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Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zum Schutz einer Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs in dem Fall, dass eine fahrzeugexterne Spannungsquelle als Starthilfe an das Kraftfahrzeug falsch angeschlossen wird.
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Zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs kann ein elektrischer Starter vorgesehen sein. Dieser wird mit einer Starterbatterie betrieben, bei der es sich beispielsweise um einen 12 Volt-Akkumulator handeln kann. Ist der Ladezustand dieser Starterbatterie zu gering, lässt sich der Starter nicht mehr betreiben und somit die Brennkraftmaschine nicht mehr starten. Als Starthilfe kann dann eine fahrzeugexterne Spannungsquelle, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie eines Fremdfahrzeugs, der Starterbatterie parallelgeschaltet werden. Hierbei muss sichergestellt sein, dass die fahrzeugexterne Spannungsquelle keine zu große Nominalspannung im Vergleich zur Nominalspannung der Starterbatterie erzeugt. Wird eine Starthilfe mit einer Spannungsquelle geleistet, deren Spannung zu groß ist, würde ein sehr großer Strom in die Starterbatterie mit dem geringen Ladezustand hineinfließen, was einen Überstrom bei gleichzeitiger Überspannung zur Folge hätte. Beispielsweise kann eine solche Überspannung auftreten, wenn eine Batterie eines Lastkraftwagens, die üblicherweise eine Nominalspannung von 24 Volt anstelle der für Personenkraftwagen üblichen 12 Volt aufweist, mit der Starterbatterie eines Personenkraftwagens verschaltet wird.
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Des Weiteren muss sichergestellt sein, dass die Spannungsquelle polrichtig mit der Starterbatterie verschaltet ist. Ist die Spannungsquelle für die Starthilfe versehentlich mit falscher Polarität angeschlossen, so wäre die Folge ein Endladestrom der Starterbatterie mit dem geringen Ladezustand. Zudem bestünde die Gefahr, dass eine Tiefentladung oder sogar Umpolung der Starterbatterie erfolgt.
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Aus der
DE 103 34 197 A1 ist eine Schutzanordnung für eine elektrische Einrichtung bekannt, mit welcher eine Starterbatterie geschützt werden kann. Eine Auswerteschaltung betätigt einen Schalter zum elektrischen Trennen der Starterbatterie und fahrzeugexterner Spannungsquelle, falls die Auswerteschaltung einen Fehlstrom feststellt.
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Nachteilig bei dieser Schutzanordnung ist, dass stets zunächst eine elektrische Verbindung zwischen Starterbatterie und Spannungsquelle hergestellt werden muss, damit es überhaupt zu dem detektierbaren Fehlstrom kommen kann. Dieser kurze Moment eines fließenden Fehlstromes kann bereits zu einem Schaden führen.
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Aus der
WO 2013/017 311 A1 ist eine zentrale Verpolschutzschaltung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt. Bei dieser Verpolschutzschaltung ist ein Starthilfekontakt zum Anschließen eines Pols der fahrzeugexternen Spannungsquelle über eine Diode mit einem Anschlusskontakt der Starterbatterie verbunden. Bei Verpolung wird ein Stromfluss durch die Diode verhindert. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass sie keinen Schutz vor einer Überspannung einer fahrzeugexternen Spannungsquelle mit zu großer Nennspannung bietet.
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Aus der
US 2011/0148190 A1 ist eine Verpolschutzschaltung bekannt, die Zener-Dioden aufweist.
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Aus der
DE 10 2005 006 100 A1 ist eine Sicherheitsschaltung zum Absichern einer Schaltungsanordnung vor Beschädigung bei Verpolung einer angeschlossenen Energieversorgungseinheit bekannt. Bei Verpolung wird ein Spannungsimpuls in einer Spule erzeugt, welcher über einen Transformator verstärkt wird und hierdurch ein pyrotechnisches Element auslöst, welches eine elektrische Verbindung zwischen einer Starterbatterie und einer fahrzeugexternen Spannungsquelle trennen kann. Der Spannungsimpuls kann auch bei einer Überspannung erzeugt werden, indem eine Zener-Diode verwendet wird.
