oder einen Drehmechanismus, durch welchen der Fremdstartschalter in einer von zumindest zwei vorgegebenen Stellpositionen gegenüber dem Fremdstartstützpunkt fixierbar ist.
Die Ausführungsform der Fremdstartvorrichtung bietet den Vorteil, dass der
Fremdstartstützpunkt in dem Fremdstartschalter integriert ist und eine leitende Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten besteht.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist bei eingestellter erster Schaltstufe des Fremdstartschalters der Fremdstartschalter relativ zum Fremdstartstützpunkt in einer oberen Stellposition und bei eingestellter zweiter Schaltstufe des Fremdstartschalters relativ zum Fremdstartstützpunkt in einer unteren Stellposition fixiert. Bei in der oberen Stellposftion fixiertem Fremdstartschalter ist die Mantelfläche der zylinderartigen Grundform des Fremdstartstützpunktes geometrisch abgeschirmt. Bei in der unteren Stellposition fixiertem Fremdstartschalter ist die Mantelfläche der zylinderartigen Grundform des
Fremdstartstützpunktes geometrisch zumindest teilweise für eine elektrische Kontaktierung offen zugänglich.
Diese Ausführung gewährleistet, dass der Fremdstartstützpunkt mit einer Klemme oder Zange eines gebrauchsüblichen Starterkabeis oder Überbrückungskabels in der oberen Stellposition nicht kontaktierbar ist. In der unteren Stellposition wird der in dem Fremdstartschalter integrierte Fremdstartstützpunkt freigelegt, so dass seine Mantelfläche mit einer Klemme oder Zange greifbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Fremdstartstützpunkt mit einer nichtleitenden Halterung verbunden. Zwischen der Halterung und dem Fremdstartschalter wirkt ein elastisches Federelement in axialer Richtung des Fremdstartstützpunktes rückstellend.
Das elastische Federelement übt auf den Fremdstartschalter eine Kraft aus, welche von der
Halterung weggerichtet ist.
Zusätzlich kann der Fremdstartschalter mindestens einen aufgesetzten Arretierstift an der dem
Fremdstartstützpunkt zugewandten Seite der ringartigen Grundform des Fremdstartschalters aufweisen und der Arretierstift in radiale Richtung der ringartigen Grundform des
Fremstartschalters und der zylinderartigen Grundform des Fremdstartstützpunktes weisen.
Vorzugsweise verfügt der Fremdstartstützpunkt für jeden Arretierstift über eine abgesetzte erste Nut. Die erste Nut führt den Arretierstift in Form einer Nut-Feder-Verbindung in axialer Richtung des Fremdstartstützpunktes. Der Arretierstift ist am von der Halterung abgewandten Ende der abgesetzten ersten Nut durch die Rückstellung des elastischen Federelements in der oberen Stellposition fixierbar. Der Fremdstartstützpunkt weist für jeden Arretierstift eine abgesetzte zweite Nut auf, die senkrecht zur ersten Nut ausgerichtet ist und die an dem der Halterung zugewandten Ende der ersten Nut in die erste Nut in einer L-Form übergeht. Die zweite Nut führt den Arretierstift in Form einer Nut-Feder-Verbindung senkrecht zur axialen und senkrecht zur radialen Richtung der zylinderartigen Grundform des Fremdstartstützpunktes, das heisst die zweite Nut führt den Fremdstartschalter rotatorisch um den Fremdstartstützpunkt. Der Arretierstift ist in der zweiten Nut durch die Rückstellung des elastischen Federelements in der unteren Stellposition fixierbar.
