DE19957478A1

DE19957478A1 - Zwei-Batteriensystem

Info

Publication number: DE19957478A1
Application number: DE19957478A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Urlas
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2001-05-31
Also published as: WO2001039350A3; DE50005631D1; EP1245069B1; EP1245069A2; WO2001039350A2; US6731021B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zwei-Batteriesystem (1), umfassend einer Starter (2), einen Generator (3), eine Starterbatterie (4), eine Bordnetzbatterie (5), bordnetzspezifische Verbraucher (6) und startrelevante Verbraucher (16), wobei zwischen dem Starter (2) und der Starterbatterie (4) eine erste elektronische Polklemme (7) und zwischen dem Starter (2) und der Bordnetzbatterie (5) eine zweite elektronische Polklemme (8) angeordnet ist, zwischen der Bordnetzbatterie (5) und der Starterbatterie (4) ein Leistungsschalter (9) angeordnet ist, der durch ein die Erregung des Generators (3) erfassenden Signals steuerbar ist, wobei die bordnetzspezifischen Verbraucher (6) fest der Bordnetzbatterie (5) und die startrelevanten Verbraucher (16) fest der Starterbatterie (4) zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zwei-Batteriensystem und ein Verfahren zum Starten und Lademanagement eines Zwei-Batteriensystems.

Aus der DE 40 28 242 A1 ist ein Zwei-Batteriensystem bekannt, umfassend einen Generator, einen Starter, eine Starterbatterie, eine Bordnetzbatterie, elektrische Verbraucher und einen Starterbatterieschalter, der mit einem Steuergerät verbunden ist. Die elektrischen Verbraucher werden dabei in Primär- und Sekundärverbraucher unterteilt. Unter den Primärverbrauchern werden die für das Start- und Fahrvermögen oder die Fahrzeugsicherheit wesentlichen Verbraucher wie beispielsweise Motorsteuerung und Licht verstanden. Die Sekundärverbraucher sind vorwiegend für den Komfort verantwortliche Verbraucher wie beispielsweise Bordcomputer, Sitzheizung oder HiFi-Anlage. Der Starterbatterieschalter ist zwischen der Starterbatterie und dem übrigen Bordnetz angeordnet, während der Starter direkt mit der Starterbatterie gekoppelt ist. Der Starterbatterieschalter wird über das Steuergerät, abhängig vom Ladezustand der Starterbatterie, der Bordnetzbatterie und der Stromlieferung des Generators, geschaltet. Der Starterbatterieschalter ist durch das Steuergerät während der Fahrt, d. h. wenn der Motor läuft, geschlossen, wenn der Generator Strom liefert, um die beiden Batterien zu laden und gleichzeitig die Verbraucher zu versorgen, oder wenn ein Ladungsausgleich zugunsten der Starterbatterie stattfindet. Bei stehendem Motor ist der Starterbatterieschalter immer geöffnet. Dadurch wird die Starterbatterie weder durch den Ruhestrom der Verbraucher noch durch eine entladene Bordnetzbatterie im Stand oder während der Fahrt entladen. Nachteilig an dem bekannten Zwei-Batteriensystem ist, daß die Verbindung zwischen Starter und Starterbatterie permanent spannungsführend ist, was entsprechende aufwendige Schutzmaßnahmen erfordert. Wird hingegen die Starterleitung spannungslos geschaltet, so sind die bekannten Verfahren zum Start und Lademanagement eines Zwei- Batteriensystems nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Starten und Lademanagement mit einem Zwei-Batteriensystem mit abgesicherter Starterleitung und ein Zwei-Batteriensystem zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Anordnung der elektronischen Polklemmen zwischen der Starterbatterie und dem Starter und der Bordnetzbatterie und dem Starter ist die Steuerleitung mit Ausnahme der unmittelbaren Startphase spannungslos schaltbar. Dabei sind die startrelevanten Verbraucher fest der Starterbatterie und die Bordnetzverbraucher fest der Bordnetzbatterie zugeordnet. Zwischen der Bordnetzbatterie und der Starterbatterie ist ein Leistungsschalter angeordnet, der durch ein die Generatorerregung erfassendes Signal schaltbar ist. Dadurch ist ein sehr einfaches Start- und Lademanagement für ein Zwei-Batteriensystem möglich, mittels dessen sowohl sehr große Motoren zuverlässig zu starten sind und sehr lange Standzeiten möglich sind. Im abgestellten Zustand ist die Starterbatterie von der Bordnetzbatterie über den offenen Leistungsschalter und die gesperrten elektronischen Polklemmen elektrisch entkoppelbar, so daß die Starterbatterie nicht durch die Bordnetzverbraucher belastet wird, sondern nur den sehr geringen Ruhestrombedarf der startrelevanten Verbraucher decken muß. Da die Ruheströme der startrelevanten Verbraucher im mA-Bereich liegen, sind Standzeiten über mehrere Monate hinweg möglich. Im Fahrbetrieb belasten zwar die startrelevanten Verbraucher die Starterbatterie, die Ströme im Bereich von 10-16 A werden jedoch ohne Probleme durch den erregten Generator kompensiert. Nach dem erfolgten Startvorgang wird die elektronische Polklemme wieder gesperrt und nach der Erregung des Generators der Leistungsschalter geschlossen. Bei voller Erregung des Generators liefert dieser eine Ausgangsspannung von ca. 14,4 V. Dadurch existiert stets eine Potentialdifferenz zwischen dem Generatoreinspeisungspunkt und den beiden Batterien, unabhängig davon, ob diese vollgeladen oder entladen sind. Dadurch ist gewährleistet, daß auch bei der Parallelschaltung der beiden Batterien keine Querströme von einer Batterie zur anderen fließen können, die ansonsten gegebenenfalls den Leistungsschalter zerstören könnten. Durch den Leistungsschalter läßt sich somit ein einfaches Lademanagement für die Starterbatterie realisieren, wobei sichergestellt ist, daß der Strom nur vom Generator zu den beiden Batterien fließen kann.

