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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpolschutzschaltung für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug, wobei die Verpolschutzschaltung ein erstes Schaltelement, das zwischen einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol angeordnet ist, eine Einrichtung zur Erfassung einer Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung, und ein erstes Schaltsteuerungselement umfasst, das angepasst ist, das erste Schaltelement bei einer vorbestimmten Polarität zu schließen. Darüber hinaus umfasst diese Verpolschutzschaltung ein zweites Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und der Masse angeordnet ist und im geschlossen Zustand das erste Schaltsteuerungselement mit der Masse verbindet, und ein zweites Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das zweite Schaltelement bei der vorbestimmten Polarität zu schließen, wobei das zweite Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist.
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Es ist bekannt, den einzelnen elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug, die gegen elektrische Verpolungen sehr empfindlich sind, einen Verpolschutz zuzuordnen. Der Verpolungsschutz kann auf diverse Weisen sichergestellt werden. Es können beispielsweise mechanische Vorrichtungen vorgesehen werden, die sicherstellen, dass elektrische Anschlüsse nicht in falscher Polarität hergestellt werden können, wie z. B. ein asymetrisch aufgebauter Stecker, der nur in einer Richtung eingesteckt werden kann und so das Verpolen der Anschlüsse verhindert. Beim elektrischen Verpolungsschutz wird durch geeignete Schaltungen und Bauteile, wie beispielsweise Verpolschutz-Dioden, sichergestellt, dass beim Anlegen elektrischer Spannungen in falscher Polarität in dem angeschlossenen Gerät kein Schaden entsteht.
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Mehrere einfache Schaltungsvarianten können vorgesehen werden. Es kann beispielsweise eine Diode in Serie mit der Versorgungsspannung geschaltet werden, sodass bei Verpolung das Gerät keinen Strom mehr erhält. Alternativ kann eine Diode parallel zur Versorgungsspannung geschaltet werden. Ein Relais kann auch angewandt werden, das mit Hilfe einer Diode die Versorgungsspannung zum Verbraucher durchschaltet. Allerdings sind diese einfachen Lösungen nicht immer anwendbar. In einem Starterkreis eines Fahrzeuges ist beispielsweise der Strom zu hoch, damit eine Diode in Serie mit der Versorgungsspannung geschaltet werden kann.
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Wenn eine Batterie eines ersten Kraftfahrzeuges leer ist, das heißt keine genügende Leistung vorhanden ist, ist es bekannt, eine Batterie eines zweiten Kraftfahrzeuges über die leere Batterie zu schalten, um den Motor des ersten Fahrzeuges zu starten. Eine solche Technik ist im Allgemeinen als Fremdstart bekannt. Wenn die Batterie eines Kraftfahrzeuges nicht in dem Motorraum sondern anderswo in dem Fahrzeug angeordnet ist, ist es übliche Praxis geworden, Fremdstartanschlüsse in dem Motorraum vorzusehen, die mit einer Batterie eines zweiten Fahrzeuges verbindbar sind, wenn die Batterie des ersten Fahrzeuges leer werden sollte. Wenn die zweite Batterie nicht korrekt mit den Fremdstartanschlüssen, d. h. mit falscher Polarität, verbunden ist, können elektrische Komponenten in dem ersten Fahrzeug beschädigt werden. Das trifft insbesondere für Dioden, die mit dem Generator des ersten Fahrzeuges in Verbindung stehen, zu.
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In der offengelegten Patentanmeldung
DE 100 47 791 A1 ist ein Verpolschutz für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei zwischen einem Bordnetz des Kraftfahrzeuges und dem Fremdstartpol ein Schaltelement angeordnet ist, dem eine Einrichtung zur Erfassung der Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung zugeordnet ist, wobei das ansonsten offene Schaltelement bei richtiger Polung über die Einrichtung zur Erfassung der Polarität schließbar ist.
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Eine solche Verpolschutzschaltung ermöglicht es, sowohl von einem fremden Fahrzeug einen Fremdstart zu nehmen, als auch einem fremden Fahrzeug einen Fremdstart zu geben. Allerdings muss das Bordnetz des liegengebliebenen Kraftfahrzeuges über eine minimale Restbordnetzspannung verfügen, damit die Diode in Flussrichtung gepolt wird und der Relaiskontakt schließt. Wenn die Bordnetzspannung hingegen zusammengebrochen ist und um diese Restbordnetzspannung nicht verfügt, muss der Relaiskontakt manuell geschlossen werden, um die elektrische Verbindung zwischen den beiden Bordnetzen herzustellen.
