DE10309347B4 - Stromversorgung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Ein
Schaltkreis (10), umfassend
eine Stromversorgungsleitung (14);
eine Batterie (12) mit einem positiven Ausgang (16) und einem negativen Ausgang (18);
einen Schützkreis (48) mit einer Spule (50), die einen Schaltkontakt (52) bedient, wobei die Spule (50) einen ersten Spulenanschluss (54) und einen zweiten Spulenanschluss (56) besitzt und der Schaltkontakt (52) die Stromversorgungsleitung (14) mit dem positiven Batterieausgang (16) verbindet;
einen Schalter (40) mit einem ersten Anschluss (42), einem zweiten Anschluss (44) und einem Steueranschluss (46), wobei der zweite Anschluss (44) mit dem zweiten Spulenanschluss (56) verbunden ist; und
einen Regler (66) zum Steuern des Schalters (40), der mit dem Steueranschluss (46) des Schalters (40) verbunden ist, wobei ein Steckverbindungs-Stromkreis (20) vorgesehen ist, der den positiven Batterieausgang (16) mit dem ersten Spulenanschluss (54) verbindet, bevor der negative Batterieausgang (18) mit dem ersten Anschluss (42) des Schalters (40) verbunden wird.
eine Stromversorgungsleitung (14);
eine Batterie (12) mit einem positiven Ausgang (16) und einem negativen Ausgang (18);
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis mit einer Stromversorgungsleitung und einer Batterie mit einem positiven Ausgang und einem negativen Ausgang sowie ein Verfahren zum Betrieb des Schaltkreises, insbesondere zur Stromversorgung von Kraftfahrzeugen.
- In künftigen Kraftfahrzeugen werden 42-Volt-Systeme die heutigen 12/14-Volt-Systeme ersetzen oder ergänzen. Die Kfz-Industrie hat sich dazu in einem „Positionspapier des Forums Bordnetzarchitektur" im Februar 1996 verständigt (http://www.sci-worx.com/internet/homepage_internet_e.html? /internet/ bordnetzforum/42v_d.html).
- 42-Volt-Systeme sollen den ständig steigenden Strombedarf der Fahrzeuge befriedigen. Allerdings nimmt mit steigender Spannung und Stromstärke auch die Wahrscheinlichkeit von Funkendurchschlägen zu.
- Funkendurchschläge können auch durch die unterschiedlichen Arten von Lasten, wie induktiven, kapazitiven oder resistiven, beeinflusst werden.
- Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Stromversorgung zur Verfügung zu stellen, die die Wahrscheinlichkeit von Funkendurchschlägen in einem Fahrzeug mit einem 42-Volt-System minimiert, sowie eine elektrische Anordnung zu schaffen, die geeignet ist, einen integrierten Starter/Generator anzutreiben und gleichzeitig die Verwendung von 42-Volt-Komponenten zulässt.
- Die nicht vorveröffentlichte Druckschrift
DE 101 09 078 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät, das die Stromzuführung von einer Klemme zu einem Verbraucher durch Ansteuern einer Endstufe vor dem Abziehen von Steckerteilen unterbricht. -
EP 0 314 949 A1 beschreibt unter Bezugnahme aufDE 32 12 983 einen abziehbaren Stecker, der zwei lange Starkstromkontaktstifte und einen kurzen Schwachstromkontaktstift umfasst. Ein Starkstromkreis wird über den Schwachstromkontaktstift mit Hilfe eines Halbleiterschalters ein- und ausgeschaltet. Die Druckschrift offenbart darüber hinaus, dass ein Steckteil einer Steckverbindung einen Meldekontakt aufweist, über den ein Meldekreis geschlossen wird, wobei der Meldekontakt mit Masse verbunden ist und eine Kontakthülse mit einer Überwachungseinrichtung verbunden ist, die einen Mikroprozessor aufweist, der laufend prüft, ob das Massepotential über die Steckverbindung anliegt. - Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
- Die Erfindung liefert einen verbesserten Schaltkreis für ein Stromversorgungssystem, der eine Stromversorgungsleitung und eine Batterie mit einem positiven und einem negativen Ausgang beinhaltet. Ein Schützstromkreis mit einem Elektromagneten ist mit einem Schaltkontakt verbunden. Der Elektromagnet verfügt über einen ersten Spulenanschluss und einem zweiten Spulenanschluss. Der Schaltkontakt verbindet die Stromversorgungsleitung mit dem positiven Batterieausgang. Ein Schalter mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Steueranschluss ist mit dem zweiten Spulenanschluss verbunden. Eine Steckverbindung verbindet den positiven Batterieausgang mit dem ersten Spulenanschluss bevor der negative Batterieausgang mit dem zweiten Anschluss des Schalters verbunden wird. Ein Regler wird an den Steueranschluss des Schalters angeschlossen, um den Betrieb des Schalters zu steuern.