Je nach Anwendungsgebiet sind dabei verschiedene Schaltungskonzepte möglich. Zum Starten großer Motoren, die einen großen Starterstrom benötigen, wird prinzipiell aus beiden Batterien parallel gestartet. Dabei wird die Belastung der Starterbatterie im Startvorgang hingenommen, da diese im Regelfall bei Erregung des Generators wieder ausreichend geladen wird. Bei kleineren Motoren steht hingegen die möglichst geringe Belastung der Starterbatterie im Vordergrund. Hierzu wird standardmäßig nur aus der Bordnetzbatterie gestartet. Ist hingegen die Bordnetzbatterie entladen und die Starterbatterie geladen, so wird aus der Starterbatterie gestartet. Ist hingegen die Starterbatterie entladen, so muß ein Fremdstart durchgeführt werden, selbst wenn die Bordnetzbatterie geladen ist, da die startrelevanten Verbraucher nicht mehr versorgt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird daher der Leistungsschalter durch ein Bordnetzsteuergerät beaufschlagt. Ist dann die Bordnetzbatterie geladen und die Starterbatterie entladen, so schaltet das Bordnetzsteuergerät den Leistungsschalter durch, so daß dann die Bordnetzbatterie die Spannungsversorgung der startrelevanten Verbraucher in der Startphase übernimmt. Anschließend kann dann aus der Bordnetzbatterie gestartet werden, wobei die elektronische Polklemme der Starterbatterie vorzugsweise gesperrt bleibt, da ansonsten ein Teil des Starterstromes über den Leistungsschalter fließen würde und diesen gegebenenfalls zerstören könnte.

Sind hingegen beide Batterien entladen, so muß ein Fremdstart mittels einer externen Batterie durchgeführt werden, wobei dann nur die elektronische Polklemme der Starterbatterie durchgeschaltet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Zwei- Batteriensystems.

