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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Erfassen einer von einer Batterie erzeugten Batteriespannung mit einem Spannungssensor.
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Batterien werden in Kraftfahrzeugen zum Starten des Motors und zur kontinuierlichen Stromversorgung elektrischer Aggregate verwendet. Ein Großteil von Autopannen steht in Zusammenhang mit defekten oder entladenen Batterien. Sensoren, die in der Lage sind, einen Batteriezustand zu überwachen und einem Kraftfahrzeugführer anzuzeigen, kommt daher eine große Bedeutung zu. Sogenannte intelligente Batteriesensoren (IBS) überwachen kontinuierlich eine Batteriespannung und einen Batteriestrom und vergleichen diese mit einer aktuellen Leistungsanforderung. Basierend auf diesen Werten wird eine voraussichtliche Batterielaufzeit ermittelt und der Kraftfahrzeugführer wird gewarnt, ehe sich die Batterie in einem kritischen Zustand befindet. Der Kraftfahrzeugführer kann die Batterie somit rechtzeitig aufladen oder austauschen.
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Die Druckschrift
DE 699 37 220 T2 zeigt einen Kondensator, der über zwei Schalter mit einer Batterie verbindbar ist. Parallel zum Kondensator kann eine Reihenschaltung von Widerständen zugeschaltet werden. Die Druckschrift DE 699 37 220 T2 zeigt keinen Anschluss zwischen einem Mittenabgriff der Reihenschaltung und der Anode der Batterie.
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Aus dem Stand der Technik sind Batteriesensoren bekannt, die lediglich zum Messen einer positiven Spannung gegenüber einem Referenzpotential ausgelegt sind. Um die Batteriespannung mit einem derartigen Batteriesensor zu ermitteln, ist es daher erforderlich, als Referenzpotential eine Verbindung zwischen der Kathode der Batterie und einer Fahrzeugmasse zu wählen und den Batteriesensor an dieser Verbindung anzuordnen. Eine solche Anordnung des Batteriesensors ist jedoch in hohem Maße unflexibel. Insbesondere dann nämlich, wenn zur Bereitstellung hoher Spannungen mehrere Batterien in Reihe geschaltet werden, ist es aus vielerlei Gründen oftmals wünschenswert, den Batteriesensor auch zwischen den in Reihe geschalteten Batterien positionieren zu können. Solche Reihenschaltungen kommen vor allem bei Nutzfahrzeugen zur Anwendung. Dafür muss ein Batteriesensor aber in der Lage sein, auch negative Spannungen gegenüber dem Referenzpotential erfassen zu können, um auch die zwischen Massepotential und Sensorpotential geschaltete Batterie oder die zwischen Massepotential und Sensorpotential geschalteten Batterien überwachen zu können. Dies ist jedoch mit dem bekannten Sensor, der lediglich zum Erfassen einer positiven Spannung ausgebildet ist, nicht möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltung zu entwickeln, mittels derer ein zum Messen positiver elektrischer Spannungen eingerichteter Spannungssensor auch zum Erfassen negativer Batteriespannungen verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Eine Schaltungsanordnung zum Erfassen einer von einer Batterie erzeugten Batteriespannung mit einem Spannungssensor, der nur in der Lage ist, eine gegenüber dem Anodenpotential der Batterie positive Spannung zu erfassen, weist demnach neben der Batterie einen Kondensator mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, einen ersten steuerbaren Schalter, einen zweiten steuerbaren Schalter und eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Widerständen auf, wobei die Reihenschaltung ein erstes Ende und ein zweites Ende hat. Der erste Anschluss des Kondensators ist über den ersten steuerbaren Schalter mit der Anode der Batterie elektrisch verbindbar und der zweite Anschluss des Kondensators ist über den zweiten steuerbaren Schalter mit der Kathode der Batterie elektrisch verbindbar. Die Reihenschaltung ist parallel zum Kondensator geschaltet. Dabei ist das erste Ende der Reihenschaltung über den ersten Schalter mit der Anode der Batterie elektrisch verbindbar und das zweite Ende der Reihenschaltung ist über den zweiten Schalter mit der Kathode der Batterie elektrisch verbindbar. Zusätzlich ist eine elektrische Verbindung V zwischen zwei Widerständen der Reihenschaltung mit der Anode der Batterie elektrisch verbunden. Dadurch wird eine elektrische Verbindung der Reihenschaltung zur Anode hergestellt.