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Aus der
US 4 740 740 A ist ein Starterkabel für eine Starthilfe eines Kraftfahrzeugs bekannt. In das Starterkabel ist eine Schutzschaltung integriert, welche mittels eines Schalters den Stromfluss bei einer Starthilfe unterbricht, falls Fehlerbedingungen erfüllt sind. Bei einer Verpolung ist die Schutzschaltung in der Lage, diese durch kreuzweises Schalten zu kompensieren. Die Schutzschaltung wird mittels einer Gleichspannungsversorgung versorgt, die einen Gleichrichter und einen Spannungsregler umfasst.
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In der
US 2004/0066168 A1 ist eine Schutzschaltung für eine Starthilfe eines Kraftfahrzeugs beschrieben, die bei einer Überspannung einen Schalter öffnet, sodass der Startvorgang abgebrochen wird. Ein Mikrocontroller der Schutzschaltung wird mittels eines Spannungsreglers versorgt.
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Aus der
US 2013/0154543 A1 ist bekannt, bei einer Starthilfe für ein Kraftfahrzeug zu erkennen, falls ein Überstrom fließt. Auch eine Überhitzung einer Batterie des Kraftfahrzeugs kann detektiert werden.
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Die Erkennung einer Verpolung ist aus der
WO 2010/129723 A2 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kraftfahrzeug einen Schutz bei Fehlbedienung während einer Starthilfe bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
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Die Erfindung umfasst eine Schutzvorrichtung zum Schutz einer Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs. Eine andere Bezeichnung für Starterbatterie ist auch Fahrzeugbatterie. Die Schutzvorrichtung weist einen Anschlusskontakt zum Anschließen eines Pols der Starterbatterie auf. Bei dem Pol handelt es sich um einen elektrischen Pol, beispielsweise einen Pluspol der Starterbatterie. Zum Anschließen einer fahrzeugexternen Spannungsquelle weist die Schutzvorrichtung einen ersten Starthilfekontakt zum Anschließen eines ersten Pols und einen zweiten Starthilfekontakt zum Anschließen eines zweiten Pols der Spannungsquelle auf. Hierüber kann die Spannungsquelle für eine Starthilfe an das Kraftfahrzeug angeschlossen werden. Jeder der Starthilfekontakte kann als sogenannten Fremdstartbolzen oder Metallstift ausgestaltet oder mit einem solchen verbunden sein. An den ersten Starthilfekontakt kann beispielsweise der Pluspol und an den zweiten Starthilfekontakt der Minuspol der Spannungsquelle angeschlossen werden. Bei der fahrzeugexternen Spannungsquelle kann es sich beispielsweise um eine Fahrzeugbatterie eines Fremdfahrzeugs handeln.
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Die Schutzvorrichtung weist des Weiteren einen Schalter auf, über welchen der Anschlusskontakt für die Starterbatterie und der erste Starthilfekontakt miteinander verbunden sind. Durch Öffnen des Schalters ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Anschlusskontakt und dem ersten Starthilfekontakt unterbrochen. Durch Schließen des Schalters sind der Anschlusskontakt und der erste Starthilfekontakt galvanisch miteinander verbunden. Der Schalter kann beispielsweise ein Relais oder einen Halbleiterschalter, zum Beispiel einen Transistor, aufweisen.
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Zum Steuern des Schalters ist eine Prüfschaltung bereitgestellt, die dazu ausgelegt ist, einen Spannungswert einer elektrischen Spannung zu erfassen, die zwischen dem ersten Starthilfekontakt und dem zweiten Starthilfekontakt anliegt. Die Prüfschaltung ist dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von dem erfassten Spannungswert den Schalter zu schalten.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass auch bei geöffnetem Schalter, wenn die fahrzeugexterne Spannungsquelle und die Starterbatterie noch elektrisch voneinander getrennt sind und/oder ein Stromfluss zwischen ihnen blockiert ist, bereits durch die Prüfschaltung anhand des Spannungswerts festgestellt werden kann, ob die Spannungsquelle verpolt ist und/oder eine zu große elektrische Spannung erzeugt. Hierfür können entsprechende Prüfbedingungen für den erfassten Spannungswert in der Prüfschaltung realisiert sein. Die Prüfschaltung kann dann den Schalter geöffnet lassen, das heißt das Schließen des Schalters blockieren, so dass es zu keinem Zeitpunkt zu einem schädlichen Stromfluss kommt.