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Die schwache Batterie muss zumindest so stark sein, dass sie noch ausreichend Spulenstrom zur Ansteuerung des Leistungsrelais herausgeben kann. Ein Leistungsrelais, das einen Starterstrom in der Größenordnung von mehreren Hunderten von Ampere zu führen hat, benötigt einen entsprechend hohen Steuerstrom durch die Spule, der bis zu 500 mA betragen kann. Wenn die Batterie aber dafür zu schwach ist, fließt nicht genügend Spulenstrom zur Ansteuerung des Relais. In so einem Fall sieht der in der oben erwähnten Patentanmeldung beschriebene Verpolschutz vor, dass das Relais manuell betätigt werden soll. Wenn die fremde Batterie aber verpolt ist, können Schäden in den elektrischen Vorrichtungen vorkommen. Somit weist die in der oben erwähnten Patentanmeldung veröffentlichte Verpolschutzschaltung den Nachteil auf, dass kein Verpolungsschutz mehr besteht, wenn die Batterie des fremden Fahrzeuges zu stark entladen ist.
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Die mit der in der oben erwähnten veröffentlichten Patentanmeldung beschriebenen Verpolschutzschaltung verbundenen Nachteile werden von der in der nach veröfffentlichten
DE 10 2007 052 847 A1 beschriebenen Verpolschutzschaltung beseitigt. Die darin beschriebene Verpolschutzschaltung umfasst ein zweites Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und der Masse angeordnet ist und im geschlossen Zustand das erste Schaltsteuerungselement mit der Masse verbindet, und ein zweites Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das zweite Schaltelement bei der vorbestimmten Polarität zu schließen, wobei das zweite Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist.
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Somit muss eine entladene Batterie eines fremden Fahrzeuges nicht den hohen Steuerstrom des Leistungsrelais ausgeben können, sondern nur den geringeren Steuerstrom, der durch das in dieser Patentanmeldung beschriebene Hilfsrelais fließt. Da sich dieser Steuerstrom in einer Spanne von wenigen MilliAmpere beläuft, sollte selbst eine sehr schwache Batterie eines fremden Fahrzeuges einen solchen Steuerstrom ausgeben können.
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Die in der offengelegten Patentanmeldung
DE 100 47 791 A1 und der nach veröffentlichten
DE 10 2007 052 847 A1 beschriebenen Verpolschutzschaltungen schützen sicher vor Schäden an Bordnetzkomponenten bei Verpolung des fremden Bordnetzes sowohl im Falle vom Fremdstartgeben als auch im Falle vom Fremdstartnehmen. Ein Nachteil beider Verpolschutzschaltungen ist jedoch ein Selbsthalteeffekt, der das Lastrelais über dessen eigene Kontakte weiterhin eingeschaltet lässt, selbst wenn der Fremdstartvorgang beendet und das Fremdstartkabel entfernt ist. Das Lastrelais kann also unter Umständen über Jahre hinweg eingeschaltet bleiben. In diesem Zustand besteht kein Verpolschutz mehr, da der Fremdstartpunkt und das eigene Bordnetz galvanisch verbunden bleiben. Weiterhin fließt während dieser Zeit dauerhaft der Spulenstrom des Lastrelais in der Größenordnung mehrer hundert milliAmpere, was beim Langzeit Parken die Batterie vollständig entladen kann.
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Zur Verhinderung dieses Nachteils wird in der offengelegten Patentanmeldung
DE 100 47 791 A1 und der nach veröffentlichten
DE 10 2007 052 847 A1 eine mechanische Vorrichtung offenbart, die angepasst ist, nach Beendigung des Fremdhilfevorganges, z. B. beim Schließen einer Abdeckhaube am Fremdstartpunkt, die Kontakte des Lastrelais zu öffnen, um somit die Selbsthaltung aufzuheben. Dies ist schwierig und aufwändig zu realisieren und setzt voraus, dass die Verpolschutzschaltung in der Nähe des Fremdstartpunktes verbaut wird oder, dass zumindest eine mechanische Kopplung am Fremdstartpunkt zu der Verpolschutzschaltung besteht. Dies führt daher zu einem hohen Aufwand sowie zu Restriktionen im Design. Darüber hinaus, falls die mechanische Vorrichtung versagen sollte oder vergessen würde, die Abdeckhaube zu schließen, entstehen dann die oben beschriebenen Nachteile. Weiterhin erlaubt dieses Verfahren, bei dem mechanisch die Relaiskontakte geöffnet werden, nicht die Verwendung eines Standard-Lastrelais.