Diese Ausführung einer Nut-Feder-Verbindung zwischen dem Arretierstift oder den
Arretierstiften und den Nuten bewirkt, dass der Fremdstartschalter reversibel von der unteren Stellposition in die obere Stellposition gebracht werden kann. Die Einstellung der unteren
Stellposition ausgehend von der oberen Stellposition ist dadurch erreichbar, dass einer Druckbewegung des Fremdstartschalters in Richtung der Halterung eine erste Drehbewegung folgt. Bei der Druckbewegung führt der Arretierstift oder führen die Arretierstifte den
Fremdstartschalter relativ zur axialen Richtung des Fremdstartstützpunkts bis das abgesetzte, der Haltung zugewandte Ende der ersten Nut erreicht ist und der Arretierstift oder die
Arretierstifte in die zweite Nut geführt werden können. Sind der Stift oder die Stifte in der zweiten Nut, befindet sich der Fremdstartschalter relativ zum Fremdstartstützpunkt in der unteren Stellposition. Die erste Rotationsbewegung kann so weit erfolgen, bis der Stift oder die Stifte das abgesetzte, von der ersten Nut abgewandte Ende der zweiten Nut erreichen. Falls der Fremdstartstützpunkt die Kombination aus erster und zweiter Nut mindestens zwei Mal aufweist, ist eine technische Ausführbarkeit der Drehbewegung nur gewährleistet, wenn sich zwischen zwei ersten Nuten genau eine zweite Nut befindet. Die Einstellung der oberen Stellposition ausgehend von der unteren Stellposition ist dadurch erreichbar, dass eine der ersten Drehbewegung gegenläufige zweite Drehbewegung ausgeführt wird bis der Stift oder die Stifte das der ersten Nut zugewandte Ende der abgesetzten zweiten Nut erreichen und in die erste Nut übergeführt werden. Die Rücksteilkraft des elastischen Elements bewegt den Fremdstartschalter relativ zum Fremdstartstützpunkt in die obere Stellposition.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist der nichtleitenden Halterung für jedes Teilbordnetz mindestens ein leitendes Element aufgeprägt, mit welchem das jeweilige
Teilbordnetz galvanisch verbunden ist. Die leitenden Elemente sind voneinander galvanisch getrennt. Der Fremdstartschalter ist bei eingestellter erster Schaltstufe des Fremdstartschalters von den leitenden Elementen galvanisch getrennt. Bei eingestellter zweiter Schaltstufe des Fremdstartschalters ist der Fremdstartschalter mit den leitenden Elementen galvanisch verbunden.
Diese Variante stellt sicher, dass bei eingestellter zweiter Schaltstufe des Fremdstartschalters der Fremdstartstützpunkt eine leitende Verbindung zu den Teilbordnetzen aufweist. Bei eingestellter erster Schaltstufe des Fremdstartschalters ist der Fremdstartstützpunkt von den Teilbordnetzen getrennt.
Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Um ein Kraftfahrzeug extern mit Strom und Spannung zu versorgen, verfügt das Bordnetz des
Fahrzeugs über einen Fremdstartstützpunkt. An diesem kann die Bordnetzbatterie
beispielsweise im Produktionswerk, während oder nach langer Standphase oder bei einem
Werkstattaufenthalt mit einer externen Spannungsquelle oder einen externen Batterie geladen werden.
Der Fremdstartstützpunkt ist bei Fahrzeugen mit Mehrspeicherbordnetzen unzureichend. Dies sind etwa Fahrzeuge mit Start- Stopp-Funktionalität, die ein zusätzliches, vom Basisbordnetz über einen Schalter oder einen unidirektionalen Gleichstromwandler separiertes
Zustartbordnetz mit eigenen elektrischen Energiespeichern als Zustartbatterien oder