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Gemäß der Erfindung ist ein Versorgungsanschluss, VCC, der Prüfschaltung über eine Gleichrichterschaltung mit dem ersten und dem zweiten Starthilfekontakt verbunden. Die Gleichrichterschaltung ist dazu ausgelegt, aus der Spannung, welche durch die fahrzeugexterne Spannungsquelle erzeugt wird, eine gerichtete Spannung zu erzeugen. Mit anderen Worten wird durch die Gleichrichterschaltung sowohl bei korrekter Polung als auch bei Verpolung der Spannungsquelle eine gerichtete Spannung erzeugt, die zum Betrieb der Prüfschaltung an deren Versorgungsanschluss bereitgestellt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Schutzvorrichtung als Vierpol bereitgestellt werden kann, der keine separate elektrische Versorgungsleitung für eine Spannungsversorgung benötigt. Die Schutzvorrichtung versorgt sich selbst mittels der von der fahrzeugexternen Spannungsquelle erzeugten elektrischen Spannung.
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Gemäß der Erfindung ist die Gleichrichterschaltung über einen Spannungsstabilisator mit dem besagten Versorgungsanschluss verbunden. Der Spannungsstabilisator ist dazu ausgelegt, aus der gerichteten Spannung eine geregelte Versorgungsspannung für die Prüfschaltung zu erzeugen. Mit anderen Worten wird am Versorgungsanschluss durch den Spannungsstabilisator eine Versorgungsspannung bereitgestellt, die einen vorbestimmten Spannungsnennwert aufweist. Insbesondere wird durch den Spannungsstabilisator eine geregelte Gleichspannung erzeugt. Insbesondere wird durch den Spannungsstabilisator ein Spannungsnennwert kleiner als 20 Volt aus einer gleichgerichteten Spannung erzeugt, die einen Maximalwert größer als 20 Volt aufweist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Betrieb der Prüfschaltung auch bei Anlegen einer Überspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Starthilfekontakt möglich ist.
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Gemäß der Erfindung ist der Versorgungsanschluss zusätzlich über eine Diode D1 mit dem Anschlusskontakt für die Starterbatterie verbunden. Eine Durchlassrichtung der Diode D1 ist dabei von dem Anschlusskontakt hin zum Versorgungsanschluss ausgerichtet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Betrieb der Prüfschaltung auch nach dem Abklemmen der fahrzeugsexternen Spannungsquelle und nach dem Öffnen des Schalters auf der Grundlage der Starterbatterie und/oder der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs möglich ist. Zum Schutz des Spannungsstabilisators kann hierbei zusätzlich eine Diode D2 vorgesehen sein, welche einen Stromfluss vom Versorgungsanschluss hin zum Spannungsstabilisator blockiert.