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Die
US 4,166,241 beschreibt eine Vorrichtung zum Kurzschließen einer ersten Batterie mit einer zweiten Batterie unter Verwendung von Kurzschlusskabeln. Die Kurzschlusskabel sind zwischen den Batterieanschlüssen entsprechender Polarität miteinander verbunden um einen elektrischen Pfad bereitzustellen. Ein Relais, welches sich normalerweise im geöffneten Zustand befindet, ist in Serie mit einem der Kurzschlusskabel verbunden, um den Kurzschlusspfad zwischen den Batterien offen zu halten, während die Kabel miteinander verbunden werden. Dies verhindert die Erzeugung von Funken an den Anschlüssen der Batterien.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Verpolschutzschaltung für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug anzugeben, die den Selbsthalteeffekt nach einem Fremdstartvorgang beseitigt. Darüber hinaus besteht die Aufgabe darin, ein entsprechendes Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verpolschutzschaltung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 4, sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 11 und 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verpolschutzschaltung für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug ein erstes Schaltelement, das zwischen einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol angeordnet ist, eine Einrichtung zur Erfassung einer Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung, ein erstes Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das erste Schaltelement bei einer vorbestimmten Polarität zu schließen, ein zweites Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und der Masse angeordnet ist und im geschlossen Zustand das erste Schaltsteuerungselement mit der Masse verbinden kann, ein zweites Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das zweite Schaltelement bei der vorbestimmten Polarität zu schließen, wobei das zweite Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist, ein drittes Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und dem zweiten Schaltelement angeordnet ist und im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement über das zweite Schaltelement mit der Masse verbindet, und ein drittes Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das dritte Schaltelement zu schließen, wenn das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, wobei das dritte Schaltsteuerungselement weiterhin angepasst ist, das dritte Schaltelement zu öffnen, wenn die elektrische Versorgung durch das Bordnetz ausgeschaltet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das dritte Schaltsteuerungselement und das dritte Schaltelement als ein zweites Hilfsrelais ausgebildet, wobei das dritte Schaltelement als ein Kontakt des zweiten Hilfsrelais ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das dritte Schaltsteuerungselement mit einem Punkt elektrisch verbunden, der sich zwischen dem zweiten Schaltelement und dem dritten Schaltelement befindet, wobei das dritte Schaltsteuerungselement das dritte Schaltelement schließt, wenn sich das zweite Schaltelement im geschlossenen Zustand befindet.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verpolschutzschaltung für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug ein erstes Schaltelement, das zwischen einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol angeordnet ist, eine Einrichtung zur Erfassung einer Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung, ein erstes Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das erste Schaltelement bei einer vorbestimmten Polarität zu schließen, ein zweites Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und der Masse angeordnet ist und im geschlossen Zustand das erste Schaltsteuerungselement mit der Masse verbinden kann, ein zweites Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das zweite Schaltelement bei der vorbestimmten Polarität zu schließen, wobei das zweite Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist, ein drittes Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und dem zweiten Schaltelement angeordnet ist und im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement über das zweite Schaltelement mit der Masse verbindet, und ein drittes Schaltsteuerungselement, das angepasst ist, das Vorhandensein eines Fremdstarthilfekabels am Fremdstartpol zu ermitteln und das dritte Schaltelement bei dem Vorhandensein des Fremdstarthilfekabels am Fremdstartpol zu schließen, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, wobei das dritte Schaltsteuerungselement weiterhin angepasst ist, das dritte Schaltelement zu öffnen, wenn das Fremdstarthilfekabel am Fremdstartpol nicht vorhanden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das dritte Schaltsteuerungselement und das dritte