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Der erste Schalter und der zweite Schalter sind so steuerbar, dass sie gemeinsam jeweils entweder geschlossen oder geöffnet sind. Wenn der erste Schalter und der zweite Schalter gemeinsam geöffnet sind, befinden sie sich in einer geöffneten Schalterstellung. Wenn der erste Schalter und der zweite Schalter gemeinsam geschlossen sind, befinden sie sich in einer geschlossenen Schalterstellung. In der geschlossenen Schalterstellung ist der erste Anschluss des Kondensators über den ersten Schalter mit der Anode der Batterie verbunden und der zweite Anschluss des Kondensators ist über den zweiten Schalter mit der Kathode der Batterie verbunden, so dass der Kondensator auf die Batteriespannung aufladbar ist.
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Wenn der Kondensator in der geschlossenen Schalterstellung auf die Batteriespannung aufgeladen ist, werden der erste und der zweite Schalter erfindungsgemäß von der geschlossenen in die geöffnete Schalterstellung umgeschaltet. In der geöffneten Schalterstellung sind der Kondensator und die Reihenschaltung elektrisch von der Kathode der Batterie getrennt. In dieser Schalterstellung wirkt die Reihenschaltung als Spannungsteiler, an dem eine Kondensatorspannung, die zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Kondensators anliegt, abfällt. Ein Teil der Kondensatorspannung, der an mindestens einem zwischen dem ersten Ende der Reihenschaltung und der elektrischen Verbindung der Reihenschaltung zur Anode liegenden Widerstand, der ein Messwiderstand ist, abfällt, ist eine von der Kondensatorspannung und somit von der Batteriespannung abhängige positive Spannung. Nach dem Umschalten der Schalter in die geöffnete Schalterstellung wird diese von der Batteriespannung abhängige positive Spannung mit dem Spannungssensor erfasst.
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Die Erfindung beruht also auf der Idee, die gegenüber der Anode der Batterie negative Batteriespannung für einen Spannungssensor, der nur zum Erfassen gegenüber der Anode positiver Spannungen eingerichtet ist, erfassbar zu machen, indem der Kondensator in der geschlossenen Schalterstellung auf die Batteriespannung aufgeladen wird. Wenn der Kondensator in der geschlossenen Schalterstellung aufgeladen ist, werden die Schalter gemeinsam in eine geöffnete Schalterstellung umgeschaltet. Dadurch, dass der Kondensator mit dem Umschalten elektrisch von der Kathode der Batterie getrennt wird und die Reihenschaltung, die parallel zum Kondensator geschaltet ist, über die elektrische Verbindung V elektrisch mit der Anode der Batterie verbunden ist, wird die negative Batteriespannung bzw. eine von der Batteriespannung abhängige Spannung in eine positive Spannung umgewandelt, die mit dem Spannungssensor an mindestens einem zwischen dem ersten Ende der Reihenschaltung und der elektrischen Verbindung V liegenden Widerstand messbar ist.