Zustartspeicher aufweisen. Durch den Gleichstromwandler sind das Basisbordnetz und das Zustartbordnetz miteinander elektrisch gekoppelt, jedoch galvanisch voneinander getrennt. Die von der Batterie im Basisbordnetz zur Batterie im Zustartbordnetz transferierte elektrische Leistung bemisst sich nach der Spezifikation des Gleichstromwandlers. Überlicherweise erfolgt die Auslegung des Gleichstromwandiers anhand von Kosten- und Bau raumgesichtspu nkten für den Normalbetrieb des Fahrzeugs. Die Dimensionierung des Wandlers ist auf die im Mittel während der Fahrzeit nachzuladende Leistung ausgelegt und liegt typischerweise im Bereich von wenigen hundert Watt. Üblicherweise ist der Wandler unidirektional ausgeführt und ermöglicht nur einen Energiefiuss von der Bordnetz- zur Zustartbatterie. Liegen zum Beispiel beide Batterien im tiefentladenen Zustand vor, so dass beide Batterien nachgeladen werden müssen, verhindert die Auslegung des Gleichstromwandiers ein Nachladen der Batterien in einem vertretbaren Zeitraum. Insbesondere die für einen Start des Verbrennungsmotors erforderliche elektrische Leistung bei kurzzeitig (Zeitraum von einigen Millisekunden) 600 Ampere bis 800 Ampere ist nicht transferierbar. Dies ist auch bei nicht mehr startfähigen, defekten oder hochohmigen Zustartbatterien der Fall. Die übliche Anbindung des
Fremdstartstützpunktes an das Basisbordnetz ermöglicht ein Fremdladen der Basisbatterie mit einer in der Regel mittleren Ladeleistung von wenigen hundert Watt, jedoch keine ausreichende Ladung der Zustartbatterie in kurzer Zeit. Die Startfähigkeit ist damit kurzfristig nicht gegeben. Umgekehrt macht das Anbringen des Fremdstartstützpunktes an das Zustartbordnetz einen bidirektionalen Gleichstromwandler zum Nachladen einer entladenen Bordnetzbatterie erforderlich. Außerdem besteht bei einem totalen Ausfall der Spannungsversorgung in einem oder in beiden Teilbordnetzen nicht die Möglichkeit die beiden Bordnetze über einen elektrischen Schalter galvanisch zu verbinden, da auch der Schalter bei ausgefallener
Spannungsversorgung im Fahrzeug nicht geschaltet werden kann. Ferner muss der
Fremdstartstützpunkt in Kombination mit einem elektrischer Schalter zwingend auf der Seite des schalterversorgenden Netzes sein. Bei einem Ausfall nur der in dem schalterversorgenden Netz befindlichen Batterie muss eine externe Spannungsquelle zum Einsatz kommen, da eine interne Umladung über die andere Batterie bei geöffnetem Schalter nicht erfolgt.
Eine geeignete Maßnahme, um die Fremdstartfähigkeit und die Fremdladefähigkeit bestmöglich zu gewährleisten, ist die Integration eines mechanischen Schaltelements zur Verbindung der Teilbordnetze im Falle einer Fremdladung oder im Falle eines Fremdstarts. Die Integration des mechanischen Schaltelements erfolgt vorzugsweise zusammen mit einer dem
Fremdstartstützpunkt zugefügten mechanischen Logik, die einen externen leitenden Zugang zum Fremdstartstützpunkt und zum weiteren Bordnetz erst ermöglicht, wenn die Teilbordnetze miteinander galvanisch verbunden sind.
Die Integration eines solchen mechanischen Schaltelements bringt verschiedene Vorteile. Es wird eine wirksame externe Notversorgung eines Teilbordnetzes bei Ausfall eines anderen
Teilbordnetzes gewährleistet. Ein Fremdstart ist für den Fahrzeugnutzer wie gewohnt durchführbar. Alle Teilbordnetze werden über einen Zugang von außen mit eiektrischer Leistung versorgt. Bei einem Werkstattaufenthalt oder in der Fahrzeugproduktion können alle Batterien mit einem einzigen Ladegerät geladen werden.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Ausgewählte Weiterbildungen werden ebenfalls erläutert. Im Einzelnen zeigen schematisch
Fig. 1 Zwei Teilbordnetze mit Gleichstromwandler
Fig. 2 Fremdstartvorrichtung mit versenktem Fremdstartstützpunkt in einem schematischen Schnitt
Fig. 3 Fremdstartvorrichtung mit frei zugänglichem Fremdstartstützpunkt in einem
schematischen Schnitt
Fig. 4 Fremdstartstützpunkt mit Nuten In allen Figuren gelten die gleichen Bezugszeichen gemäß der Bezugszeichenliste. Auf den Schnitt A-A in Fig. 4 wird in Fig. 2 verwiesen, auf den Schnitt B-B in Fig. 4 wird in Fig. 3 verwiesen.