Schaltelement als ein Mikrotaster ausgebildet, wobei das dritte Schaltelement als ein Kontakt des Mikrotasters ausgebildet ist und der Mikrotaster mechanisch mit dem Fremdstartpol verbunden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Einrichtung zur Erfassung einer Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung eine erste Diode, die vom Fremdstartpol in Flussrichtung zum zweiten Schaltsteuerungselement geschaltet ist und den Strom von dem Fremdstartpol nur bei der vorbestimmten Polarität zu dem zweiten Schaltsteuerungselement durchlässt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das erste Schaltsteuerungselement und das erste Schaltelement als ein Leistungsrelais ausgebildet, wobei das erste Schaltelement als ein Kontakt des Leistungsrelais ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt das Hilfsrelais den Kontakt, wenn die erfasste Polarität die vorbestimmte Polarität ist und die Spannung am Fremdstartpol größer als eine vorbestimmte Spannung ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Verpolschutzschaltung weiterhin eine Entkopplungseinrichtung zur Entkopplung des Fremdstartpoles vom Bordnetz, wobei die Entkopplungseinrichtung angepasst ist, den Strom aus dem Fremdstartpol oder Bordnetz durchzulassen, der der größeren Spannung von der am Fremdstartpol anliegenden Spannung und der am Bordnetz anliegenden Spannung entspricht.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Entkopplungseinrichtung eine zweite Diode und eine dritte Diode, wobei die zweite Diode in Flussrichtung vom Fremdstartpol zum ersten Schaltsteuerungselement geschaltet ist und die dritte Diode in Flussrichtung vom Bordnetz zum ersten Schaltsteuerungselement geschaltet ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug das Anordnen eines ersten Schaltelements zwischen einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol, das Erfassen einer Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung, das Schließen, durch ein erstes Schaltsteuerungselement, des ersten Schaltelements bei einer vorbestimmten Polarität, das Anordnen eines zweiten Schaltelements zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und der Masse, wobei das zweite Schaltelement im geschlossen Zustand das erste Schaltsteuerungselement mit der Masse verbinden kann, das Schließen, durch ein zweites Schaltsteuerungselement, des zweiten Schaltelements bei der vorbestimmten Polarität, wobei das zweite Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist, das Anordnen eines dritten Schaltelements zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und dem zweiten Schaltelement, wobei das dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement über das zweite Schaltelement mit der Masse verbindet, das Schließen, durch ein drittes Schaltsteuerungselement, des dritten Schaltelementes, wenn das dritte Schaltsteuerungselement vom Bordnetz elektrisch versorgt wird, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, und das Öffnen, durch das dritte Schaltsteuerungselement, des dritten Schaltelements, wenn die elektrische Versorgung durch das Bordnetz ausgeschaltet wird.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen eines Verpolschutzes für einen Fremdstartpol in einem Kraftfahrzeug das Anordnen eines ersten Schaltelements zwischen einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol, das Erfassen einer Polarität der an dem Fremdstartpol anliegenden Spannung, das Schließen, durch ein erstes Schaltsteuerungselement, des ersten Schaltelements bei einer vorbestimmten Polarität, das Anordnen eines zweiten Schaltelements zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und der Masse, wobei das zweite Schaltelement im geschlossen Zustand das erste Schaltsteuerungselement mit der Masse verbinden kann, das Schießen, durch ein zweites Schaltsteuerungselement, des zweiten Schaltelements bei der vorbestimmten Polarität, wobei das zweite Schaltsteuerungselement und das zweite Schaltelement als ein Hilfsrelais ausgebildet sind, wobei das zweite Schaltelement als ein Kontakt des Hilfsrelais ausgebildet ist, das Anordnen eines dritten Schaltelements zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement und dem zweiten Schaltelement, wobei das dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement über das zweite Schaltelement mit der Masse verbindet, das Ermitteln, durch ein drittes Schaltsteuerungselement, des Vorhandenseins eines Fremdstarthilfekabels am Fremdstartpol, das Schließen, durch das dritte Schaltsteuerungselement, des dritten Schaltelementes bei dem Vorhandensein des Fremdstarthilfekabels am Fremdstartpol, wodurch das erste Schaltelement geschlossen wird, und das Öffnen, durch das dritte Schaltsteuerungselement, des dritten Schaltelementes, wenn das Fremdstarthilfekabel am Fremdstartpol nicht vorhanden ist.