- Die Erfindung, eine Methode, einen Schaltkreis mit einem Schütz zu betreiben, der eine Spule und einen Schaltkontakt enthält, der an die Spule angeschlossen ist, beinhaltet als weiteren Aspekt die Verbindung eines ersten Steckverbinders mit einem zweiten Steckverbinder, sowie durch diese Verbindung die Verbindung eines zweiten Anschlusses eines Schalters, der an eine Spule angeschlossen ist, mit dem negativen Batterieausgang, nachdem der positive Batterieausgang mit einem ersten Anschluss der Spule verbunden wurde.
- Ein Vorteil der Erfindung ist, dass der Schalter des Schaltkreises für die Steuerung durch den Regler und auch als Diebstahlsicherung, Sicherheitsnebenschluss oder zur Vermeidung störender Lasten verwendet werden kann, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Durch Einbinden einer Diode in den Schützkreis kann auch ein Rückleistungsschutz für die Batterie durch den Schaltkreis der Erfindung zur Verfügung gestellt werden. Andere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden in Verbindung mit der detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels und den beigefügten Skizzen und Patentansprüchen deutlich werden.
- Die vorstehend genannten Probleme, Vorteile und Merkmale werden mit Bezug auf die Zeichnungen im Folgenden näher erläutert.
- Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung: -
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. - In den folgenden Figuren Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen benutzt, um die gleichen Komponenten zu bezeichnen.
- Während die Erfindung am Beispiel eines Schützes dargestellt wird, können auch andere Schaltvorrichtungen als ein Schütz verwendet werden. Des weiteren wird die Erfindung am Beispiel eines Schaltkreises in einem Automobil dargestellt. Jedoch können auch andere Anwendungen von Hochspannungs-Gleichstrom von den hier dargestellten Ideen profitieren.
- In
1 ist ein elektrischer Schaltkreis10 dargestellt, der entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist. Der Schaltkreis10 wird verwendet, um eine Batterie12 mit einer Stromversorgungsleitung (PDB)14 zu verbinden. Die Batterie12 besitzt einen positiven Batterieausgang16 und einen negativen Ausgang18 . Die Batterie12 ist mit der Stromversorgungsleitung14 durch eine Steckverbindung20 verbunden. Die Steckverbindung20 besteht aus einem ersten Steckverbinder22 und einem zweiten Steckverbinder24 . Der erste Steckverbinder22 besitzt einen ersten Anschluss26 , der mit dem positiven Batterieausgang16 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss28 , der mit dem negativen Batterieausgang18 verbunden ist. Der erste Steckerverbinder22 kann auch eine Eingriffsvorrichtung30 enthalten. Der zweite Steckverbinder24 besitzt ebenfalls einen ersten Anschluss32 und einen zweiten Anschluss34 . Der erste Anschluss32 ist elektrisch mit dem ersten Anschluss26 des ersten Steckverbinders verbunden, und der zweite Anschluss34 ist elektrisch mit dem zweiten Anschluss28 verbunden. Ein Fachmann wird erkennen, dass es sich bei jedem Satz von Anschlüssen im ersten Steckverbinder22 und im zweiten Steckverbinder24 um Stecker oder Buchsen handeln kann, so dass alle Sätze von Anschlüssen sich verbinden lassen. Der zweite Anschluss34 wird möglichst geerdet, z.B. am Karosserieboden. Der zweite Steckverbinder24 kann auch einen Schalter38 enthalten. Der Schalter38 ist normalerweise geöffnet, wird aber durch die Eingriffsvorrichtung30 geschlossen, wenn der erste Steckverbinder22 mit dem zweiten Steckverbinder24 zusammengesteckt wird. - Wenn der Schalter
38 geschlossen ist, ist der zweite Anschluss34 des zweiten Steckverbinders24 mit einem Schalter40 verbunden. Der Schalter40 ist bevorzugt ein Festkörperschalter, z.B. ein Transistor. Der Schalter40 besitzt einen ersten Anschluss42 , einen zweiten Anschluss44 und einen Steueranschluss46 . - Der Schalter
