DE4223854C3 - Vorrichtung zur Energieversorgung von Kraftfahrzeugteilen - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversor
gungsvorrichtung für die Versorgung von Heizelementen,
die unterschiedliche Teile eines Kraftfahrzeugs und derglei
chen mit elektrischer Energie erwärmen.
Im allgemeinen sind Kraftfahrzeugteile mit unterschiedli
chen Heizelementen ausgerüstet, die mit elektrischer Ener
gie von einer gemeinsamen Energiequelle in Form einer
Batterie versorgt werden.
Der Energieverbrauch dieser unterschiedlichen Arten von
Heizelementen erreicht gewöhnlich ein Maximum von eini
gen Kilowatt. Unter Berücksichtigung, daß die Spannung ei
ner Batterie für Fahrzeuge gewöhnlich 12 V beträgt, ist da
her ein Strom von etwa 400 A erforderlich, wodurch die
Batterie stark belastet wird.
Insbesondere wird beim Anlassen des Motors beim An
laßvorgang die Batteriebelastung hoch, so daß dann, wenn
gleichzeitig Energie einer Heizvorrichtung zugeführt wird,
die Ausgangsspannung der Batterie besonders stark absinkt,
wodurch der Motor möglicherweise nicht angelassen wer
den kann.
Die DE 22 51 631 beschreibt ein Verfahren zur Reini
gung von Abgas, bei der ein Abgasreiniger mittels eines
Schalters elektrisch mit einem Akkumulator verbunden wer
den kann. In Abhängigkeit von einer mit einem Thermostat
gemessenen Temperatur kann der Abgasreiniger elektrisch
vom Akkumulator abgetrennt werden. Auch bei dieser Vor
richtung ergibt sich jedoch das Problem, daß insbesondere
bei einem möglicherweise gleichzeitig mit einem Katalysa
torheizvorgang durchgeführten Anlaßvorgang des Motors
eine besonders hohe Batteriebelastung auftritt, durch die die
Batteriespannung absinkt, was wiederum zur Folge haben
kann, daß der Motor nicht angelassen werden kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Energieversor
gung von Kraftfahrzeugteilen sicherzustellen und eine über
mäßige Verringerung der Ausgangsspannung einer Batterie
zu verhindern, wenn elektrische Energie einem Verbraucher
zugeführt wird.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine Energiever
sorgungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
Damit kann die Energieversorgungsvorrichtung für Kraft
fahrzeugteile irgendwelche nachteiligen Wirkungen auf den
Motorbetrieb während eines Motoranlaßvorgangs verhin
dern. Die Energieversorgungsvorrichtung kann somit eine
übermäßige Verringerung der Ausgangsspannung einer Bat
terie selbst dann verhindern, wenn elektrische Energie ei
nem Heizelement zugeführt wird, um hierdurch einen ord
nungsgemäßen Motoranlaßvorgang zu jeder Zeit sicherzu
stellen.
Die Energieversorgungsvorrichtung weist weiterhin eine
Verstärkungseinrichtung auf, die zwischen die Steu
ereinrichtung und den ersten Schalter geschaltet ist, um das
von der Steuereinrichtung an den ersten Schalter gelieferte
Steuersignal zu verstärken.
Die Verstärkungseinrichtung weist eine zwischen die Steuerein
richtung und den ersten Schalter geschaltete Treiberschal
tung auf, um den ersten Schalter in Reaktion auf das Steuer
signal von der Steuereinrichtung einzuschalten, wobei die
Treiberschaltung mit der Ausgangsspannung mit der Ener
gieversorgungseinrichtung betrieben wird. Weiter weist die
Verstärkungsvorrichtung eine Spannungserhöhungsschal
tung auf, die zwischen die Energieversorgungsein
richtung und die Treiberschaltung geschaltet ist, um die
Ausgangsspannung der Energieversorgungseinrichtung zu
erhöhen, die der Treiberschaltung zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichne
risch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus
welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Energieversor
gungsvorrichtung für Kraftfahrzeugteile gemäß einer bevor
zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 1 eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen
beschrieben. Die in Fig. 1 dargestellte Energieversorgungs
vorrichtung für Kraftfahrzeugteile weist eine Energieversor
gungseinrichtung P auf, eine Heizeinrichtung in Form einer
elektrischen Heizvorrichtung 3, die an die Energieversor
gungseinrichtung P angeschlossen ist, um ein nicht darge
stelltes Kraftfahrzeugteil zu erhitzen oder zu erwärmen,
welches auf einem Kraftfahrzeug angebracht ist, einen er
sten Schalter 5 in Form eines Ein/Aus-Schalters, der zwi
schen die Energieversorgungseinrichtung P und die Heiz
einrichtung 3 geschaltet ist, um die Energieversorgung von
der Energieversorgungseinrichtung P zur Heizvorrichtung 3
wahlweise ein- und auszuschalten. Ein Temperatursensor 4
ist auf dem Kraftfahrzeugteil oder in dessen Nähe ange
bracht, um dessen Temperatur zu messen, und erzeugt ein
Ausgangssignal T, wenn die gemessene Temperatur höher
ist als ein vorbestimmter Wert. Eine Steuereinrichtung in
Form einer Steuerschaltung 6 ist so angeschlossen, daß sie
das Ausgangssignal T von dem Temperatursensor 4 emp
fängt, um auf dieser Grundlage den ersten Schalter 5 zu
steuern.