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Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende Einzelheiten der erfindungsgemäßen Verpolschutzschaltung sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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2 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 1 im Detail unten erläutert. 1 zeigt eine Verpolschutzschaltung 10 für einen Fremdstartpol 1 in einem Kraftfahrzeug. Die Verpolschutzschaltung 10 umfasst ein erstes Schaltelement 3, das zwischen einem Bordnetz 2 des Kraftfahrzeugs und dem Fremdstartpol 1 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Verpolschutzschaltung 10 ein erstes Schaltsteuerungselement 4, das das Schalten des Schaltelements 3 steuert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das erste Schaltsteuerungselement 4 und das erste Schaltelement 3 als ein Leistungsrelais ausgebildet. Das erste Schaltelement 3 wird dabei als ein Kontakt des Leistungsrelais ausgebildet und das Schaltsteuerungselement 4 wird als die Spule des Leistungsrelais ausgebildet. Der Kontakt ist im normalen Zustand offen.
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Die Verpolschutzschaltung 10 umfasst weiterhin ein zweites Schaltelement 6 und ein drittes Schaltelement 6', die zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement 4 und der Masse angeordnet sind, wobei das zweite Schaltelement 6 und das dritte Schaltelement 6' im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement 4 mit der Masse verbinden. Die Verpolschutzschaltung 10 umfasst weiterhin ein zweites Schaltsteuerungselement 7, das das Schalten des zweiten Schaltelementes 6 steuert, und ein drittes Schaltsteuerungselement 7', das das Schalten des dritten Schaltelementes 6' steuert.
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Das dritte Schaltelement 6' ist zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement 4 und dem zweiten Schaltelement 6 angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das erste Schaltsteuerungselement 4 über das zweite Schaltelement 6 mit der Masse. Das dritte Schaltsteuerungselement 7' ist mit dem Bordnetz 2 über die Klemme 15 elektrisch verbunden und mit einem Punkt verbunden, der sich zwischen dem zweiten Schaltelement 6 und dem dritten Schaltelement 6' befindet.
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Das zweite Schaltsteuerungselement 7 ist als ein Hilfsrelais ausgebildet. Das zweite Schaltelement 6 ist als ein Kontakt des Hilfsrelais 7 ausgebildet, wobei der Kontakt im normalen Zustand offen ist. Das Hilfsrelais 7 schaltet das zweite Schaltelement 6 leitend, wenn eine vorbestimmte Polarität der am Fremdstartpol 1 anliegenden Spannung erfasst wird, d. h. wenn die Polung am Fremdstartpol 1 richtig ist, und die Spannung am Fremdstartpol 1 größer als eine vorbestimmte Spannung ist.
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Die Verpolschutzschaltung 10 umfasst weiterhin eine erste Diode 8, die in Flussrichtung vom Fremdstartpol 1 zum zweiten Schaltsteuerungselement 7 geschaltet ist. Die erste Diode 8 dient zur Erfassung der Polarität der an dem Fremdstartpol 1 anliegenden Spannung, indem die erste Diode 8 den Strom von dem Fremdstartpol 1 nur bei richtiger Polung am Fremdstartpol 1 zu dem zweiten Schaltsteuerungselement 7 durchlässt.
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Das dritte Schaltsteuerungselement 7' schließt das dritte Schaltelement 6', wenn zwei Bedingungen erfüllt sind. Zuerst muss die fremde Batterie am Fremdstartpol 1 richtig gepolt sein, damit die erste Diode 8 in Flussrichtung vom Fremdstartpol 1 zum zweiten Schaltsteuerungselement 7 geschaltet ist und sich das zweite Schaltelement 6 somit im geschlossenen Zustand befindet. Ferner muss das dritte Schaltsteuerungselement 7' vom Bordnetz 2 elektrisch versorgt werden, d. h. die Zündung muss eingeschaltet sein. Das dritte Schaltsteuerungselement 7' öffnet das dritte Schaltelement 6', wenn die elektrische Versorgung vom Bordnetz 2 ausgeschaltet wird.
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Das dritte Schaltsteuerungselement 7' ist vorzugsweise ein zweites Hilfsrelais, zusätzlich zum ersten Hilfsrelais, das das zweite Schaltelement 6 umfasst. Das zweite Hilfsrelais ist so verschaltet, dass nur dann Spulenstrom durch das zweite Hilfsrelais fließt, wenn auch das erste Hilfsrelais aufgrund eines richtig gepolten Bordnetzes am Fremdstartpol 1 eingeschaltet ist. Damit wird im Normalfall, d. h. kein Fremdstart, das eigene Bordnetz 2 mit keinem Spulenstrom, weder der 2 Hilfsrelais noch des Leistungsrelais, belastet.