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Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Prüfschaltung dazu ausgelegt, den Schalter nur zu schließen, falls der erfasste Spannungswert kleiner als ein vorbestimmter Überspannungswert ist. Hierdurch ist ein Stromfluss bei Überspannung verhindert. Der Überspannungswert kann beispielsweise festgelegt sein als ein Wert, welcher sich aus dem Nennspannungswert der Starterbatterie multipliziert mit einem Faktor ergibt, wobei der Faktor in einem Bereich zwischen 1,1 und 1,5 liegen kann. Insbesondere ist vorgesehen, den Überspannungswert größer als 14 Volt und kleiner als 24 Volt festzulegen, damit z. B. bei einem Anschluss einer Fahrzeugbatterie für einen Lastkraftwagen (Nennspannung: 24 Volt) verhindert ist, dass der Schalter geschlossen wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Prüfschaltung dazu ausgelegt, den Schalter nur zu schließen, falls der erfasste Spannungswert eine vorbestimmte Polung der Spannung aufweist oder indiziert. Mit anderen Worten erfolgt kein Stromfluss bei Verpolung der Spannungsquelle. Der Schalter wird nur bei einer vorbestimmten Polung der Spannungsquelle an den beiden Starthilfekontakten geschlossen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist bei der Schutzvorrichtung eine Ausgabeeinrichtung bereitgestellt. Die Ausgabeeinrichtung kann beispielsweise eine Leuchtdiode für Lichtzeiten aufweisen und/oder eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise ein LCD (Liquid Crystal Display). Die Prüfschaltung ist hierbei dazu ausgelegt, über die Anzeigeeinrichtung eine Überspannung und/oder eine Verpolung zu signalisieren. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der innere Betriebszustand der Anordnung aus Kraftfahrzeug und fahrzeugexterner Spannungsquelle von einem Benutzer ausgelesen werden kann. Hierdurch sind systematische Korrekturen beim Anschließen der Spannungsquelle möglich.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Prüfschaltung dazu ausgelegt, ein Temperatursignal zu empfangen und den Schalter in Abhängigkeit von dem Temperatursignal zu steuern. Insbesondere wird der Schalter geöffnet oder in einem geöffneten Zustand belassen, falls das Temperatursignal signalisiert, dass die Temperatur größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass auch eine Überlastung der Starterbatterie durch einen zu großen Ladestrom detektiert und verhindert werden kann. Der Schwellenwert kann auch in Abhängigkeit von einem Batterietyp durch die Prüfschaltung eingestellt werden, um beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie davor zu schützen, bei einer Betriebstemperatur außerhalb eines vorbestimmten Temperaturintervalls aufgeladen zu werden. Das Temperatursignal kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors erzeugt werden, der in der Schutzvorrichtung bereitgestellt sein kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Prüfschaltung einen Busanschluss zum Anschließen eines Kommunikationsbusses auf. Beispielsweise kann der Busanschluss zum Anschließen an einen CAN-Bus (CAN – Controller Area Network) oder einen LIN-Bus (LIN – Local Interconnect Network) ausgestaltet sein. Die Prüfschaltung ist dazu ausgelegt, über dem Busanschluss Busdaten zu empfangen und den Schalter in Abhängigkeit von den Busdaten zu steuern. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Sensor oder mehrere Sensoren des Kraftfahrzeugs dazu genutzt werden können, den Schalter zu steuern.
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Beispielsweise kann ein Temperatursensor der Starterbatterie das besagte Temperatursignal erzeugen, das dann mittels der Busdaten an die Prüfschaltung übertragen werden kann. Dann ist kein eigener Temperatursensor der Schutzvorrichtung nötig. Auch eine Stromstärkemessung und/oder eine Spannungsmessung können außerhalb der Schutzvorrichtung mittels eines jeweiligen Sensors des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden und das jeweilige Messergebnis kann als Busdaten an die Prüfschaltung übertragen werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzvorrichtung eine Stromerfassungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, ein Stromstärkesignal eines durch den Schalter fließenden elektrischen Stromes zu erzeugen. Die Prüfschaltung ist dazu ausgelegt, den Schalter in Abhängigkeit von dem Stromstärkesignal zu steuern. Das Stromstärkesignal kann ein binäres Signal sein, welches lediglich angibt, ob ein elektrischer Strom fließt oder nicht. Das Stromstärkesignal kann auch einen gemessenen Stromstärkewert angeben. Mittels der Stromerfassungseinrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen Abklemmvorgang oder Trennvorgang zu erkennen, durch welchen die fahrzeugexterne Spannungsquelle elektrisch von der Schutzvorrichtung getrennt wird. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, automatisiert den Schalter mittels der Prüfvorrichtung wieder zu öffnen.
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Zusätzlich oder alternativ zum Steuern des Schalters ist vorgesehen, dass das Stromstärkesignal ausgegeben wird. Es kann beispielsweise über die beschriebene Ausgabevorrichtung an einen Benutzer ausgegeben werden. Durch Ausgeben des Stromstärkesignals ergibt sich der Vorteil, dass ein Benutzer erkennen kann, dass nach dem Startvorgang der Brennkraftmaschine kein Strom mehr fließt und somit die fahrzeugexterne Spannungsquelle abgeklemmt oder getrennt werden kann, ohne dass es z. B. zu einer Lichtbogenbildung kommt.
