DE9007412U1 - Electrical system of a motor vehicle - Google Patents

Electrical system of a motor vehicle

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Description

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15.04.199115.04.1991

Elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeuges
BeschreibungElectrical system of a motor vehicle
Description

Die Neuerung betrifft ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeuges. Üblicherweise ist in einem Kraftfahrzeug nur eine einzige Batterie zur Versorgung der elektrischen Verbraucher vorgesehen. Diese Verbraucher benötigen eine bestimmte Mindestspannung, um ihren ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen. Insbesondere elektronische, rechnergestützte Regel- und Steuereinrichtungen des Fahrzeugs, welche beispielsweise die Kraftstoffeinspritzung zum Motor steuern, das Blockieren der Räder beim Bremsen oder das Durchdrehen der Räder beim Anfahren oder unter &mgr;-Split-Bedingungen verhindern können, könnten bei Absinken der Batteriespannung unter einen bestimmten Wert in ihrer Funktion gestört oder schlimmstenfalls außer Funktion gesetzt werden. Weiterhin wirkt sich ein zu starkes Absinken der Batterie-Spannung insofern nachteilig aus, als das vorhandene Restspannungspotential möglicherweise gar nicht mehr ausreicht, das Fahrzeug überhaupt zu starten.The innovation concerns a motor vehicle's electrical system. Usually, a motor vehicle only has a single battery to supply the electrical consumers. These consumers require a certain minimum voltage to ensure that they operate properly. In particular, electronic, computer-aided control and regulation devices in the vehicle, which, for example, control the fuel injection to the engine, prevent the wheels from locking when braking or the wheels from spinning when starting off or under μ-split conditions, could be disrupted or, in the worst case, rendered inoperable if the battery voltage drops below a certain value. Furthermore, if the battery voltage drops too much, it has a detrimental effect in that the residual voltage potential may no longer be sufficient to start the vehicle at all.

Es ist daher Aufgabe der Neuerung, im elektrischen Bordnetz des Fahrzeuges Vorkehrungen zu treffen, die zumindest ein sicheres Anlassen des Fahrzeuges bzw. dessen Verbrennungsmotors auch bei ungenügendem Ladungszustand der Batterie ermöglichen.The aim of the innovation is therefore to take precautions in the vehicle's electrical system that at least enable the vehicle or its combustion engine to be started safely even if the battery is not sufficiently charged.

Diese Aufgabe ist neuerungsgemäß durch ein elektrisches Bordnetz mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved according to the invention by an electrical on-board network with the features specified in claim 1.

Es ist dabei eine Spannungsanhebungseinrichtung vorgesehen, die eine zweite Batterie, welche mit der die Verbraucher normalerweise mit Energie versorgenden ersten Batterie in Reihe geschaltet ist, und eine Umschalteinrichtung aufweist, mittels der wenigstens zum Anlassen des Fahrzeug-Verbrennungsmotors beim Schließen des Zündstromkreises zumindest der Anlasser, gegebenenfalls auch andere Verbraucher auf das höhere Gesamtspannungspotential der beiden Batterien umschaltbar ist. Damit ist in jedem Fall, d.h. auch bei schlechtem Ladezustand der ersten Batterie, ein sicheres Anlassen des Fahrzeug-Verbrennungsmotors sichergestellt.A voltage boosting device is provided which has a second battery, which is connected in series with the first battery that normally supplies the consumers with energy, and a switching device, by means of which at least the starter, and possibly also other consumers, can be switched to the higher total voltage potential of the two batteries when the ignition circuit is closed, at least for starting the vehicle's internal combustion engine. This ensures that the vehicle's internal combustion engine can be started safely in any case, i.e. even if the first battery is not sufficiently charged.

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Vorteilhafte Einzelheiten und Ausgestaltungen der neuerungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous details and embodiments of the innovative solution are specified in the subclaims.