Fig. 1 zeigt einen topologischen Überblick des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit zwei Teilbordnetzen. Das erste Teilbordnetz (1) wird als Basisbordnetz bezeichnet und befindet sich bei einer nominalen Spannungslage von 14 Volt. Es weist einen von einem Verbrennungsmotor getriebenen Generator (4) auf, der elektrische Verbraucher (6) und Steuergeräte wie etwas das Motorsteuergerät (7) elektrisch speist. Ein elektrischer Energiespeicher, hier als
Bordnetzbatterie (5) bezeichnet, kann vom Generator während des Fahrbetriebs geladen werden. Ober einen unidirektionalen Gleichstromwandler (3) in der Leistungsklasse von 150 Watt ist ein zweites Teilbordnetz (2) mit nominaler Spannungslage bei 14 Volt an das
Basisbordnetz angebunden. Die Betriebsspannung des Gleichstromwandlers wird vom
Basisbordnetz bereitgestellt. An der Eingangsseite des Wandlers befindet sich das
Basisbordnetz und an der Ausgangsseite des Gleichstromwandlers befindet sich das zweite Teilbordnetz. Das zweite Teilbordnetz wird als Zustartbordnetz bezeichnet und verfügt über einen elektrischen Energiespeicher (9), der als Zustartbatterie bezeichnet wird. Die
Zustartbatterie speist insbesondere den Anlasser oder Starter {8} des Verbrennungsmotors.
Fig. 2 zeigt eine Fremdstartvorrichtung (10) mit einem versenkten Fremdstartstützpunkt in einem schematischen Schnitt. Die beiden Teilbordnetze sind topoiogisch wie in Fig. 1 angeordnet. Die Fremdstartvorrichtung ist elektrisch parallel zum Gleichstromwandler angeordnet. Die Fremdstartvorrichtung verfügt über eine isolierende Halterung (11). Der Halterung sind zwei metallische Kontakte (13a, 13b) aufgeprägt, die voneinander galvanisch getrennt sind, jedoch mit jeweils einem der beiden Teilbordnetze verbunden sind. Diese als Bordnetzkontakte bezeichneten metallischen Kontakte sind galvanisch von einem ebenfalls an der Halterung angebrachten Fremdstartstützpunkt (12) getrennt. Der Fremdstartstützpunkt ist im Wesentlichen metallisch und weist ein zylinderähnliche Grundform auf. Der
Fremdstartstützpunkt ist in der schematischen Fig. 4 im Detail abgebildet. Der
Fremdstartstützpunkt weist eine Zylinderachse auf. Die Zylinderachse liegt in der Ebene des Schnitts A-A, dessen mit Pfeilen in Fig. 4 gekennzeichnete Ansicht in Fig. 2 dargestellt ist. Der Schnitt A-A führt durch eine im Fremdstartstützpunkt abgesetzte, erste Nut (12a), die als Führungsnut bezeichnet wird. An dem der Halterung zugewandten Ende der Führungsnut setzt eine im Fremdstartstützpunkt abgesetzte zweite Nut (12b) an, welche als Feststellnut bezeichnet wird. Die Feststellnut führt entlang der Mantelfläche und senkrecht zur Führungsnut, so dass sich eine insgesamt L-förmige Nut auf dem Fremdstartstützpunkt abzeichnet. Der Schnitt B-B, in dessen Ebene die Zylinderachse des Fremdstartstützpunkts liegt, führt durch die Feststellnut. Die mit Pfeilen in Fig. 4 gekennzeichnete Ansicht des Schnitts B-B ist in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3 zeigt die Fremdstartvorrichtung mit dem Fremdstartstützpunkt, dessen Mantelfläche zumindest teilweise frei zugänglich ist. Der Fremdstartstützpunkt in Fig. 3 und Fig. 2 wird von einer im Wesentlichen metallischen Komponente (14a, 14b) mit im Wesentlichen ringartiger Grundform umschlossen. Die Ringkomponente wird als Fremdstartschalter bezeichnet. An der Innenseite des Fremdstartschalters befindet sich ein aufgesetzter
Arretierstift (16), der mit kreisförmigem oder quadratischem Querschnitt ausgeführt sein kann. Der Arretierstift wird in der Führungsnut und der Feststellnut geführt. Der Durchmesser des Arretierstiftes oder seine Kantenlänge ist an die Breite der Nuten angepasst. Zwischen dem Fremdstartschalter und der Halterung ist ein elastisches Element (15), das beispielsweise als Schraubenfeder ausgeführt sein kann, eingeklemmt. In Fig. 2 drückt die Schraubenfeder den durch den Arretierstift in der Führungsnut geführten Fremdstartschalter gegen die Halterung in Richtung des von der Halterung abgewandten Endes des Fremdstartstützpunkts. Sobald der Arretierstift das von der Halterung abgewandte Ende der abgesetzten Führungsnut erreicht, ist der Fremdstartschalter relativ zum Fremdstartstützpunkt fixiert. Die Position des Arretierstifts an der Innenseite des Fremdstartschalters ist derart bemessen, dass in dieser oberen Stellposition die der Halterung abgewandten Seite des Fremdstartschalters mit dem Fremdstartstützpunkt abschliesst, so dass die Mantelfläche des Fremdstartstützpunkt an dem der Halterung abgewandten Ende des Fremdstartstützpunkts nicht zugänglich ist. Außerdem berührt der Fremdschalter in der oberen Stellposition nicht die Bordnetzkontakte. Deshalb kann eine Spannungs- oder Stromquelle nicht dauerhaft an dem mit den Teilbordnetzen kontaktlosen Fremdstartschaiter angeschlossen werden.