40 , genauer der zweite Anschluss44 , und der erste Anschluss32 des zweiten Steckverbinders24 sind elektrisch mit einem Schützkreis48 verbunden. Der Schützkreis48 enthält eine Spule50 , die elektromagnetisch einen Druckschalter52 bedient. Der Druckschalter52 verbindet den zweiten Anschluss32 des zweiten Steckverbinders24 mit der Stromversorgungsleitung. - Die Spule
50 besitzt ein erstes Ende54 und ein zweites Ende56 . Das erste Ende54 ist mit dem ersten Anschluss32 des zweiten Steckverbinders24 verbunden. Bevorzugt wird eine Diode D1 zwischen dem ersten Ende54 und dem Anschluss32 des zweiten Steckverbinders24 eingefügt. Die Diode D1 dient dazu, zu verhindern, das eine falsch gepolte Spannung an die Stromversorgungsleitung14 angelegt wird. Die Diode D1 besitzt eine Anode A1 und eine Kathode C1. Bevorzugt wird die Kathode C1 an das erste Ende54 angeschlossen, während die Anode A1 an den ersten Anschluss32 angeschlossen wird. Das zweite Ende56 wird an den zweiten Anschluss44 des Schalters40 angeschlossen. - Die Stromversorgungsleitung
14 ist mit einer Last60 verbunden. Die Last60 kann so durch Bedienen des Schaltkreises10 an- und abgekoppelt werden. Zusätzlich kann ein Teil der Last60 einen Teil eines Haltekreises bilden. Dadurch wird nicht die gesamte Last60 durch den Schaltkreis10 abgekoppelt. Um den Strom für Haltekreise zu liefern, wird ein Überbrückungskreis62 eingefügt. Der Überbrückungskreis62 enthält eine Verbindung zwischen dem ersten Batterieausgang32 und der Stromversorgungsleitung14 über eine Diode D2. Die Diode D2 besitzt eine Kathode C2, die an die Stromversorgungsleitung14 angeschlossen ist, und eine Anode A2, die mit dem ersten Anschluss32 des zweiten Steckverbinders24 verbunden ist. - Ein Energie-Management-Regler
66 kann mit der Stromversorgungsleitung14 , dem Druckschalter52 und dem Steueranschluss46 des Schalters40 verbunden werden. Der Energie-Management-Regler66 ist bevorzugt ein auf einem Mikroprozessor basierender Regler, der zur Steuerung des Schaltkreises verwendet wird. Der Energie-Management-Regler66 dient dazu, den Schalter40 über den Steueranschluss46 ein- und auszuschalten (leitend/nicht leitend). In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, den Druckschalter52 auch dann geöffnet zu halten, wenn die Batterie12 angeschlossen ist. Dies ist z.B. sinnvoll als Diebstahlsicherung, Sicherheitsnebenschluss oder zur Vermeidung störender Lasten am parkenden Fahrzeug. - Der Überbrückungskreis
62 ist vorzugsweise eine Niedrigstromanwendung. Rückleistungsschutz für die Batterie wird durch die Orientierung der Diode D2 garantiert. Beim Betrieb werden für die Stromversorgungsleitung14 drei Schutzstufen geboten. Das Trennen und Verbinden des ersten Steckverbinders22 und des zweiten Steckverbinders24 bietet eine erste Schutzstufe mit dem Schalter38 . Der Schalter38 gestattet das Verbinden/Trennen des ersten Anschlusses28 des ersten Steckverbinders22 und damit des negativen Batterieausgangs18 mit dem zweiten Anschluss34 des zweiten Steckverbinders24 sowie des ersten Anschlusses26 des ersten Steckverbinders22 und damit des positiven Batterieausgangs16 mit dem ersten Anschluss32 des zweiten Steckverbinders24 während der Druckschalter52 geöffnet ist. Durch Schließen des Schalters38 wird eine Rückleitung durch den Schalter40 für die Energie und die Schützspule50 geschaffen. Wenn sie angeschlossen ist, betätigt die Spule den elektromagnetisch bewegten Druckschalter52 , so dass eine Verbindung zwischen der Stromversorgungsleitung und dem positiven Batterieausgang16 durch die Steckverbindung20 hergestellt wird. Wenn die Steckverbindung getrennt wird, öffnet sich der Schalter38 , bevor die Anschlüsse32 und26 getrennt werden. Dadurch öffnet sich der Druckschalter52 . -