Nachstehend ist die neuerungsgemäße Lösung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei ist in der Zeichnung das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs weitgehend schematisiert und nur soweit für das Verständnis der Neuerung notwendig dargestellt.The solution according to the innovation is explained in more detail below using an example shown in the drawing. The vehicle's electrical system is largely schematic in the drawing and only shown to the extent necessary for understanding the innovation.

Das elektrische Bordnetz dient zur Energieversorgung einer Anzahl von fahrzeuginternen Verbrauchern Vi bis Vn, wie elektrische Steuergeräte für Kraftstoffeinspritzung, Blockierverhinderung, Antischlupfregelung, Beleuchtungen, Radio, elektrische Aggregate und dergleichen, sowie anderer Verbraucher Vx. Geliefert wird die notwendige Energie von einem Energieversorgungsteil 1, das aus einer üblichen ersten Batterie 1/1 und einer hierzu in Reihe geschalteten zweiten Batterie 1/2 besteht. Vorzugsweise sind beide Batterien jeweils auf ein Spannungspotential von 12 Volt ausgelegt. Die besagte zweite Batterie 1/2 ist Teil einer Spannungsanhebungseinrichtung, die des weiteren eine Umschalteinrichtung 2 aufweist, mittels der dem neuerungsgemäßen Zweckentsprechend wenigstens beim Schließen des Zündstromkreises die zum Anlassen des Fahrzeug-Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) nötigen, gegebenenfalls auch andere oder alle restlichen Verbraucher Vi bis Vn auf das gegenüber dem Normalfall (Spannungspotential der ersten Batterie 1/1) höhere Gesamtspannungspotential der beiden Batterien 1/1, 1/2 umschaltbar sind.The electrical system is used to supply energy to a number of internal vehicle consumers Vi to V n , such as electrical control units for fuel injection, anti-lock braking, anti-skid control, lighting, radio, electrical units and the like, as well as other consumers V x . The necessary energy is supplied by an energy supply part 1, which consists of a conventional first battery 1/1 and a second battery 1/2 connected in series with it. Both batteries are preferably designed for a voltage potential of 12 volts. The said second battery 1/2 is part of a voltage boosting device, which further comprises a switching device 2, by means of which, in accordance with the purpose of the innovation, at least when the ignition circuit is closed, the consumers Vi to V n required to start the vehicle's internal combustion engine (not shown), and possibly also other or all remaining consumers, can be switched to the total voltage potential of the two batteries 1/1, 1/2, which is higher than in the normal case (voltage potential of the first battery 1/1).

Die Umschalteinrichtung 2 stellt sich im Detail wie folgt dar. Vom Plus-Anschluß jeder der beiden Batterien 1/1, 1/2 geht eine Versorgungsleitung 3 bzw. 4 ab. In die am Spannungspotential der ersten Batterie 1/1 angeschlossene Versorgungsleitung 3 ist ein normalerweise geschlossener Schalter 5 gegeben, der von einer auf den Leistungsbedarf der Verbraucher \J\ bis Vn abgestimmten Diode 6 überbrückt ist. Die Diode 6 dient einerseits zur Potentialtrennung bzw. Kurzschlußvermeidung nach Öffnen des Schalters 5. In die am Gesamtspannungspotential der beiden hintereinandergeschalteten Batterien 1/1, 1/2 angeschlossene Versorgungsleitung 4 sind ein ebenfalls auf den Leistungsbedarf der Verbraucher Vi bis Vn abgestimmter Widerstand 7, bei dem es sich auch um eine gleichwirkende Diode handeln kann, und ein normalerweise offener Schalter 8 gegeben. Hinter den beiden Schaltern 5 bzw. 8 sind die beiden Versorgungsleitungen 3, 4 verei-The switching device 2 is shown in detail as follows. A supply line 3 or 4 leads from the positive connection of each of the two batteries 1/1, 1/2. The supply line 3 connected to the voltage potential of the first battery 1/1 contains a normally closed switch 5 which is bridged by a diode 6 matched to the power requirements of the consumers \J\ to V n . The diode 6 serves on the one hand to provide potential isolation or to prevent short circuits after the switch 5 is opened. The supply line 4 connected to the total voltage potential of the two series-connected batteries 1/1, 1/2 contains a resistor 7 which is also matched to the power requirements of the consumers Vi to V n and which can also be a diode with the same effect, and a normally open switch 8. The two supply lines 3, 4 are combined behind the two switches 5 and 8.