Gegen den Druck der Schraubenfeder, die auch als Gummifeder ausgeführt sein kann, kann der zugängliche Fremdstartschaiter manuell in Richtung der Halterung gedrückt werden. Diese Druckbewegung wird vom Arretierstift in der Führungsnut geführt bis der Arretierstift an dem der Halterung zugewandten Ende der Führungsnut ansteht. In dieser Position tritt der Arretierstift durch eine sich anschließende Drehbewegung des Fremdstartschalters relativ zum
Fremdstart Stützpunkt in die Feststellnut ein. Die Drehbewegung kann fortgesetzt werden bis der Arretierstift an dem der Führungsnut abgewandten Ende der abgesetzten Feststellnut ansteht. In dieser unteren Stellposition ist der Fremdstartschaiter relativ zum Fremdstartstützpunkt so fixiert, dass die Mantelfläche des Fremdstartstützpunkt von dem der Halterung abgewandten Ende des Fremdstartstützpunkts zumindest in einem derart ausreichenden Maße zugängiich ist, dass eine standardisierte Klemme oder Zange eines Überbrückungskabels daran dauerhaft befestigt werden kann. Die Höhe der ringartigen Struktur des Fremdstartschalters ist genau derart bemessen, dass die der Halterung zugewandten Seite des Fremdstartschatters die beiden Bordnetzkontakte berührt, so dass ein galvanischer Kontakt entsteht.
Zusammengefasst zeigt Fig. 2 den Fremdstartschalter in der oberen Stellposition, in der der Fremdstartstützpunkt versenkt ist und Fig. 3 den Fremdstartschalter in der unteren Stellposition, in der der Fremdstartstützpunkt zugänglich ist. Mit der Kombination aus einer Druck- und Drehbewegung sind beide Stellpositionen reversibel ineinander überführbar. In der oberen Stellposition besteht eine galvanische Trennung zwischen dem Basisbordnetz und dem
Zustart bordnetz. Die elektrische Kopplung der beiden Teilbordnetze erfolgt ausschließlich über den unidirektionalen Gleichstromwandler. In der unteren Stellposition besteht eine dauerhafte und niederohmige galvanische Verbindung zwischen den Teilbordnetzen und dem
Fremdstartstützpunkt über den Fremdstartschalter. Die untere Stellposition wird eingestellt, um dem Kraftfahrzeug Starthilfe zu geben oder eine Fremdladung durchzuführen. Durch die Gestaltung der Fremdstarteinrichtung wird der Zugang zum Fremdstartstützpunkt für das Laden der Bordnetzbatterie und der Zustartbatterie mit einer externen Spenderbatterie, einem externen Ladegerät oder einen anderweitigen externen Spannungs- und Stromquelle von geeigneter Spannungslage nur in der unteren Stellung des Fremdstartschalters ermöglicht. Erst in der unteren Stellposition kann eine externe Spannungsquelle angeschlossen werden. Wird in der unteren Stellposition des Fremdstartschalters zwischen dem freigelegten
Fremdstartstötzpunkt und der Masse des Fahrzeugs eine externe Spannungsquefle
angeschlossen, wobei das positive Potential der Quelle mit dem Fremdstartstötzpunkt und das negative Potential der Quelle mit der Fahrzeugmasse verbunden ist, werden die
Bordnetzbatterie und die Zustartbatterie von der externen Leistungsquelle geladen. Die
Leistungsaufnahme der Batterien und damit deren Ladezeit ist von deren