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Die Verpolschutzschaltung 10 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin eine zweite Diode 5, die in Flussrichtung vom Fremdstartpol 1 zum ersten Schaltsteuerungselement 4 geschaltet ist, und eine dritte Diode 9, die in Flussrichtung von der Klemme 15 des Bordnetzes 2 zum ersten Schaltsteuerungselement 4 geschaltet ist. Die zweite Diode 5 und dritte Diode 9 dienen zur Entkopplung des Fremdstartpoles 1 vom Bordnetz 2 und gewährleisten, dass das erste Schaltsteuerungselement 4 von der größeren Spannung von der am Fremdstartpol 1 anliegenden Spannung und der am Bordnetz 2 anliegenden Spannung versorgt wird. Die Vorteile einer solchen Entkopplungseinrichtung werden unten im Detail erläutert.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Verpolschutzschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Der Fall, wo ein Fahrzeug, das die erfindungsgemäße Verpolschutzschaltung 10 umfasst, einen Fremdstart von einem fremden Fahrzeug nimmt, wird zuerst erläutert, bevor der Fall, wo das Fahrzeug einem fremden Fahrzeug einen Fremdstart gibt, erläutert wird.
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Wenn das Bordnetz 2 des Kraftfahrzeuges für einen Startvorgang nicht ausreichend ist, muss der Startvorgang durch eine externe Spannungsquelle, wie beispielsweise die Batterie eines fremden Fahrzeugs, am Fremdstartpol 1 initiiert werden. Wird diese Spannungsquelle richtig gepolt an den Fremdstartpol 1 angeschlossen, ist die erste Diode 8 in Flussrichtung gepolt. Dadurch fließt ein entsprechender Durchlassstrom durch die erste Diode 8 und, wenn die Spannung am Fremdstartpol 1 größer als eine vorbestimmte Spannung ist, schaltet das Hilfsrelais 7 das zweite Schaltelement 6 leitend.
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Wenn das Bordnetz 2 eingeschaltet wird, schaltet das dritte Schaltsteuerungselement 7' ein und es fließt ein Spulenstrom von der Klemme 15 vom Bordnetz 2 durch das zweite Hilfsrelais zur Masse, da das zweite Schaltelement 6 geschlossen ist, nachdem eine richtige Polung am Fremdstartpol 1 ermittelt wurde. Das dritte Schaltelement 6' wird daher vom dritten Schaltsteuerungselement 7' geschlossen.
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Da die am Fremdstartpol 1 anliegende Spannung größer ist als die am Bordnetz 2 anliegende Spannung, ist die zweite Diode 5 in Flussrichtung gepolt. Es fließt auch ein entsprechender Durchlassstrom durch die zweite Diode 5 und das erste Schaltsteuerungselement 4 des Leistungsrelais zur Masse, sodass das erste Schaltelement 3, also der Relaiskontakt des Leistungsrelais, geschlossen wird. Die für den Startvorgang benötigten Verbraucher im eigenen Fahrzeug werden dann über die externe Spannungsquelle versorgt.
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Wenn hingegen die externe Spannungsquelle verpolt an dem Fremdstartpol 1 angeschlossen ist, so sperrt die erste Diode 8, und es fließt kein Strom durch die Erregerwicklung des ersten Hilfsrelais. Somit schaltet das erste Hilfsrelais das zweite Schaltelement 6 nicht zu und es fließt kein Strom durch die Erregerwicklung des Leistungsrelais. Das erste Schaltelement 3 bleibt daher offen, was einen Verpolungsschutz bietet.
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Wenn der Fremdstartvorgang beendet ist, wird das Fremdstartkabel vom Fremdstartpol 1 entfernt. Alle 3 Relais, also das Leistungsrelais, das erste und zweite Hilfsrelais, bleiben eingeschaltet, da nun auch das erste Hilfsrelais vom eigenen Bordnetz 2 bei laufendem Generator über die Kontakte des Leistungsrelais gespeist wird. Dieser Selbsthalteeffekt wird aber behoben, indem die Zündung des Bordnetzes 2 ausgeschaltet wird. Zuerst fällt das zweite Hilfsrelais ab, das vom Bordnetz 2 elektrisch versorgt wird. Danach fällt das Leistungsrelais und schließlich das erste Hilfsrelais ab. Somit wird der Ausgangszustand wieder hergestellt. Danach gibt es keine Stromaufnahme der Verpolschutzschaltung mehr aus dem Bordnetz 2.