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nigt an der Bordnetzhauptleitung 15 angeschlossen, an der wiederum die einzelnen Verbraucher Vi bis Vn über entsprechende Zuleitungen angeschlossen sind.nigt connected to the on-board power supply main line 15, to which in turn the individual consumers Vi to V n are connected via corresponding supply lines.

Jeder der beiden Schalter 5, 8 ist von einem Relais 9 bzw. 10 betätigbar. Diese Relais 9, 10 sind über Zuleitungen 12, 13 am Ausgang des Zündschalters 11 und dieser wiederum eingangs über eine Zuleitung 14 am Gesamtspannungspotential der beiden Batterien 1/1,1/2 angeschlossen.Each of the two switches 5, 8 can be operated by a relay 9 or 10. These relays 9, 10 are connected via supply lines 12, 13 to the output of the ignition switch 11 and this in turn is connected via a supply line 14 to the total voltage potential of the two batteries 1/1,1/2.

Sobald vom Fahrer des Fahrzeugs mittels des Zündschlüssels oder durch Betätigen eines Startschalters der Zündschalter 11 und damit der Zündstromkreis geschlossen wird, werden die beiden Relais 9, 10 auf das erhöhte Gesamtspannungspotential der beiden Batterien 1/1, 1/2 gelegt, wodurch ein Öffnen des Schalters 5 und ein Schließen des Schalters 8, somit eine Unterbrechung der Versorgungsleitung 3 und ein Schließen der Versorgungsleitung 4 erwirkt wird. Auf diese Weise sind die Verbraucher während der Anlaßphase auf ein genügend hohes Spannungspotential legbar, das auch dann, wenn der Ladungszustand der ersten Batterie 1/2 schlecht ist, in jedem Fall ausreicht, um ein Starten des Fahrzeug-Verbrennungsmotors sicherzustellen. Sobald nach dem erfolgreichen Starten des Verbrennungsmotors der Zündstromkreis wieder unterbrochen wird, werden die Relais 9, 10 stromlos, die Schalter 5, 8 werden wieder in ihre Normallage (siehe Zeichnung) zurückgeschaltet. Die Verbraucher Vi bis Vn sind dann wieder an das Potential der ersten Batterie 1/1 angelegt.As soon as the driver of the vehicle closes the ignition switch 11 and thus the ignition circuit using the ignition key or by operating a start switch, the two relays 9, 10 are connected to the increased total voltage potential of the two batteries 1/1, 1/2, which causes switch 5 to open and switch 8 to close, thus interrupting the supply line 3 and closing the supply line 4. In this way, the consumers can be connected to a sufficiently high voltage potential during the starting phase, which is sufficient in any case to ensure that the vehicle's internal combustion engine starts, even if the charge state of the first battery 1/2 is poor. As soon as the ignition circuit is interrupted again after the internal combustion engine has been successfully started, the relays 9, 10 are de-energized and the switches 5, 8 are switched back to their normal position (see drawing). The consumers Vi to V n are then connected again to the potential of the first battery 1/1.