Ladungsaufnahmefähigkeit oder von der Stromabgabefähigkeit der äußeren Leistungsquelle bei vorgegebener Ladespannung limitiert. Anders als in Topologien mit nur einem separaten Fremdstartstötzpunkt für ein Teiibordnetz ist der Gleichstromwandler in der unteren Stellposition galvanisch überbrückt, so dass die vom Gleichstromwandler transferierbare Leistung keine Limitierung beim Laden oder bei einem Fremdstart darstellt. Ein Fremdstart des Fahrzeugs kann aus verschiedenen Gründen notwendig werden. Beispielsweise kann die Zustartbatterie defekt oder so stark entladen sein, dass der für einen Motorstart nötige Hochstrom nicht von der Zustartbatterie bereitgestellt werden kann. Auch die Bordnetzbatterie kann defekt oder so stark entladen sein, dass für ein Aufstarten des Fahrzeugs die Zündung von der Bordnetzbatterie nicht aktiviert und/oder die Motorsteuerung von der Bordnetzbatterie nicht in Betrieb gesetzt werden kann. Infolge einer langen Standzeit können auch beide Batterien defekt oder tiefentladen sein. Ober die Fremdstarteinrichtung werden in der unteren Steilposition des Fremdstartschalters bei externer Spannungsquelle mit ausreichender Leistungsabgabe die Zündung und die Motorsteuerung mit der notwendigen Betriebsspannung gespeist und der Anlasser mit dem für einen Start nötigen Hochstrom versorgt.
Die Fremdstarteinrichtung kann außerdem betriebsstrategisch derart in das
Energiemanagement des Fahrzeugs eingebunden sein, dass der Fahrzeuglenker über ein Anzeige-Bedienkonzept (zum Beispiele visuelle Anzeige in der Instrumententafel oder im Bordcomputer oder akustisches Signal) im Bedarfsfalle zum Betätigen des Fremdstartschalters aufgefordert wird. Dies kann zum Beispiel notwendig sein, um eine stark entladene Batterie durch einen internen Ladungsausgleich kurzzeitig zu laden. Auch die Aufforderung, den Fremdstartschalter wieder zu Lösen, d.h. in die obere Stellposition zurückzuführen, wird dem Fahrzeugführer angezeigt. Wird entgegen der Aufforderung, den Fremdstartschalter zu lösen, dieser nicht gelöst und bleibt dauerhaft in der unteren Stellposrtion arretiert, werden im
Fahrzeug Betriebszustände, die einen Zustart erfordern, unterbunden oder deaktiviert.
Gemäß einer Variante dieser Ausführungsform weist der ringartige Fremdstartschalter einen Au ßendurchmesser auf, der die mit einer standardisierten Polzange eines
Überbrückungskabels (siehe etwa Norm DIN 72553) erreichbaren öffnungsweite übersteigt. Alternativ kann ein nichtleitendes Gehäuse beispielsweise aus Kunststoff, das die Halterung, die Bordnetzkonakte und die Außenseite des ringartigen Fremdstartschalters in der oberen und der unteren Stellposition umschliesst, angebracht sein, um eine Kontaktierung des
Fremdstartschalters zu verhindern. Auch das der Halterung abgewandte Ende des
Fremdstartstützpunkt kann mit einem entfernbaren Kunststoffdeckel versehen sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine dauerhafte Kontaktierung zwischen einer externen Spannungsquelle und dem Fremdstartstützpunkt nur bei korrekter Polung der äußeren Spannungsquelle gewährleistet. Der verpolte Anschluss externer Spannungsquellen an der Fremdstartvorrichtung wird unterbunden. Ein eingebauter Verpolschutz sorgt dafür, dass sich bei verpoltem Anschließen der externen Spannungsquelle die Arretierung des
Fremdstartschalter in der unteren Stellung löst, um die Klemme oder den Stecker des verpolt angeschlossenen Kabels vom Fremdstartstützpunkt zu lösen. Alternativ wird bei Verpolung ein Warnton ausgegeben. Bei verpoltem Anschluss kann auch der Fremdstartstützpunkt abgesprengt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann dem Fahrer im Kombiinstrument visuell oder akustisch über ein Warnsignal angezeigt werden, den Fremdstartschalter in die untere Stellung zu bringen. Dadurch kommt es bei Mangelladung eines Speichers zu einem Ladungsausgleich zwischen den Energiespeichern, ohne dass eine externe Spannungsquelle angeschlossen ist.