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Mithilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei einer Messung der Batteriespannung mit dem Spannungssensor daher auch das Anodenpotential als Bezugspotential verwendet werden. Der Spannungssensor ist damit in unveränderter Form in einer Vielzahl unterschiedlicher Batterieanordnungen flexibel einsetzbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Batterie zum Starten eines Motors eines Kraftfahrzeuges und zur Versorgung des Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie eingerichtet. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Spannungssensor auch in solchen Fahrzeugen verwendet werden, in denen eine Anordnung an der Kathode nicht möglich ist, weil dort beispielsweise kein ausreichender Raum zur Verfügung steht.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Batterie mit einer weiteren Batterie in Reihe geschaltet ist, wobei die Anode der Batterie elektrisch mit der Kathode der weiteren Batterie verbunden ist. In diesem Fall ist es möglich, den Spannungssensor an einem beliebigen Pol einer der Batterien anzuordnen. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer Verwendung des Spannungssensors zum überwachen von Batteriespannungen in Reihenschaltungen von Autobatterien, wie sie in Nutzfahrzeugen üblich sind. In diesem Fall macht die Erfindung es möglich, denselben Spannungssensortyp bei einer Vielzahl von Batterieanordnungen in unterschiedlichen Fahrzeugen mit größtmöglicher Flexibilität zu verwenden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Halbwertzeit einer Kondensatorentladung in der geöffneten Schalterstellung mindestens 1 ms beträgt. Auf diese Weise kann die Messung der von der Batteriespannung abhängigen Spannung in kurzer Zeit vorgenommen werden, ohne dass die zu messende Spannung sich merklich ändert und eine nachträgliche Korrektur eines Messergebnisses erforderlich macht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Anodenpotential der in einem Kraftfahrzeug verwendeten Batterie gleich dem Massepotential des Kraftfahrzeuges ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mindestens zwei Batterien in Reihe geschaltet sind. So werden gegenüber dem Massepotential des Fahrzeugs auftretende maximale elektrische Spannungen begrenzt. Gerade im Falle fehlerhafter oder ungewollter elektrischer Kontakte können damit Funkenbildung, Schwelbrand oder eine Beschädigung elektrischer Komponenten des Kraftfahrzeugs minimiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mindestens einer der steuerbaren Schalter als Transistor ausgebildet, der durch einen elektrischen Impulsgeber schaltbar ist. Dabei kann es sich bei dem Transistor um einen Bipolartransistor, einen Feldeffekttransistor wie JFET, MISFET, MOSFET oder IGFET handeln. Ebenso kann mindestens einer der steuerbaren Schalter als Relais ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Erfassen der von der Batteriespannung abhängigen Spannung vollständig automatisiert und elektronisch gesteuert werden. Bei Verwendung eines Transistors als elektronischer Schalter ist ein maximaler Ohmscher Widerstand eines als Schalter genutzten Transistorübergangs in der geschlossenen Schalterstellung 100 Ω und ein minimaler Ohmscher Widerstand des als Schalter genutzten Transistorübergangs in der geöffneten Schalterstellung ist 2 MΩ. Eine Schaltzeit des Transistors von der geschlossenen in die geöffnete oder von der geöffneten in die geschlossene Schalterstellung beträgt höchstens 1 μs.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein dritter Schalter als Transistor ausgebildet ist und eingerichtet ist, eine Potentialdifferenz zwischen einer Bezugsmasse des elektrischen Impulsgebers und der Kathode der Batterie zu überwinden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 und 2 erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und
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2 einen Spannungsverlauf an dem ersten und dem zweiten Anschluss des Kondensators gegenüber einem Anodenpotential während eines Auflade- und eines Entladevorgangs eines Kondensators.