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Die Stromerfassungseinrichtung kann einen Stromsensor aufweisen, der beispielsweise auf der Grundlage eines Hall-Sensors gebildet sein kann. Die Stromerfassungseinrichtung kann auch dazu ausgelegt sein, eine über den Schalter abfallende elektrische Spannung zu erfassen, um einen Stromfluss durch den Schalter zu detektieren. Hierzu kann auch eine Erzeugung eines über den Schalter geführten Prüfstroms durch die Stromerfassungseinrichtung vorgesehen sein.
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Als ebenfalls von der Erfindung umfasst anzusehen ist ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, in welchem eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung bereitgestellt ist.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 1 kann einen Verbrennungsmotor 2 aufweisen, der beispielsweise ein Ottomotor oder ein Dieselmotor sein kann. Zum Starten des Verbrennungsmotors 2 kann ein elektrischer Starter 3 bereitgestellt sein. Für den Betrieb des Starters 3 kann eine Starterbatterie B1 bereitgestellt sein, bei der es sich beispielsweise um einen 12 Volt-Akkumulator handeln kann. Er kann beispielsweise auf einer Blei-Säure-Technologie basieren.
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Falls ein Ladezustand der Starterbatterie B1 zu gering ist, kann der Verbrennungsmotor 2 nicht mittels des Starters 3 gestartet werden, da hierzu die elektrische Leistung der Starterbatterie B1 zu gering ist. Bei dem Kraftfahrzeug 1 kann Starthilfe geleistet werden. Hierzu kann das Kraftfahrzeug 1 in bekannter Weise Fremdstartbolzen 4 aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweisen. An die Fremdstartbolzen 4 kann jeweils ein elektrischer Pol 5, 6 einer fahrzeugexternen Spannungsquelle B2 angeschlossen werden. Der Pol 5 kann beispielsweise der Pluspol, der Pol 6 der Minuspol der Spannungsquelle B2 sein. Die Spannungsquelle B2 kann beispielsweise eine Starterbatterie oder Fahrzeugbatterie eines weiteren (nicht näher dargestellten) Kraftfahrzeugs sein. Die Spannungsquelle B2 kann auch z. B. ein Starthilfegerät sein, dass z. B. mit einer 240-Volt-Wechselspannung betrieben wird.
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Die Starterbatterie B1 kann sich beispielsweise in einem Fahrzeugheck oder in einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs 1 befinden. Die Fremdstartbolzen 4 können in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Fahrzeugstart mittels der Spannungsquelle B2 ausschließlich über die Fahrzeugbolzen 4 erfolgt, da ein Zugang zu der Starterbatterie B1 erschwert oder unmöglich ist.
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Bei dem Kraftfahrzeug 1 ist eine Schutzvorrichtung 7 bereitgestellt, welche die Starterbatterie B1 schützt, falls die Spannungsquelle B2 eine Überspannung erzeugt, durch welche eine Beschädigung der Starterbatterie B1 hervorgerufen werden kann. Des Weiteren schützt die Schutzvorrichtung 7 die Starterbatterie B1 vor einer Verpolung, durch welche sich bei einer elektrischen Verbindung zwischen Spannungsquelle B2 und Starterbatterie B1 eine weitere Entladung der Starterbatterie B1 über die Spannungsquelle B2 ergeben würde.
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Die Schutzvorrichtung 7 lässt keine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Spannungsquelle B2 und der Starterbatterie B1 zu, wenn eine Verpolung oder eine Überspannung der Spannungsquelle B2 vorliegt. Es wird also zu jedem Zeitpunkt ein potentiell schädlicher Stromfluss vermieden.
