DE4223854C3 - Vorrichtung zur Energieversorgung von Kraftfahrzeugteilen - Google Patents

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)

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.