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In der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung sind Anschlüsse, die stets auf gemeinsamen elektrischen Potentialen liegen, mit identischen Bezugszeichen versehen. Dort, wo eine elektrische Verbindung zwischen einander kreuzenden elektrischen Leitungen besteht, ist dies durch einen hervorgehobenen schwarzen Punkt gekennzeichnet. Einander kreuzende elektrische Leitungen, an deren Kreuzungspunkt ein hervorgehobener schwarzer Punkt fehlt, sind nicht elektrisch verbunden.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 mit einer Batterie 2, die eine Batteriespannung von +14 Volt zwischen einer Anode 3 und einer Kathode 4 erzeugt, mit einem Kondensator 5, der eine Kapazität C von 470 nF hat und einen ersten Anschluss 6 und einen zweiten Anschluss 7 aufweist, mit einem als npn-Bipolartransistor ausgebildeten ersten steuerbaren elektronischen Schalter 8 mit einer Basis 9, einem Emitter 3 und einem Kollektor 6, mit einem ebenfalls als npn-Bipolartransistor ausgebildeten zweiten steuerbaren elektronischen Schalter 10 mit einer Basis 11, einem Emitter 4 und einem Kollektor 7, mit einem Ohmschen Widerstand R1 von 330 kΩ mit einem ersten Anschluss 6 und einem zweiten Anschluss 12, mit einem Ohmschen Widerstand R2 von 48 kΩ mit einem ersten Anschluss 12 und einem zweiten Anschluss 3, mit einem Ohmschen Widerstand R3 von 100 kΩ mit einem ersten Anschluss 3 und einem zweiten Anschluss 7, mit einem elektrischen Impulsgeber 13 mit einem positiven Ausgang 14 zur Ausgabe von ITL-Signalen von +4 Volt gegenüber einer Bezugsmasse 3 des Impulsgebers 13, mit einem als pnp-Bipolartransistor ausgebildeten dritten elektronischen Schalter 15 mit einer Basis 3, einem Emitter 16 und einem Kollektor 11, mit Ohmschen Widerständen 17 (20 kΩ), 18 (20 kΩ), 19 (10 kΩ), 20 (0.001 Ω) und 21 (10 kΩ), sowie mit einer weiteren Batterie 22, die eine weitere Batteriespannung von +14 Volt zwischen einer weiteren Anode 23 und einer weiteren Kathode 24 erzeugt. Die Batterien 2 und 22 dienen zum Starten eines Motors (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) und zur Versorgung des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Das Anodenpotential U3 an der Anode 3 der Batterie 2 ist gleich dem Massepotential (ground) des Kraftfahrzeugs. Ein Spannungssensor, der in der Lage ist, eine gegenüber dem Anodenpotential U3 positive Spannung zu erfassen, ist nicht dargestellt.
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Solange der elektronische Impulsgeber 13 an seinem positiven Ausgang 14 kein positives Signal ausgibt, befinden sich der erste Schalter 8, der zweite Schalter 10 und der dritte Schalter 15 in einer geöffneten Schalterstellung. In der geöffneten Schalterstellung sind die Transistorübergänge zwischen dem Emitter 3 und dem Kollektor 6 des ersten Schalters 8, zwischen dem Emitter 4 und dem Kollektor 7 des zweiten Schalters 10 und zwischen dem Emitter 16 und dem Kollektor 11 des dritten Schalters 15 jeweils hochohmig (z. B. größer als 10 MΩ), so dass jeweils kein nennenswerter Strom zwischen Emitter und Kollektor fließt.
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Bei Ausgabe eines positiven TTL-Pulses von 4 Volt am positiven Ausgang 14 des elektrischen Impulsgebers 13 schalten die elektronischen Schalter 8, 10 und 15 jeweils gemeinsam in eine geschlossene Schalterstellung. In der geschlossenen Schalterstellung sind die Transistorübergänge zwischen Emitter und Kollektor der elektronischen Schalter 8, 10 und 15 jeweils niederohmig (z. B. kleiner als 5 Ω), so dass ein elektrischer Strom fließen kann. In der geschlossenen Schalterstellung fällt bei der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung 1 jeweils keine nennenswerte Spannung zwischen Emitter und Kollektor der Schalter 8, 10 und 15 ab. In der geschlossenen Schalterstellung verhindert der Widerstand R3 einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anode 3 und der Kathode 4 der Batterie 2. Die Schalter 8, 10 und 15 sind gemeinsam jeweils entweder geschlossen oder geöffnet und durch den elektrischen Impulsgeber 13 elektronisch steuerbar. Ein Schalten von der geöffneten in die geschlossene Schalterstellung und umgekehrt erfolgt jeweils binnen weniger als 10 μs.
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Der erste Anschluss 6 des Kondensators 5 ist über den ersten Schalter 8 mit der Anode 3 der Batterie 2 elektrisch verbindbar und der zweite Anschluss 7 des Kondensators 5 ist über den zweiten Schalter 10 mit der Kathode 4 der Batterie 2 elektrisch verbindbar, wobei die elektrische Verbindung jeweils hergestellt ist, wenn der elektrische Impulsgeber 13 an seinem positiven Ausgang 14 ein positives TTL-Signal von 4 Volt ausgibt und die Schalter 8, 10 und 15 damit gemeinsam in die geschlossene Schalterstellung schaltet.