Das Zwei-Batteriensystem 1 umfaßt einen Starter 2, einen Generator 3, eine Starterbatterie 4, eine Bordnetzbatterie 5 und bordnetzspezifische Verbraucher 6, die fest mit der Bordnetzbatterie 5 verbunden sind. Zwischen dem Pluspol der Starterbatterie 4 und dem Starter 2 ist eine elektronische Polklemme 7 angeordnet. Ebenso ist zwischen dem Pluspol der Bordnetzbatterie 5 und dem Starter 2 eine elektronische Polklemme 8 angeordnet. Zwischen dem Generator 3 bzw. dem Pluspol der Bordnetzbatterie 5 und dem Pluspol der Starterbatterie 4 ist ein Leistungsschalter 9 angeordnet, der über einen Abgriff 10 mit der Starterbatterie 4 verbunden ist. Die elektronische Polklemme 7 ist mit einem Steuereingang 11, und die elektronische Polklemme 8 ist mit einem Steuereingang 12 ausgebildet, wobei die zugeführten Signale eine logische Verknüpfung eines Startsignals von einem mechanischen Zündanlaßschloß bzw. einem Startfreigabesteuergerät und dem Ladezustand der beiden Batterien sind. Zwischen Starter 2 und den elektronischen Polklemmen 7, 8 liegt die Starterleitung 13, die durch die beiden Polklemmen 7, 8 mit Ausnahme der Starterphase spannungslos geschaltet wird. Des weiteren sind der Starterbatterie 4 und der Bordnetzbatterie 5 jeweils eine Temperaturüberwachungseinrichtung 14, 15 zugeordnet. Die startrelevanten Verbraucher 16 sind fest der Starterbatterie 4 zugeordnet. Der Leistungsschalter 9 ist über eine Steuerleitung 18 mit einem Bordnetzsteuergerät 19 verbunden.

Im Stillstand des Kraftfahrzeuges sind die elektronischen Polklemmen 7, 8 und der Leistungsschalter 9 offen. Die startrelevanten Verbraucher 16 sind fest der Starterbatterie 4 zugeordnet. Die startrelevanten Verbraucher 16 umfassen dabei das Motorsteuergerät, das Kombiinstrument und gegebenenfalls ein Airbagsteuergerät. Ist das Kraftfahrzeug darüber hinaus mit einem elektronischen Zündanlaßschloß ausgebildet, so umfassen die startrelevanten Verbraucher 16 auch ein Startfreigabesteuergerät. Aufgrund der Ausbildung mit der elektronischen Polklemme 7 sind die startrelevanten Verbraucher 16 über den Abgriff 10 mit der Starterbatterie 4 verbunden, der gleichzeitig als Fremdstarterhilfepunkt fungiert. Über die gesperrten elektronischen Polklemmen 7, 8 ist die Starterleitung 13 spannungslos und die Starterbatterie 4 von der Bordnetzbatterie 5 und den bordnetzspezifischen Verbrauchern 6 entkoppelt. Die Starterbatterie 4 wird nur durch den Ruhestrom der startrelevanten Verbraucher 16 belastet.

Vor Einleitung des Startvorganges überprüft zunächst das Bornetzsteuergerät 19 den Ladezustand der Bordnetzbatterie 5 und der Starterbatterie 4. Ergibt diese Prüfung einen ausreichenden Ladezustand beider Batterien, so wird nur die elektrische Polklemme 8 durchgeschaltet. Die startrelevanten Verbraucher 16 werden dann von der Starterbatterie 4 versorgt, und der Starterstrom wird ausschließlich aus der Bordnetzbatterie 5 geliefert. Ist hingegen die Bordnetzbatterie 5 entladen und die Starterbatterie 4 geladen, so wird nur die elektronische Polklemme 7 durchgeschaltet, so daß die Starterbatterie 4 sowohl die startrelevanten Verbraucher 16 als auch den Starter 2 mit Spannung versorgt. ist hingegen die Bordnetzbatterie 5 geladen und die Starterbatterie 4 entladen, so schließt das Bordnetzsteuergerät 19 den Leistungsschalter 9. Dadurch kann die Bordnetzbatterie 5 die startrelevanten Verbraucher 16 in der Startphase versorgen. Der Starter 2 wird durch Schalten der elektronischen Polklemme 8 aus der Bordnetzbatterie 5 versorgt. Sind hingegen beide Batterien entladen, so muß mittels einer externen Batterie ein Fremdstart durchgeführt werden, die dazu an den Abgriff 10 angeschlossen wird. Dadurch werden die startrelevanten Verbraucher 16 versorgt. Durch Durchschalten der elektronischen Polklemme 7 kann dann die externe Batterie den Starter 2 bestromen.