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Die Schutzvorrichtung 7 kann hierzu den folgenden beispielhaften Aufbau aufweisen:
Anschlusskontakte P1, P2 sind mit elektrischen Polen der Starterbatterie B1 verbunden. Ein erster Starthilfekontakt P3 und ein zweiter Starthilfekontakt P4 sind über die am Kraftfahrzeug 1 bereitgestellten Fremdstartbolzen 4 mit jeweils einem der Pole 5, 6 der Spannungsquelle B2 verbunden. Die Starthilfekontakte P3, P4 empfangen für die Starthilfe eine durch die Spannungsquelle B2 erzeugte Spannung U.
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Eine Gleichrichterschaltung 8 kann zwischen die Starthilfekontakte P3, P4 geschaltet sein. Die Gleichrichterschaltung 8 kann durch Dioden D4, D5, D6, D7 als Brückengleichrichter ausgestaltet sein, der an Ausgängen 9, 10 immer eine gleichgerichtete Spannung gleichbleibender Polarität ausgibt. In der Figur ist veranschaulicht, wie am Ausgang 9 eine Plus-Spannung (+) und am Ausgang 10 eine Minus-Spannung (–) oder Masse GND bereitgestellt werden kann.
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Die gleichgerichtete Spannung kann an einen Spannungsstabilisator 11 ausgegeben werden. Der Spannungsstabilisator 11 kann als Linearregler oder als Schaltwandler ausgelegt sein. Er wird über die Gleichrichterschaltung 8 mit der gleichgerichteten Spannung versorgt, wenn an den Fremdstartbolzen 4 die Spannung U anliegt. Durch den Spannungsstabilisator 11 wird eine geregelte Versorgungsspannung V bezüglich der Masse GND erzeugt. Der Spannungsstabilisator 11 ist bevorzugt derart ausgelegt, dass er im Missbrauchsfall vorkommende Überspannungen in eine für eine Prüfschaltung 12 geeignete Versorgungsspannung zu wandeln in der Lage ist. Insbesondere ist ein Betrieb bei einer gleichgerichteten Spannung von bis zu 30 Volt vorgesehen, um eine Spannung U einer 24-Volt-Batterie eines Lastkraftwagens handhaben zu können. Der Spannungsstabilisator 11 gibt seine geregelte Versorgungsspannung V über eine Diode D2 an einen Versorgungsanschluss VCC der Spannungsversorgung der Prüfschaltung 12 aus, welche ihre elektrische Masse GND über den Brückengleichrichter der Gleichrichterschaltung 8 erhalten kann.
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Zusätzlich kann die Prüfschaltung 12 eine Versorgungsspannung über eine Diode D1 von dem Anschlusskontakt P1 erhalten, an welchem die Starterbatterie B1 eine Batteriespannung B erzeugt. Dies gilt aber nur, falls die Starterbatterie B1 noch genügend Energie bereithält.
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Die Prüfschaltung 12 ist der Kernschaltkreis, der zur Steuerung und/oder Messwerterfassung und/oder Anzeige und/oder Kommunikation mit dem Kraftfahrzeug 1 dienen kann.
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Durch die Prüfschaltung 12 wird insbesondere ein Schalter S1 gesteuert, welcher den Anschlusskontakt P1 mit dem ersten Starthilfekontakt P3 verbindet. Der Schalter S1 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Relais oder eines Transistors gebildet sein. Die Prüfschaltung 12 kann des Weiteren Spannungsabgriffe Se1, Se2 beidseitig des Schalters S1 aufweisen sowie einen Spannungsangriff Se3 für das Potential des zweiten Starthilfekontakts P4. Über einen Busanschluss 13 kann die Prüfschaltung 12 mit einem Fahrzeugbus 14 verbunden sein, über welchen Busdaten, beispielsweise aus einer (nicht dargestellten) Überwachungsschaltung der Starterbatterie B1 empfangen werden können. Die Busdaten können beispielsweise eine aktuelle Temperatur der Starterbatterie B1 angeben. An die Prüfschaltung 12 kann des Weiteren ein Temperatursensor T angeschlossen sein.