2 zeigt ein zweite Ausführungsbeispiel des Schaltkreises10'' . In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steckverbindung20'' gegenüber der oben beschriebenen Steckverbindung20 verändert. In diesem Ausführungsbeispiel wird kein Anschlussschalter benutzt, sondern Anschlüsse mit unterschiedlicher Länge werden, wie unten beschrieben, verwendet. Der Steckverbindungsstromkreis20'' kann in zwei Teile geteilt werden, entsprechend dem positiven Batterieausgang16 und dem negativen Batterieausgang18 . Dies bedeutet, dass ein erster positiver Steckverbinder70 und ein zweiter positiver Steckverbinder72 verwendet werden können, um den positiven Batterieanschluss16 mit der Stromversorgungsleitung14 zu verbinden. Ein erster negativer Steckverbinder74 und ein zweiter negativer Steckverbinder76 können verwendet werden, um den negativen Batterieausgang18 mit dem Schalter40 zu verbinden. - Obwohl zwei separate Steckverbinder gezeigt sind, kann ein Steckverbinder verwendet werden, um den ersten positiven Steckverbinder
70 und den ersten negativen Steckverbinder74 sowie den zweiten positiven Steckverbinder74 und den zweiten negativen Steckverbinder76 aufzunehmen. - Der erste positive Steckverbinder
70 besitzt einen ersten Anschluss78 und einen zweiten Anschluss79 . Der zweite positive Steckverbinder72 besitzt einen ersten Anschluss80 und einen zweiten Anschluss81 . Der erste Anschluss78 und der zweite Anschluss79 sind miteinander sowie mit dem positiven Batterieausgang16 elektrisch verbunden. Wie dargestellt ist der erste Anschluss78 länger als der zweite Anschluss79 . Der erste Anschluss80 ist mit dem Druckschalter52 und mit der Diode D2 verbunden. Der zweite Anschluss81 des Steckverbinders72 ist durch die Diode D1 mit dem ersten Ende54 der Spule50 verbunden. Bevorzugt ist der Anschluss81 kürzer als der Anschluss80 . Die Größe mindestens eines der Anschlüsse79 oder81 wird kleiner als die anderen gewählt, damit die Anschlüsse78 und80 vor den Anschlüssen81 und79 miteinander verbunden werden. Dies verhindert Funkenbildung zwischen den Anschlüssen während des Zusammensteckens. - In gleicher Weise sind die Anschlüsse
82 und83 mit dem negativen Batterieanschluss18 verbunden. Der Anschluss83 ist bevorzugt kürzer als der Anschluss82 , aus demselben Grund aus dem die Anschlüsse81 und79 kürzer sind als die Anschlüsse80 und78 . Der Anschluss84 ist mit dem Karosserieboden36 verbunden, und der Anschluss85 ist mit dem ersten Anschluss42 des Schalters40 verbunden. Mindestens einer der Anschlüsse83 und85 ist kürzer als die Anschlüsse82 und84 , damit die Anschlüsse82 und84 vor den Anschlüssen83 und85 miteinander verbunden werden. - Im Betrieb werden die Anschlüsse
78 und82 bevorzugt mit den Anschlüssen80 und84 verbunden, bevor die Anschlüsse79 und83 mit den Anschlüssen81 und85 verbunden werden. Innerhalb jeder Steckverbindung werden die Anschlüsse81 und79 bevorzugt nach den Anschlüssen80 und78 miteinander verbunden, während die Anschlüsse83 und85 nach den Anschlüssen82 und84 miteinander verbunden werden. Es können auch Arretierungsmechanismen90 und92 verwendet werden, um den Trennprozess zu verlangsamen und der Spule50 Zeit zum Ein-/Ausschalten zu geben. Dies bedeutet, dass man durch Verlangsamen des Verbindungs- oder Trennprozesses die gewünschten elektrischen Ergebnisse durch die Spule erhalten kann. - Während hier nur bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, werden dem Fachmann zahlreiche Variationen und andere Ausführungsbeispiele einfallen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nur durch die folgenden Patentansprüche beschränkt wird.