Eine alternative Ausführungsform verfügt über eine in den Fremdstartschalter integrierte elektrisch leitende Druckfederanordnung mit elektrischen Kontakten, die für zusätzlichen Anpressdruck der Kontaktflächen zwischen dem Fremdstartschalter und den Bordnetzkontakten sorgt.
Auch der Druck- und Drehmechanismus des Fremdstarteinrichtung kann alternativ ausgeführt sein. Auf dem technischen Gebiet von Schreibgeräten ist beispielsweise ein
Einrastmechanismus für Druckkugelschreiber allgemein bekannt, der reversibel eine
Kugelschreibermine aus einem Griffrohr bewegt und im Griffrohr versenkt. Dieser Mechanismus kann auf die Fremdstarteinrichtung übertragen werden, indem der Fremdstartstützpunkt die Funktion einer Mine, der Fremdstartschalter die Funktion eines Griffrohrs und die Halterung die Funktion eines Druckknopfes übernimmt. Eine Druckfeder, eine Druckhülse und eine
Vorschubhülse sind in die Fremdstarteinrichtung integriert. Der Mechanismus wird betätigt, indem der Fremdstartschalter gleichsam einem Griffrohr gegen die im Fahrzeug fixierte Halterung gleichsam einem Druckknopf gedrückt wird.
Der Mechanismus der Fremdstarteinrichtung kann auch als Kipp-, Klapp- oder
Schraubmechanismus ausgeführt sein. Zum Beispiel kann ein klappbarer Plastikdeckel des Fremdstartstützpunkts den FremdstartstOtzpunkt in einer arretierten Grundposition abdecken und bei einer arretierten, aufgeklappten Stellung zugänglich machen. In der aufgeklappten Position entsteht durch die geeignete Anordnung von metallischen Kontaktflächen eine galvanische Verbindung zwischen den Teilbordnetzen und dem Fremdstartstützpunkt. Bezugszeichenliste
1 Basisbordnetz
2 Zustartbordnetz
3 Gleichstromwandler
4 Generator
5 Bordnetzbatterie
6 Verbraucher
7 Motorsteuergerät
8 Starter
9 Zustartbatterie
10 Fremdstartvo rrichtu ng
11 Halterung
12 Fremdstartstützpunkt
12a Führungsnut
12b Feststellnut
13a Bordnetzkontakt 1
13b Bordnetzkontakt 2
14a Fremdstartschalter, ringförmig
14b Fremdstartschalter, ringförmig
15 Schraubenfeder
16 Arretierstift
17 Zylinderachse

Claims

Patentansprüche
1. Kraftfahrzeug mit einer Fremdstartvorrichtung, wobei das Kraftfahrzeug über einen Verbrennungsmotor mit Starter (8) verfügt, das Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Teilbordnetzen (1 ,2), die über ein elektrisches Koppelelement (3) miteinander gekoppelt sind, und je Teilbordnetz mit mindestens einem wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher (5,9) ausgestattet ist, und das Kraftfahrzeug über einen
Fremdstartstützpunkt (12) verfügt,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Fremdstartvorrichtung einen mehrstufigen Fremdstartschalter (14a, 14b)
aufweist,
- dass die Teilbordnetze und der Fremdstartstützpunkt bei Einstellung einer ersten
Schaltstufe des Fremdstartschalters galvanisch getrennt sind, und
- dass die Teilbordnetze und der Fremdstartstützpunkt bei Einstellung einer zweiten Schaltstufe des Fremdstartschalters galvanisch verbunden sind.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das elektrische Koppelelement als Gleichstromwandler und/oder als Relais oder als Schalter ausgeführt ist.
3. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Einstellung der zweiten Schaltstufe des Fremdstartschalters der
Fremdstartstützpunkt elektrisch kontaktierbar ist, um die wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher über den Fremdstartstützpunkt von einer äußeren Spannungsquelle zu laden.