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Die Ohmschen Widerstände R1, R2 und R3 bilden eine Reihenschaltung aus drei Widerständen. Ein erstes Ende 6 der Reihenschaltung ist durch den ersten Anschluss 6 des Kondensators 5 gegeben, der zugleich einen ersten Anschluss 6 des Widerstands R1 darstellt, und ein zweites Ende 7 der Reihenschaltung ist durch den zweiten Anschluss 7 des Kondensators 5 gegeben, der zugleich einen zweiten Anschluss 7 des Widerstands R3 darstellt. Die Reihenschaltung umfasst jedoch stets mindestens zwei Widerstände, wobei mindestens ein erster Widerstand der Reihenschaltung zwischen dem ersten Anschluss 6 des Kondensators 5 und der elektrischen Verbindung V und mindestens ein zweiter Widerstand der Reihenschaltung zwischen der elektrischen Verbindung V und dem zweiten Anschluss 7 des Kondensators 5 geschaltet ist. Damit ist die Reihenschaltung parallel zum Kondensator 5 geschaltet. Das erste Ende 6 der Reihenschaltung ist über den ersten Schalter 8 mit der Anode 3 der Batterie 2 elektrisch verbindbar und das zweite Ende 7 der Reihenschaltung ist über den zweiten Schalter 10 mit der Kathode 4 der Batterie 2 elektrisch verbindbar. Diese elektrischen Verbindungen sind jeweils dann hergestellt, wenn die Schalter 8, 10 und 15 sich gemeinsam in der geschlossenen Schalterstellung befinden.
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Der zweite Anschluss 3 des Widerstands R2 und der erste Anschluss 3 des Widerstands R3 liegen auf einem gemeinsamen elektrischen Potential und bilden eine elektrische Verbindung V zwischen zwei Widerständen der Reihenschaltung. Die elektrische Verbindung V ist mit der Anode 3 der Batterie 2 elektrisch verbunden. Das elektrische Potential der elektrischen Verbindung V ist gleich dem Anodenpotential U3 der Anode 3 der Batterie 2, und zwar unabhängig davon, ob die Schalter 8, 10 und 15 sich in der geschlossenen oder in der geöffneten Schalterstellung befinden. Die Widerstände R1 und R2 stellen jeweils einen zwischen dem ersten Ende 6 der Reihenschaltung und der elektrischen Verbindung der Reihenschaltung zur Anode 3 liegenden Widerstand dar. Die Widerstände R1 und R2 können aber auch als ein einzelner Widerstand R' aufgefasst werden, dessen erster Anschluss 6 mit dem ersten Anschluss 6 von R1 und dessen zweiter Anschluss 3 mit dem zweiten Anschluss 3 von R2 identisch ist und der einen Ohmschen Widerstand von R' = R1 + R2 = 378 kΩ hat. Auch der Widerstand R' ist ein zwischen dem ersten Ende 6 der Reihenschaltung und der elektrischen Verbindung der Reihenschaltung zur Anode 3 liegender Widerstand.
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Die Batterie 2 und die weitere Batterie 22 sind in Reihe geschaltet, wobei die Anode 3 der Batterie 2 elektrisch mit der Kathode 24 der weiteren Batterie 22 verbunden ist.
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Der dritte Schalter 15 ist eingerichtet, eine elektrische Potentialdifferenz zwischen einer Bezugsmasse 3 des elektrischen Impulsgebers 13 und der Kathode 4 der Batterie 2 zu überwinden. Dazu ist die Basis 3 des Transistors 15 auf einem gemeinsamen elektrischen Potential mit der Bezugsmasse 3 des Impulsgebers 13 und der Kollektor 11 des Transistors 15 ist über den Widerstand 17 mit der Kathode 4 der Batterie 2 elektrisch verbunden.