Die neuerungsgemäße Lösung bietet außerdem die Möglichkeit, durch eine schaltungsmäßige Erweiterung, die in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist, jenem Fall Rechnung zu tragen, wenn die Spannung der ersten Batterie während des Fahrzeugbetriebes auf ein zur Energieversorgung der Verbraucher Vi bis Vn ungenügendes Niveau absinkt, die Verbraucher an das erhöhte Gesamtspannungsniveau der beiden Batterien 1/1,1/2 zu legen. Zu diesem Zweck ist eine Umschaltsteuereinrichtung 16 vorzusehen, die das Spannungspotential der ersten Batterie 1/1 erfaßt, dieses mit einem festgelegten unteren Spannungsgrenzwert vergleicht und bei dessen Unterschreiten ein Relais 17 aktiviert, mit dem ein ansonsten offener Schalter 18 geschlossen, dadurch ein den Zündschalter 11 überbrückender Leitungszweig 19 geschlossen, somit die beiden Relais 9, 10 bestromt, die Schalter 5, 8 wie im Fall beim Anlassen des Vebrennungsmotors betätigt undThe innovative solution also offers the possibility of taking into account, by means of a circuit extension, which is shown in dashed lines in the drawing, the case when the voltage of the first battery drops during vehicle operation to a level that is insufficient to supply energy to the consumers Vi to V n , and connecting the consumers to the increased total voltage level of the two batteries 1/1,1/2. For this purpose, a switching control device 16 is provided which detects the voltage potential of the first battery 1/1, compares this with a specified lower voltage limit and, if the voltage falls below this limit, activates a relay 17, which closes an otherwise open switch 18, thereby closing a line branch 19 bridging the ignition switch 11, thus energizing the two relays 9, 10, actuating the switches 5, 8 as in the case of starting the internal combustion engine and

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damit die Verbraucher Vi bis Vn an das erhöhte Spannungspotential der beiden Batterien 1/1,1/2 gelegt werden.so that the consumers Vi to V n are connected to the increased voltage potential of the two batteries 1/1,1/2.

Die Umschalteinrichtung 2 kann -zusammen mit der schaltungsmäßigen Erweiterung (falls vorhanden) - als eigenständiges Bauteil realisiert an geeigneter Stelle des Fahrzeugs untergebracht, gleichermaßen aber auch mit einem einen elektrischen Verbraucher bildenden Steuergerät des Fahrzeugs, z.B. der elektronischen Motorsteuerung, zu einer Baueinheit vereinigt sein.The switching device 2 can - together with the circuit extension (if present) - be implemented as an independent component housed at a suitable location in the vehicle, but can also be combined with a control unit of the vehicle that forms an electrical consumer, e.g. the electronic engine control, to form a structural unit.

Claims (5)