Bei dieser Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 3 an
dem Generator 1 und die Batterie 2 über den ersten Schalter
5 angeschlossen, der auf die nachstehend beschriebene
Weise durch die Steuerschaltung 9 gesteuert wird.
Wenn die Temperatur des Kraftfahrzeugteils, beispiels
weise eines Katalysators, der die von dem Motor des Kraft
fahrzeugs ausgestoßenen Auspuffgase reinigt, nicht niedrig
ist (also höher ist als ein vorbestimmter Wert), wird von dem
Temperatursensor 4 kein Ausgangssignal T erzeugt, und da
her erzeugt die Steuerschaltung 6 ein Steuersignal C in Form
eines Ausschaltsignals für den Schalter 5, der hierdurch aus
geschaltet wird. Wenn aus irgendeinem Grund die Heizvor
richtung zufällig kurzgeschlossen wird, wird daher in die
sem Zustand von der Energieversorgungseinrichtung P an
die Heizvorrichtung 3 keine Energie geliefert, wodurch ein
verschwenderischer Energieverbrauch verhindert wird. Aus
praktischen Gründen stellt allerdings in dieser Situation der
Kurzschluß der Heizvorrichtung 3 einen nicht normalen Zu
stand dar, der beseitigt werden sollte. Daher ist, obwohl dies
nicht gezeigt ist, die Heizvorrichtung 3 mit einem Kurz
schlußsensor versehen, um einen Kurzschlußstrom in der
Heizvorrichtung 3 festzustellen, so daß dann, wenn der Sen
sor diesen Zustand feststellt, ein - nicht gezeigter - Alarm
betätigt wird, um einen derartigen, nicht normalen Zustand
anzuzeigen.
Weiter weist die Energieversorgungseinrichtung P einen
Generator in Form einer Lichtmaschine 1 auf, und eine erste
und eine zweite Energiespeichereinrichtung in Form einer
ersten oder Hauptbatterie 2 und einer zweiten oder Hilfsbat
terie 7, die an die Lichtmaschine 1 angeschlossen sind, um
hierdurch während des Betriebs des Motors aufgeladen zu
werden. Ein zweiter Schalter in Form eines Abschalters oder
eines Unterbrechungsschalters 8 ist zwischen die Lichtma
schine 1 und die zweite Batterie 7 sowie zwischen die erste
Batterie 2 und einen ersten Schalter in Form eines Ein/Aus-
Schalters 5 geschaltet, um die elektrischen Verbindungen
zwischen diesen Teilen zu steuern. Daher ist der zweite
Schalter 8 parallel zur ersten Batterie 2 und in Reihe mit der
Lichtmaschine 1 über den ersten Schalter 8 geschaltet, und
wird durch ein Abschaltsignal gesteuert, welches von einer
Steuereinrichtung B auf der Grundlage eines Anlaßsignals
K von einem nicht gezeigten Anlaßsensor erzeugt wird, um
selektiv die zweite Batterie 2 von der Lichtmaschine 1 und
der ersten Batterie 2 abzutrennen. Der erste Schalter 50 wird
durch ein Steuersignal C gesteuert, welches von der Steuer
schaltung 6B erzeugt wird, auf der Grundlage eines Tempe
ratursignals T von einem Temperatursensor 4, um selektiv
die Energieversorgung der Heizvorrichtung 3 von der zwei
ten Batterie 7 als auch die Energieversorgung von der Licht
maschine 1 und der ersten Batterie 2 über den zweiten
Schalter 8 zu steuern.