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Im Folgenden wird der Fall, wo das Fahrzeug einem fremden Fahrzeug einen Fremdstart gibt, erläutert.
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Das Fremdstarthilfekabel wird an den Fremdstartpol 1 angeschlossen. Wird die Batterie des fremden Fahrzeuges richtig gepolt an den Fremdstartpol 1 angeschlossen, ist die erste Diode 8 in Flussrichtung gepolt. Dadurch fließt ein entsprechender Durchlassstrom durch die erste Diode 8 und, wenn die Spannung am Fremdstartpol 1 größer als eine vorbestimmte Spannung ist, schaltet das Hilfsrelais 7 das zweite Schaltelement 6 leitend.
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Da ein Fremdstart einem fremden Fahrzeug gegeben wird, ist das Bordnetz 2 eingeschaltet. Das dritte Schaltsteuerungselement 7' schaltet ein und es fließt ein Spulenstrom von der Klemme 15 vom Bordnetz 2 durch das zweite Hilfsrelais zur Masse, da das zweite Schaltelement 6 geschlossen ist, nachdem eine richtige Polung am Fremdstartpol 1 ermittelt wurde. Das dritte Schaltelement 6' wird daher vom dritten Schaltsteuerungselement 7' geschlossen.
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Da die am Bordnetz 2 anliegende Spannung größer ist als die am Fremdstartpol 1 anliegende Spannung, ist die dritte Diode 9 in Flussrichtung gepolt. Es fließt auch ein entsprechender Durchlassstrom durch die dritte Diode 9 und das erste Schaltsteuerungselement 4 des Leistungsrelais zur Masse, sodass das erste Schaltelement 3, also der Relaiskontakt des Leistungsrelais, geschlossen wird. Die für den Startvorgang benötigten Verbraucher im eigenen Fahrzeug werden dann über die externe Spannungsquelle versorgt.
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Wenn hingegen die externe Spannungsquelle verpolt an dem Fremdstartpol 1 angeschlossen ist, so sperrt die erste Diode 8, und es fließt kein Strom durch die Erregerwicklung des ersten Hilfsrelais. Somit schaltet das erste Hilfsrelais das zweite Schaltelement 6 nicht zu und es fließt kein Strom durch die Erregerwicklung des Leistungsrelais. Das erste Schaltelement 3 bleibt daher offen, was einen Verpolungsschutz bietet.
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Wenn der Fremdstartvorgang beendet ist, wird das Fremdstartkabel vom Fremdstartpol 1 entfernt. Alle 3 Relais, also das Leistungsrelais, das erste und zweite Hilfsrelais, bleiben eingeschaltet, da nun auch das erste Hilfsrelais vom eigenen Bordnetz 2 bei laufendem Generator über die Kontakte des Leistungsrelais gespeist wird. Dieser Selbsthalteeffekt wird aber behoben, indem die Zündung des Bordnetzes 2 ausgeschaltet wird. Zuerst fällt das zweite Hilfsrelais ab, das vom Bordnetz 2 elektrisch versorgt wird. Danach fällt das Leistungsrelais und schließlich das erste Hilfsrelais ab. Somit wird der Ausgangszustand wieder hergestellt. Danach gibt es keine Stromaufnahme der Verpolschutzschaltung mehr aus dem Bordnetz 2.
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In der Verpolschutzschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gewährleistet das zweite Hilfsrelais, dass die Selbsthaltung der Verpolschutzschaltung nach der Entfernung des Fremdstartkabels mit dem Ausschalten der Klemme 15 aufgehoben wird. Nach erfolgtem Fremdstart (Geben bzw. Nehmen) und Entfernung des Fremdstarthilfekabels bleibt die Selbsthaltung des Lastrelais zwar zunächst auch bestehen, sobald aber die Zündung, d. h. die Klemme 15 vom Bordnetz 2 ausgeschaltet wird, öffnet das zweite Hilfsrelais und schaltet damit das Leistungsrelais aus. Damit ist die Selbsthaltung rückgesetzt und die Verpolschutzschaltung ist für den nächsten Fremdstart wieder einsatzbereit.