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Ein Verfahren zum Erfassen der von der Batterie 2 erzeugten Batteriespannung U34 = U3 – U4 mit dem Spannungssensor mithilfe der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung soll im Folgenden anhand der 2 erläutert werden. Dabei bezeichne U3 ein elektrisches Potential an einem mit einem Bezugszeichen 3 bezeichneten Punkt der Schaltungsanordnung 1 und U4 ein elektrisches Potential an einem mit einem Bezugszeichen 4 bezeichneten Punkt der Schaltungsanordnung 1. U34 sei die entsprechende Potentialdifferenz.
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2 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer elektrischen Spannung U63 (obere Kurve in 2) zwischen einem elektrischen Potential U6 am ersten Anschluss 6 des Kondensators 5 und dem Massepotential (ground) des Kraftfahrzeugs, einer elektrischen Spannung U37 zwischen dem Massepotential (ground) des Kraftfahrzeugs und einem elektrischen Potential U7 am zweiten Anschluss 7 des Kondensators 5 und einer elektrischen Spannung U143 zwischen einem elektrischen Potential U14 am positiven Ausgang des Impulsgebers 13 und dem Massepotential (ground). Das Massepotential des Kraftfahrzeugs ist auf einem elektrischen Potential mit dem Anodenpotential U3 der Anode 3 der Batterie 2, das heißt, U3 = 0 Volt.
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Vor einem Zeitpunkt t = 10 ms ist der Kondensator 5 in einem ungeladenen Zustand und die Spannung U143 beträgt 0 Volt, so dass die Schalter 8, 10 und 15 in der geöffneten Schalterstellung sind. Die elektrischen Spannungen U63 und U37 betragen 0 Volt, so dass eine Kondensatorspannung U67 zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Kondensators 5 verschwindet. Zum Zeitpunkt t = 10 ms wird nun am positiven Ausgang 14 des elektrischen Impulsgenerators 13 für eine Zeitspanne von 8 ms gegenüber der Bezugsmasse 3 des Impulsgenerators 13 ein positiver TTL-Puls von +4 Volt ausgegeben, der die Schalter 8, 10 und 15 gleichzeitig in die geschlossene Schalterstellung bringt. Damit werden der erste Anschluss 6 des Kondensators 5 über den ersten steuerbaren Schalter 8 mit der Anode 3 der Batterie 2 und der zweite Anschluss 7 des Kondensators 5 über den zweiten steuerbaren Schalter 10 mit der Kathode 4 der Batterie 2 elektrisch verbunden. Die Spannungen U63 und U37 fallen auf einer in 2 dargestellten Zeitskale quasi instant an auf ein Kathodenpotential U4 der Kathode 4 der Batterie 2 von U4 = –14 Volt. Damit beginnt ein Aufladen des Kondensators 5, wobei an dessen erstem Anschluss 6 eine positive und an dessen zweitem Anschluss 7 eine negative Ladung aufgebaut wird. Die Kondensatorspannung U67 ist dabei durch die Differenz der in 2 dargestellten Spannungen U63 und U37, also durch U67 = U63 – U37 gegeben. Zu einem Zeitpunkt von t ≈ 14.5 ms erreicht die Spannung U63 ihren in der geschlossenen Schalterstellung maximalen Wert von U63 = 0 Volt. Am Ende dieses Aufladens des Kondensators 5 in der geschlossenen Schalterstellung liegt das Potential U6 am ersten Anschluss 6 des Kondensators 5 bei 0 Volt und das Potential U7 am zweiten Anschluss 7 des Kondensators 5 liegt weiterhin auf dem Kathodenpotential U4 = –14 Volt der Kathode 4 der Batterie 2. Damit ist die Kondensatorspannung U67 gleich der Batteriespannung U34 = +14 Volt. Der Kondensator 5 ist auf die Batteriespannung U34 = +14 Volt aufgeladen. Eine Ladezeit des Kondensators 5, innerhalb derer der Kondensator 5 auf die Batteriespannung aufgeladen wird, beträgt ca. 4.5 ms.