Der Betriebsablauf dieser Ausführungsform erfolgt wie
nachstehend angegeben. Wenn die Temperatur eines Kraft
fahrzeugteils, beispielsweise eines Katalysators, welches
durch die Heizvorrichtung 3 erwärmt oder erhitzt werden
soll, nicht niedrig ist (also höher als ein vorbestimmter Wert
ist), wird von dem Temperatursensor 4 kein Ausgangssignal
T erzeugt, und daher erzeugt die Steuerschaltung 6B ein
Steuersignal C in Form eines Ausschaltsignals für den er
sten Schalter 5, der hierdurch ausgeschaltet wird.
Wenn andererseits die Temperatur des Kraftfahrzeugteils
unter den vorbestimmten Wert absinkt, erzeugt der Tempe
ratursensor 4 ein Ausgangssignal T, auf dessen Grundlage
die Steuerschaltung 6B ein Steuersignal C in Form eines
Einschaltsignals für den ersten Schalter 5 erzeugt, der hier
durch geschlossen wird. Dies führt dazu, daß elektrische
Energie von der zweiten Batterie 7 an die Heizvorrichtung 3
über den ersten Schalter 5 geliefert wird, unabhängig von
dem Zustand des zweiten Schalters 8.
Weiterhin erzeugt beim Empfang eines Anlaßsignals K,
welches ein Anlassen des Motors anzeigt, die Steuerschal
tung 6 ein Ausschaltsignal S für den zweiten Schalter 8, der
hierdurch ausgeschaltet wird, wodurch die zweite Batterie 7
und die Heizvorrichtung 3 von der Lichtmaschine 1 und der
ersten Batterie 2 abgetrennt werden. Dies führt dazu, daß die
Belastung der Lichtmaschine 1 und der ersten Batterie 2 ver
ringert wird, was es beispielsweise gestattet, daß die erste
Batterie 2 allein an einen - nicht dargestellten - Anlasser
motor elektrische Energie liefert. Daher sinkt während des
Anlassens des Motors die Ausgangsspannung der ersten
Batterie 2 nicht übermäßig oder auf abnorme Weise ab, wo
durch ein ordnungsgemäßes Anlassen des Motors sicherge
stellt wird. Zu diesem Zeitpunkt versorgt die zweite Batterie
7 weiterhin die Heizvorrichtung 3 über den ersten Schalter 5
mit Energie, so daß die Heizvorrichtung 3 das Kraftfahr
zeugteil ordnungsgemäß auf einen Wert oberhalb einer be
stimmten erforderlichen Temperatur erhitzen kann, was
keine Probleme mit sich bringt.
Wenn nach Beendigung des Motoranlaßvorgangs eine
vorbestimmte Zeit verstrichen ist, so stellt der - nicht ge
zeigte - Anlaßsensor keinen Anlaßstrom fest und erzeugt
kein Ausgangssignal. Dies führt dazu, daß die Steuerschal
tung 6B kein Ausschaltsignal S erzeugt, wodurch der zweite
Schalter 8 eingeschaltet wird, um die zweite Batterie 7 und
die Heizvorrichtung 3 mit der Lichtmaschine 1 und der er
sten Batterie 2 zu verbinden. In diesem Zustand wird Ener
gie von der Lichtmaschine 1 und der ersten Batterie 2 zu
sätzlich zu der von der zweiten Batterie 7 geliefert, wodurch
die Heizfähigkeit und die Leistung der Heizvorrichtung 3
wesentlich vergrößert wird. Dies führt dazu, daß das Kraft
fahrzeugteil auf die erforderliche Temperatur in kurzer Zeit
wirksam aufgeheizt werden kann. Nachdem das Kraftfahr
zeugteil die geforderte Temperatur erreicht hat, erzeugt der
Temperatursensor 3 kein Ausgangssignal T mehr, und daher
wird der erste Schalter 5 wiederum durch die Steuerschal
tung 6B ausgeschaltet, um die Energieversorgung der Heiz
vorrichtung 3 zu unterbrechen. Wenn der Motor nicht in Be
trieb ist, so erzeugt die Lichtmaschine 1 keine Ausgangslei
stung, und es ist nicht wünschenswert, daß die zweite Batte
rie 7 an die erste Lichtmaschine 1 und die erste Batterie 2
angeschlossen ist. Zu diesem Zweck erzeugt, wenn der Mo
tor anhält, die Steuerschaltung 6B ein Abschaltsignal S, um
den zweiten Schalter 8 auszuschalten.