Claims (11)
- Ein Schaltkreis (
10 ), umfassend eine Stromversorgungsleitung (14 ); eine Batterie (12 ) mit einem positiven Ausgang (16 ) und einem negativen Ausgang (18 ); einen Schützkreis (48 ) mit einer Spule (50 ), die einen Schaltkontakt (52 ) bedient, wobei die Spule (50 ) einen ersten Spulenanschluss (54 ) und einen zweiten Spulenanschluss (56 ) besitzt und der Schaltkontakt (52 ) die Stromversorgungsleitung (14 ) mit dem positiven Batterieausgang (16 ) verbindet; einen Schalter (40 ) mit einem ersten Anschluss (42 ), einem zweiten Anschluss (44 ) und einem Steueranschluss (46 ), wobei der zweite Anschluss (44 ) mit dem zweiten Spulenanschluss (56 ) verbunden ist; und einen Regler (66 ) zum Steuern des Schalters (40 ), der mit dem Steueranschluss (46 ) des Schalters (40 ) verbunden ist, wobei ein Steckverbindungs-Stromkreis (20 ) vorgesehen ist, der den positiven Batterieausgang (16 ) mit dem ersten Spulenanschluss (54 ) verbindet, bevor der negative Batterieausgang (18 ) mit dem ersten Anschluss (42 ) des Schalters (40 ) verbunden wird. - Schaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schalter (
40 ), der einen Transistor enthält. - Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbindungs-Stromkreis einen ersten Steckverbinder (
24 ) und einen zweiten Steckverbinder (22 ) besitzt, der sich mit dem ersten Steckverbinder (24 ) zusammenstecken lässt, wobei der erste Steckverbinder (24 ) einen ersten Leiter (32 ) und einen zweiten Leiter (34 ) besitzt und der zweite Steckverbinder (22 ) über einen dritten Leiter (26 ), der mit dem positiven Batterieausgang (16 ) verbunden ist, und einen vierten Leiter (28 ), der mit dem negativen Batterieausgang (18 ) verbunden ist, verfügt. - Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Steckverbindungs-Stromkreis, der einen ersten positiven Steckverbinder (
70 ) mit einem ersten Anschluss (78 ) und einem zweiten Anschluss (79 ), einen zweiten positiven Steckverbinder (72 ) mit einem ersten Anschluss (80 ) und einem zweiten Anschluss (81 ), einen ersten negativen Steckverbinder (74 ) mit einem ersten Anschluss (82 ) und einem zweiten Anschluss (83 ) sowie einen zweiten negativen Steckverbinder (76 ) mit einem ersten Anschluss (84 ) und einem zweiten Anschluss (85 ) umfasst. - Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (
78 ) des ersten positiven Steckverbinders (70 ) länger ist als der zweite Anschluss (79 ) des ersten positiven Steckverbinders (72 ). - Schaltkreis nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass der erste Anschluss (
82 ) des ersten negativen Steckverbinders (74 ) länger ist als der zweite Anschluss (79 ) des ersten positiven Steckverbinders (70 ). - Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überbrückungsstromkreis (
62 ), der den Steckverbindungs-Stromkreis (10 ) mit der Stromversorgungsleitung (14 ) verbindet. - Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überbrückungsstromkreis (
62 ), der eine Diode (D2) enthält, die über eine mit dem Steckverbindungs-Stromkreis (10 ) verbundene Anode (A2) und über eine mit der Stromversorgungsleitung verbundene Kathode (C2) verfügt. - Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schützstromkreis (
48 ) eine Diode (D1) enthält, die zum Rückleistungsschutz der Batterie (12 ) mit der Spule (50 ) verbunden ist. - Verfahren zum Betrieb eines Schaltkreises, der einen Schütz (
48 ) mit einer Spule (50 ) und einem Schaltkontakt (52 ), der durch die Spule (50 ) bedient wird, enthält, umfassend die Schritte – Verbinden eines ersten Steckerteils (24 ) mit einem zweiten Steckerteil (22 ), wobei durch diese Verbindung die Verbindung eines ersten Anschlusses (42 ) eines an einer Spule (50 ) angeschlossenen Schalters (40 ) mit einem negativen Batterieausgang (18 ) hergestellt wird, nachdem ein positiver Batterieausgang (16 ) mit einem ersten Anschluss (54 ) der Spule (50 ) verbunden wurde, und – Steuern des Schaltkontakts (52 ), um nach dem Verbinden des Schalters (40 ) eine Stromversorgungsleitung (14 ) mit dem positiven Batterieausgang (16 ) zu verbinden. - Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Verbindens eines ersten Anschlusses (
42 ) eines mit der Spule (50 ) verbunden Schalters (40 ) mit dem negativen Batterieausgang (18 ).
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