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Da die Selbsthaltung erst aufgehoben wird, wenn die Klemme 15 abgeschaltet wird, kann es im folgenden unwahrscheinlichen Fall bei einer Falschpolung doch zu Schäden an Bordnetzkomponenten kommen. Dieses Problem tritt nur dann auf, wenn die beschriebenen Zustände A bis C gemeinsam und in dieser Reihenfolge auftreten:
- A. Das Fremdstart-Geben an ein fremdes Fahrzeug war erfolgreich,
UND
- B. Die Fahrt mit eigenem Fahrzeug wird fortgesetzt, ohne die Zündung zwischenzeitlich ausgeschaltet zu haben, d. h. die Selbsthaltung bleibt erhalten, der Fremdstartpol 1 bleibt galvanisch verbunden mit dem eigenen Bordnetz 2,
UND
- C. Es soll noch einem weiteren Fahrzeug Fremdstart gegeben werden, ohne dass zwischenzeitlich die Zündung ausgeschaltet war, und die Polarität wird aber nun vertauscht.
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In diesem Fall kann nun das verpolte fremde Bordnetz ungehindert mit dem eigenen Bordnetz 2 verbunden werden, d. h. es gibt keinen Verpolschutz mehr.
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Eine zweite Ausführungsform einer Verpolschutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf 2 erläutert, die das oben beschriebene Problem löst.
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2 zeigt eine Verpolschutzschaltung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in Bezug auf 1 bereits beschriebene Merkmale werden dabei nicht mehr erläutert.
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Die Verpolschutzschaltung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein drittes Schaltsteuerungselement 7'', das das Vorhandensein eines Fremdstarthilfekabels am Fremdstartpol 1 ermittelt und das Schalten eines dritten Schaltelements 6'' steuert, das zwischen dem ersten Schaltsteuerungselement 4 und dem zweiten Schaltelement 6 angeordnet ist.
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Nach der Erfassung einer richtigen Polarität am Fremdstartpol 1 und der Ermittlung des Vorhandenseins des Fremdstarthilfekabels am Fremdstartpol 1 schließt das dritte Schaltsteuerungselement 7'' das dritte Schaltelement 6'', wodurch das erste Schaltelement 3 geschlossen wird. Wenn das Fremdstarthilfekabel am Fremdstartpol 1 nicht mehr vorhanden ist, öffnet das dritte Schaltsteuerungselement 7'' das dritte Schaltelement 6''.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das dritte Schaltsteuerungselement 7'' und das dritte Schaltelement 6'' als ein Mikrotaster ausgebildet, wobei das dritte Schaltelement 6'' als ein Kontakt des Mikrotasters ausgebildet ist und der Mikrotaster mechanisch mit dem Fremdstartpol 1 verbunden ist.
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Sobald das Fremdstarthilfekabel an die Fremdstartbuchse angeschlossen wird, wird der Kontakt des Mikrotasters geschlossen. Die weitere Funktion ist analog zu der oben beschriebenen, nur dass nicht das Vorhandensein der eingeschalteten Klemme 15 zum Schließen dieses Kontaktes führt, sondern das Vorhandensein des Starthilfekabels in der Fremdstartbuchse.
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Der oben geschilderte Fall stellt nun kein Problem mehr dar, da vor Fortsetzen der Fahrt das Starthilfekabel entfernt werden muss. Damit wird die Selbsthaltung der Verpolschutzschaltung auf verlässige Weise aufgehoben.
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Eine Verpolschutzschaltung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Selbsthalteeffekt nach einem Fremdstartvorgang beseitigt werden kann. Bezugszeichenliste:
| Bezugsziffer | Beschreibung |
| 1 | Fremdstartpol |
| 2 | Bordnetz |
| 3 | erstes Schaltelement |
| 4 | erstes Schaltsteuerungselement |
| 5 | zweite Diode |
| 6 | zweites Schaltelement |
| 7 | zweites Schaltsteuerungselement |
| 6' | drittes Schaltelement |
| 7' | drittes Schaltsteuerungselement |
| 8 | erste Diode |
| 9 | dritte Diode |
| 10 | Verpolschutzschaltung gemäß der 1. Ausführungsform |
| 6'' | drittes Schaltelement |
| 7'' | drittes Schaltsteuerungselement |
| 20 | Verpolschutzschaltung gemäß der 2. Ausführungsform |