Eine Verstärkungseinrichtung kann zwischen die Steuer
schaltung 6 und den ersten Steuerschalter 5 in Form eines N-
MOSFET geschaltet sein, um das Steuersignal T zu verstär
ken, welches von der Steuerschaltung 6 dem Steuerschalter
5 zugeführt wird. Die Verstärkungseinrichtung ist wie nach
stehend angegeben aufgebaut. Eine Treiberschaltung ist
zwischen die Steuerschaltung 6 und den ersten Schalter 5
geschaltet, um den ersten Schalter 5 in Reaktion auf ein
Steuersignal C von der Steuerschaltung 6 einzuschalten. Die
Treiberschaltung wird mit einer Ausgangsspannung der
Energieversorgungseinrichtung P betrieben, welche die
Lichtmaschine 1 und die Batterie 2 umfaßt.
Bei der voranstehenden Anordnung wird die Ausgangs
spannung der Batterie 2, selbst wenn sie nach dem Einschal
ten des Schalters 5 abgesunken ist, ordnungsgemäß durch
die Spannungserhöhungsschaltung erhöht, auf eine geeig
nete hohe Spannung, die dann als eine Betätigungsspannung
an das Steuer-Gate des Schalters 5 durch die Treiberschal
tung angelegt wird, um den ordnungsgemäßen Betrieb des
Schalters 5 aufrechtzuerhalten. Daher kann der Schalter 5
seinen ordnungsgemäßen Betrieb aufrechterhalten, nach
dem der Schalter 5 geschlossen wurde, sodaß die Heizvor
richtung 3 kontinuierlich mit elektrischer Energie von der
Batterie 2 über den normal arbeitenden Schalter 5 versorgt
werden kann.
Zwar weist bei der voranstehenden Beschreibung der
Schalter 5 die Form eines Halbleiterschalters auf, beispiels
weise eines MOSFET, jedoch kann er auch als mechani
scher Schalter ausgebildet sein, der einen stationären Kon
takt und einen beweglichen Kontakt aufweist, und der elek
trisch durch ein Ausgangssignal C von der Steuerschaltung
6 über die Treiberschaltung betätigt wird.
Claims (1)
- Energieversorgungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit
- a) einem von dem Motor angetriebenen Generator (1);
- b) einer ersten (2) und einer zweiten (7) Energiespeichereinrichtung (2, 7), die an den Generator (1) anschließbar sind, so dass sie während des Betriebs des Motors mit elektrischer Energie geladen werden;
- c) einer mit einem Generator und der ersten und zweiten Energiespeichereinrichtung (2, 7) verbindbaren Heizeinrichtung (3);
- d) einem ersten Schalter (5), der zwischen dem Generator und der ersten und zweiten Energiespeichereinrichtung (2, 7) und der Heizvorrichtung (3) angeordnet ist, um die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung (3) ein- und abzuschalten;
- e) wobei die erste Energiespeichereinrichtung (2) an den Generator (1) und über den ersten Schalter (5) und einen zweiten Schalter (8) an die Heizeinrichtung (3) anschließbar ist;
- f) die zweite Energiespeichereinrichtung (7) über den ersten Schalter (5) an die Heizeinrichtung (3) anschließbar ist;
- g) der zweite Schalter (8), der durch die Steuereinrichtung (6B) gesteuert wird (Signal S), zwischen dem Generator (1) und der zweiten Energiespeichereinrichtung (1) und der zweiten Energiespeichereinrichtung (7) sowie zwischen der ersten Energiespeichereinrichtung (2) und dem ersten Schalter (5) angeordnet ist; und
- h) dieser zweite Schalter (8) einen Ausschalter aufweist, der durch die Steuerschaltung während des Anlassens des Motors ausgeschaltet wird, um die elektrische Verbindung zwischen der ersten Energiespeichereinrichtung und der Heizeinrichtung zu unterbrechen; wobei
- i) weiterhin eine Verstärkungseinrichtung vorgesehen ist, die zwischen die Steuereinrichtung und den ersten Schalter geschaltet ist, um das von der Steuereinrichtung dem ersten Schalter zugeführte Steuersignal zu verstärken; und
- j) die Verstärkungseinrichtung aufweist:
- 1. eine Treiberschaltung, die zwischen die Steuereinrichtung und den ersten Schalter geschaltet ist, um den ersten Schalter in Reaktion auf das Steuersignal von der Steuereinrichtung einzuschalten, wobei die Treiberschaltung durch eine Ausgangsspannung der Energieversorgungseinrichtung betrieben wird; und
- 2. eine Spannungserhöhungsschaltung, die zwischen die Energieversorgungseinrichtung und die Treiberschaltung geschaltet ist, um die Ausgangsspannung der Energieversorgungseinrichtung, die der Treiberschaltung zugeführt wird, zu erhöhen.
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