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Zum Zeitpunkt t = 18 ms wird am Ausgang 14 des Impulsgebers 13 gegenüber dessen Bezugspotential 3 für eine weitere Zeitspanne von 2 ms wiederum eine elektrische Spannung von 0 Volt ausgegeben. Damit werden die elektronischen Schalter 8, 10 und 15 zum Zeitpunkt t = 18 ms für 2 ms gleichzeitig von einer geschlossenen in die geöffnete Schalterstellung umgeschaltet. Somit werden der Kondensator 5 und die Reihenschaltung durch den nunmehr geöffneten Schalter 10 elektrisch von der Kathode 4 der Batterie 2 getrennt. Ebenso wird eine niederohmige Verbindung zwischen der Anode 3 und dem ersten Anschluss 6 des Kondensators 5 durch das Schalten des Transistors 8 in die geöffnete Schalterstellung elektrisch getrennt. Da das elektrische Potential der elektrischen Verbindung V zwischen dem Widerstand R2 und dem Widerstand R3 der Reihenschaltung gleich dem Anodenpotential U3 = 0 Volt ist und zwischen dem ersten Anschluss 6 und dem zweiten Anschluss 7 des auf die Batteriespannung U34 aufgeladenen Kondensators 5 eine Spannung von U67 = +14 Volt anliegt, werden das elektrische Potential U6 am ersten Anschluss 6 des Kondensators 5 und das elektrische Potential U7 am zweiten Anschluss 7 des Kondensators 5 jeweils um einen Betrag von (R'/R)·U34 ≈ 11 Volt angehoben, wobei R' = R1 + R2 = 378 kΩ und R = R1 + R2 + R3 = 478 kΩ ist. Der Betrag, um den die Potentiale U6 und U7 durch das Umschalten der steuerbaren Schalter 8, 10 und 15 angehoben werden, hängt also von der Batteriespannung U34 und von Schaltungsparametern ab. Diese Schaltungsparameter sind Widerstandswerte der Widerstände der Reihenschaltung.
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Die Widerstände R1 und R2 stellen jeweils einen zwischen dem ersten Ende 6 der Reihenschaltung und der elektrischen Verbindung der Reihenschaltung zur Anode liegenden Messwiderstand dar, an dem jeweils eine von der Batteriespannung abhängige, gegenüber der Anode 3 der Batterie 2 positive Spannung mit dem Spannungssensor erfassbar ist.
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Mit dem Umschalten der Schalter in die geöffnete Schalterstellung beginnt der Kondensator 5, sich über die Widerstände R1, R2 und R3 der Reihenschaltung zu entladen. Infolge einer Entladung nimmt die Spannung U67 zwischen dem ersten Anschluss 6 und dem zweiten Anschluss 7 des Kondensators 5 ab. Eine Halbwertzeit der Entladung des Kondensators 5, innerhalb derer die Spannung U67 von einem Maximalwert auf eine Hälfte abgesunken ist, ist gegeben durch 0.69·RC ≈ 155 ms. Innerhalb der in 2 gezeigten Zeitspanne von 2 ms nimmt U63 daher kaum merklich ab, und U37 steigt kaum merklich an.
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Zum Zeitpunkt t = 20 ms werden die Schalter 8, 10 und 15 wiederum in die geschlossene Schalterstellung geschaltet, womit die Spannungen U63 und U37 auf U63 ≈ 0 Volt und U37 ≈ –14 Volt absinken, da der Kondensator 5 sich in der vorhergehenden Zeitspanne von 2 ms kaum entladen hat. Die Kondensatorspannung U67 beträgt nach dem Umschalten in die geschlossene Schalterstellung nur etwas weniger als +14 Volt und wird in der geschlossenen Schalterstellung wiederum auf die Batteriespannung U34 = +14 Volt aufgeladen. Im Folgenden wiederholt sich ein zuvor beschriebener Prozess, wobei der Kondensator 5 nun jedoch in einem vollständig aufgeladenen beziehungsweise in einem beinahe vollständig aufgeladenen Zustand ist.