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Eine Stromerfassungseinrichtung 15 kann zur Detektion eines Stromes I durch den Schalter S1 vorgesehen sein. Die Stromerfassungseinrichtung kann durch einen separaten Stromsensor gebildet sein oder auf der Grundlage eines Halbleiterrelais als Schalter S1, welches selbst erkennt und signalisiert, falls kein Strom mehr durch den Schalter S1 fließt. Hierzu kann beispielsweise ein sogenannter Sense-Transistor als Schalter S1 bereitgestellt sein. Alternativ kann ein Stromfluss durch S1 über eine zwischen Se1 und Se2 gemessene Spannung detektiert werden. Der Schalter S1 fungiert dann im geschlossenen Zustand als Shunt-Widerstand. Hilfsweise kann hierbei über die Spannungsabgriffe Se1, Se2 ein Prüfstrom in den Schalter S1 eingeprägt werden.
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An die Prüfschaltung 12 kann eine Ausgabeeinrichtung 16 angeschlossen sein, die beispielsweise eine Leuchtdiode D3 zur Nutzerinformation umfassen kann. Die Leuchtdiode D3 steht aber nur stellvertretend für eine mögliche Anzeigeeinheit zur Nutzerinformation. Die Ausgabeeinrichtung 16 kann auch z. B. ein LCD umfassen.
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Über die Spannungsabgriffe Se1 und Se3 detektiert die Prüfschaltung 12 die an P3 und P4 anliegende Spannung U und deren Polarität. Hierzu kann die Prüfschaltung 12 beispielsweise einen Analog-Digital-Wandler und/oder eine Komparatorschaltung umfassen. Der Temperatursensor T kann als redundantes Messsystem genutzt werden, falls über den Fahrzeugbus 14 keine Temperatur der Starterbatterie B1 übermittelt wird oder eine Verbindung mit dem Kraftfahrzeug 1 nicht erwünscht oder möglich ist. D2 dient als Schutz vor rückwärtigem Speisen des Spannungsstabilisators 11 über die Diode D1.
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D1 dient als Schutz der Prüfschaltung 12 vor einem versehentlich vergolten Anschluss der Starterbatterie B1.
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Für die folgende Erläuterung der Funktionsweise der Schutzvorrichtung 7 sei angenommen, dass die Starterbatterie B1 entladen oder nicht mehr in der Lage sei, den Starter 3 anzutreiben und die Prüfschaltung 12 mit elektrischer Energie zu versorgen. Somit liegt über D1 am Versorgungsanschluss VCC bezogen auf die Masse GND der Gleichrichterschaltung 8 keine ausreichende Versorgungsspannung für die Prüfschaltung 12 an.
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In einem ersten Beispiel sei angenommen, dass die Spannungsquelle B2 korrekt polarisiert angeschlossen sei und eine vorschriftsmäßige Spannung U erzeuge, mittels welcher die Starterbatterie B1 aufgeladen und der Starter 3 betrieben werden können, ohne dass ein Schaden entsteht. Die über D6 und D5 gleichgerichtete Spannung wird durch den Spannungsstabilisator 11 in die geregelte Versorgungsspannung V gewandelt, welche wiederum über D2 an dem Versorgungsanschluss VCC der Prüfschaltung 12 anliegt. Hierdurch wird die Prüfschaltung 12 in Betrieb gesetzt. Über Se1 und Se3 wird die Spannung U der Spannungsquelle B2 als nicht zu hoch und richtig polarisiert erkannt. Der Schalter S1 wird deshalb durch die Prüfschaltung 12 geschlossen. Anschließend steht die Spannungsquelle B2 zur Starthilfe zur Verfügung. Nach erfolgreicher Starthilfe wird die Spannungsquelle B2 beispielsweise durch einen Benutzer wieder abgeklemmt. Vorausgesetzt, dass die Starterbatterie B1 nun ausreichend Energie bereitstellt oder über die Anschlusskontakte P1 und P2 vom Fahrzeugbordnetz, beispielsweise einem Generator, ausreichend Energie geliefert wird, kommutiert nun die Versorgungsspannung von B1 einerseits über D1 und andererseits über D6 und D5. Wenn die Stromerfassungseinrichtung 15 ein Stromstärkesignal 17 erzeugt, das signalisiert, dass über S1 kein Starterstrom mehr fließt, kann dies beispielsweise über die Ausgabeeinrichtung 16 angezeigt werden, indem beispielsweise die Diode D3 grün aufleuchtet, um Fehlerfreiheit zu signalisieren. Zudem wird der Schalter S1 durch die Prüfschaltung 12 geöffnet. Die Prüfschaltung 12 wird nun durch die an den Anschlusskontakten P1, P2 anliegende Batteriespannung B über D1 und D5 versorgt.