4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Einstellung der zweiten Schaftstufe des Fremdstartschaiters der
Fremdstartstützpunkt elektrisch kontaktierbar ist, um den Starter von einer äußeren Spannungsquelle mit elektrischer Leistung für einen Fremdstart des
Verbrennungsmotors zu versorgen.
5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fremdstartstützpunkt im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt ist, das heisst eine zylinderartige Grundform aufweist,
dass der Fremdstartschalter im Wesentlichen ringförmig ausgeführt ist, das heisst eine ringartige Grundform aufweist, und den Fremdstartstützpunkt mit galvanischer
Verbindung umschliesst,
dass der Fremdstartstützpunkt und der Fremdstartschalter über einen gemeinsamen Druckmechanismus und/oder einen Drehmechanismus verfügen, durch welchen der Fremdstartscharter in einer von zumindest zwei vorgegebenen Stellpositionen gegenüber dem Fremdstartstützpunkt fixierbar ist.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet,
dass bei eingestellter erster Schartstufe des Fremdstartschaiters der Fremdstarlschalter relativ zum Fremdstartstützpunkt in einer oberen Stellposition fixiert ist,
dass bei eingestellter zweiter Schaltstufe des Fremdstartschaiters der
Fremdstarlschalter relativ zum Fremdstartstützpunkt in einer unteren Stellposition fixiert ist,
dass bei in der oberen Stellposition fixiertem Fremdstartschalter die Mantelfläche der zylinderartigen Grundform des Fremdstartstützpunktes geometrisch abgeschirmt ist, dass bei in der unteren Stellposition fixiertem Fremdstartschalter die Mantelfläche der zylinderartigen Grundform des Fremdstartstützpunktes geometrisch zumindest teilweise für eine elektrische Kontaktierung offen zugänglich ist.
7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fremdstartstützpunkt mit einer nichtleitenden Halterung (11) verbunden ist, und dass ein elastisches Federelement (15) zwischen der Halterung und dem
Fremdstartschalter in axialer Richtung des Fremdstartstützpunktes rückstellend wirkt.
8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fremdstartschalter mindestens einen aufgesetzten Arretierstift (17a) an der dem Fremdstartstützpunkt zugewandten Seite der ringartigen Grundform des
Fremdstartschalters aufweist, und
dass der Arretierstift in radiale Richtung der ringartigen Grundform des
Fremstartschalters und der zylinderartigen Grundform des Fremdstartstützpunktes weist.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fremdstartstützpunkt für jeden Arretierstift eine abgesetzte erste Nut (12a) aufweist,
dass die erste Nut den Arretierstift in Form einer Nut-Feder-Verbindung in axialer Richtung des Fremdstartstützpunktes führt,
dass der Arretierstift am von der Halterung abgewandten Ende der abgesetzten ersten Nut durch die Röckstellung des elastischen Federelements in der oberen Stellposition fixierbar ist,
dass der Fremdstartstützpunkt für jeden Arretierstift eine abgesetzte zweite Nut (12c) aufweist, die senkrecht zur ersten Nut ausgerichtet ist und die an dem der Halterung zugewandten Ende der ersten Nut in die erste Nut in einer L-Forrn übergeht,
dass die zweite Nut den Arretierstift in Form einer Nut-Feder-Verbindung senkrecht zur axialen und senkrecht zur radialen Richtung der zylinderartigen Grundform des
Fremdstartstützpunktes führt, das heisst den Fremdstartschalter rotatorisch um den Fremdstartstützpunkt führt, und
dass der Arretierstift in der zweiten Nut durch die Rückstellung des elastischen
Federelements in der unteren Stellposition fixierbar ist.
10. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der nichtleitenden Halterung für jedes Teilbordnetz mindestens ein leitendes Element (13a, 13b) aufgeprägt ist, mit welchem das jeweilige Teilbordnetz galvanisch verbunden ist,
dass die leitenden Elemente voneinander galvanisch getrennt sind,
dass der Fremdstartschalter bei eingestellter erster Schaltstufe des Fremdstartschalters von den leitenden Elementen galvanisch getrennt ist, und
dass der Fremdstartscharter bei eingestellter zweiter Schaltstufe des
Fremdstartschalters mit den leitenden Elementen galvanisch verbunden ist.
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