Nach dem Startvorgang werden die durchgeschalteten elektronischen Polklemmen 7, 8 wieder gesperrt und somit die Starterleitung 13 . spannungslos geschaltet. Dann erfaßt das Bordnetzsteuergerät 19 die Erregung des Generators 3 und schaltet den Leistungsschalter 9, falls dieser nicht bereits geschlossen war. Dadurch kann die Starterbatterie 4 über den Generator 3 wieder geladen werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Zwei-Batteriensystem

2

Starter

3

Generator

4

Starterbatterie

5

Bordnetzbatterie

6

bordnetzspezifische Verbraucher

7

Polklemme

8

Polklemme

9

Leistungsschalter

10

Abgriff

11

Steuereingang

12

Steuereingang

13

Starterleitung

14

Temperaturüberwachungseinrichtung

15

Temperaturüberwachungseinrichtung

16

startrelevante Verbraucher

18

Steuerleitung

19

Bordnetzsteuergerät

Claims

1. Zwei-Batteriensystem, umfassend einen Starter, einen Generator, eine Starterbatterie, eine Bordnetzbatterie, bordnetzspezifische Verbraucher und startrelevante Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Starter (2) und der Starterbatterie (4) eine erste elektronische Polklemme (7) und zwischen dem Starter (2) und der Bordnetzbatterie (5) eine zweite elektronische Polklemme (8) angeordnet ist, zwischen der Bordnetzbatterie (5) und der Starterbatterie (4) ein Leistungsschalter (9) angeordnet ist, der durch ein die Erregung des Generators (3) erfassenden Signals steuerbar ist, wobei die bordnetzspezifischen Verbraucher (6) fest der Bordnetzbatterie (5) und die startrelevanten Verbraucher (16) fest der Starterbatterie (4) zugeordnet sind.

2. Zwei-Batteriensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwei-Batteriesystem (1) ein Bordnetzsteuergerät (19) umfaßt, mittels dessen der Leistungsschalter (9) und/oder die elektronischen Polklemmen (7, 8) ansteuerbar sind.

3. Zwei-Batteriensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch daß die startrelevanten Verbraucher (16) mindestens ein Motorsteuergerät und ein Kombiinstrument umfassen.

4. Zwei-Batteriensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die startrelevanten Verbraucher (16) ein Startfreigabesteuergerät und/oder ein Airbagsteuergerät umfassen.

5. Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeuges mit einem Zwei- Batteriensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide elektronischen Polklemmen (7, 8) durchgeschaltet werden und nach Erfassung der Erregung des Generators (3) der Leistungsschalter (9) geschlossen wird.

6. Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeuges mit einem Zwei- Batteriensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bordnetzsteuergerät (19) vor Einleitung eines Startvorganges die Ladezustände der Bordnetzbatterie (5) und der Starterbatterie (4) überprüft, wobei bei einem ausreichenden Ladezustand beider Batterien nur die elektronische Polklemme (8) der Bordnetzbatterie (5) durchgeschaltet wird.

7. Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeuges mit einem Zwei- Batteriensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bordnetzsteuergerät (19) vor Einleitung eines Startvorganges die Ladezustände der Bordnetzbatterie (5) und der Starterbatterie (4) überprüft, wobei bei einem ausreichenden Ladezustand der Starterbatterie (4) und einem unzureichenden Ladezustand der Bordnetzbatterie (5) nur die elektronische Polklemme (7) der Starterbatterie (4) durchgeschaltet wird.

8. Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeuges mit einem Zwei- Batteriensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bordnetzsteuergerät (19) vor Einleitung eines Startvorganges die Ladezustände der Bordnetzbatterie (5) und der Starterbatterie (4) überprüft, wobei bei einem ausreichenden Ladezustand der Bordnetzbatterie (5) und einem unzureichenden Ladezustand der Starterbatterie (4) der Leistungsschalter (9) durch das Bordnetzsteuergerät (19) geschlossen wird, bevor die elektronische Polklemme (8) der Bordnetzbatterie (5) durchgeschaltet wird.

9. Verfahren zum Starten eines Kraftfahrzeuges mit einem Zwei- Batteriensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung eines Fremdstartes mittels einer externen Batterie die elektronische Polklemme (7) durchgeschaltet wird.