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Eine weitere Schutzfunktion ist auf der Grundlage einer Temperaturmessung und/oder Stromstärkemessung möglich. Über eine Temperaturmessung mittels des Temperatursensors T oder über die im Kommunikationsbus 14 gelieferte Batterietemperatur der Starterbatterie B1 kann durch die Prüfschaltung 12 detektiert werden, ob der durch die Spannungsquelle B2 gelieferte Strom derart groß ist, dass die Starterbatterie B1 überhitzt. Dies kann nützlich sein, wenn eine Lithium-Ionen-Starterbatterie des Kraftfahrzeugs 1 über die Fremdstartbolzen 4 bei Temperaturen geladen werden soll, die unterhalb des für eine Ladung zugelassenen Bereichs liegt. Es kann dann durch die Prüfschaltung 12 entschieden werden, dass der Schalter S1 nicht geschlossen wird und eine Starthilfe somit unterbunden wird.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel veranschaulicht den Verpolschutz. Es wird wieder davon ausgegangen, dass B1 entladen oder nicht mehr in der Lage ist, das Fahrzeug zu starten und die Prüfschaltung 12 mit Energie zu versorgen. Des Weiteren wird angenommen, dass die Spannungsquelle B2 mit falscher Polarität angeschlossen ist, also in dem veranschaulichten Beispiel der Pol 5 mit dem Starthilfekontakt P4 und der Pol 6 mit dem Starthilfekontakt P3 über den jeweiligen Starterbolzen 4 elektrisch verbunden ist. In diesem Fall wird der Spannungsstabilisator 11 über D7 und D4 mit korrekt polarisierter Spannung versorgt und liefert an die Prüfschaltung 12 über D2 ebenfalls eine geregelte Versorgungsspannung V mit korrekter Polarität, die auch im Falle einer Überspannung, falls die Spannung betragsmäßig größer als ein vorbestimmter Schwellenwert (z. B. 20 Volt) ist, auf den für die Prüfschaltung 12 vorgesehenen Spannungsbereich (z. B. 10 Volt bis 14 Volt) gehalten wird, da der Spannungsstabilisator 11 seine Ausgangsspannung V regelt. Die Prüfschaltung 12 ist deshalb auch in diesem Fall in der Lage, über Se1 und Se3 zu detektieren, dass die an P3 und P4 angelegte Spannung U falsch polarisiert ist. Daher wird der Schalter S1 nicht geschlossen, das heißt in einer geöffneten Stellung gehalten. Die Verpolung und/oder Überspannung kann über die Ausgabeeinrichtung 16 einem Benutzter signalisiert werden. Es kann beispielsweise in Form einer rot aufleuchtenden Diode D3 der Fehler kommuniziert werden.
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Die Schutzvorrichtung 7 kann beispielsweise als Steuergerät ausgestaltet sein, das als Vierpol zwischen die Fremdstartbolzen 4 einerseits und die Starterbatterie B1 geschaltet werden kann. Es ist keine zusätzlich externe Spannungsversorgung nötig, da über die Gleichrichterschaltung 8 die Spannung U der Spannungsquelle B2 für den Betrieb der Prüfschaltung 12 genutzt wird.
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Somit ergibt die Schutzvorrichtung 7 Schutz der im Fahrzeug befindlichen Starterbatterie vor Überspannung, Überstrom und Verpolung einer Spenderbatterie im Falle einer Starthilfe. Durch Überwachen der Temperatur und der Stromstärke ist ein intelligenter Überstromschutz möglich.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Verpol- und Überspannungsschutz-Vierpol zum Schutze einer Starterbatterie vor Verpolung, Überspannung und Überstrom bereitgestellt werden kann.