1.2743 15.04.19911.2743 15.04.1991 SchutzansprücheProtection claims 1. Elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, dessen elektrische Verbraucher (Vi bis Vn) normalerweise an das Spannungspotential einer ersten Batterie (1/1) gelegt sind, mit einer elektrischen Spannungsanhebungseinrichtung,die eine zweite, mit der ersten (1/1) in Reihe geschaltete Batterie (1/2) und eine Umschalteinrichtung (2) aufweist, mittels der wenigstens beim Schließen des Zündstromkreises die zum Anlassen des Fahrzeug-Verbrennungsmotors nötigen, gegebenenfalls auch andere elektrische Verbraucher auf das höhere Gesamtspannungspotential der beiden Batterien (1/1, 1/2) schaltbar sind.1. Electrical system of a motor vehicle, the electrical consumers (Vi to V n ) of which are normally connected to the voltage potential of a first battery (1/1), with an electrical voltage increase device which has a second battery (1/2) connected in series with the first (1/1) and a switching device (2) by means of which at least when the ignition circuit is closed, the electrical consumers required to start the vehicle's internal combustion engine, and possibly also other electrical consumers, can be switched to the higher total voltage potential of the two batteries (1/1, 1/2). 2. Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1, bei dem beide Batterien (1/1,1/2) jeweils 12-Volt-Batterien sind.2. Electrical on-board network according to claim 1, in which both batteries (1/1,1/2) are each 12-volt batteries. 3. Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeweils vom Plus-Anschluß der beiden Batterien (1/1, 1/2) eine Versorgungsleitung (3,4) abgeht, wobei in der am Spannungspotential der ersten Batterie (1/1) angeschlossene Versorgungsleitung (3) ein normalerweise geschlossener Schalter (5), der von einer auf den Leistungsbedarf der Verbraucher (Vi bis Vn) abgestimmten Diode (6) überbrückt ist, und in der am Gesamtspannungspotential der beiden Batterien (1/1, 1/2) angeschlossenen Versorgungsleitung (4) ein auf den Leistungsbedarf der Verbraucher (Vi bis Vn) abgestimmter Widerstand bzw. Diode (7) sowie ein normalerweise offener Schalter (8) gegeben sind, wobei ferner jeder der beiden Schalter (5, 8) von einem Relais (9 bzw. 10) betätigbar ist, welche Relais (9, 10) zumindest beim Schließen des Zündstromkreises an das erhöhte Spannungspotential der beiden Batterien (1/1, 1/2) gelegt werden und hierdurch ein Unterbrechen der ersten Versorgungsleitung (3) durch Öffnen des Schalters (5) sowie ein Durchschalten der zweiten Versorgungsleitung (4) durch Schließen des zweiten Schalters (8) bewirken.3. Electrical on-board network according to one of the preceding claims, in which a supply line (3, 4) leads from the positive connection of each of the two batteries (1/1, 1/2), wherein in the supply line (3) connected to the voltage potential of the first battery (1/1) there is a normally closed switch (5) which is bridged by a diode (6) matched to the power requirements of the consumers (Vi to V n ), and in the supply line (4) connected to the total voltage potential of the two batteries (1/1, 1/2) there is a resistor or diode (7) matched to the power requirements of the consumers (Vi to V n ) and a normally open switch (8), wherein each of the two switches (5, 8) can be actuated by a relay (9 or 10), which relays (9, 10) are connected to the increased voltage potential of the two batteries (1/1, 1/2) at least when the ignition circuit is closed, thereby interrupting the first supply line (3) by opening the switch (5) and switching through the second supply line (4) by closing the second switch (8). 2 1.27432 1.2743 15.04.199115.04.1991 4. Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1, bei dem die Spannungsanhebungseinrichtung durch eine schaltmäßige Erweiterung auch in dem Fall nutzbar ist, wenn die Spannung der ersten Batterie (1/1) während des Fahrzeugbetriebes auf ein zur Energieversorgung der Verbraucher (Vi bis Vn) ungenügendes Niveau absinkt, die Verbraucher an das erhöhte Gesamtspannungspotential der beiden Batterien (1/1, 1/2) zu legen, wozu eine Umschaltsteuereinrichtung (16) vorgesehen ist, die das Spannungspotential der ersten Batterie (1/1) erfaßt, dieses mit einem festgelegten unteren Spannungsgrenzwert vergleicht und bei dessen Unterschreiten ein Relais (17) aktiviert, mit dem ein ansonsten offener Schalter (18) geschlossen, dadurch ein den Zündschalter (11) überbrückender Leitungszweig (19) geschlossen, somit die beiden Relais (9, 10) bestromt, die Schalter (5, 8) wie im Fall des Anlassens des Verbrennungsmotors betätigt und damit die Verbraucher (Vi bis Vn) an das erhöhte Spannungspotential der beiden Batterien (1/1, 1/2) gelegt werden. 4. Electrical on-board network according to claim 1, in which the voltage increase device can also be used by means of a switching extension in the case when the voltage of the first battery (1/1) drops during vehicle operation to a level that is insufficient to supply energy to the consumers (Vi to V n ), to connect the consumers to the increased total voltage potential of the two batteries (1/1, 1/2), for which purpose a switching control device (16) is provided which detects the voltage potential of the first battery (1/1), compares it with a specified lower voltage limit value and, if the voltage falls below this, activates a relay (17) with which an otherwise open switch (18) is closed, thereby closing a line branch (19) bridging the ignition switch (11), thus energizing the two relays (9, 10), actuating the switches (5, 8) as in the case of starting the internal combustion engine and thus connecting the consumers (Vi to V n ) to the increased voltage potential of the two batteries (1/1, 1/2). 5. Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (2), gegebenenfalls zusammen mit der etwaige vorhandenen schaltungsmäßigen Erweiterung (16, 17, 18, 19), mit einem einen elektrischen Verbraucher bildenden Steuergerät des Fahrzeuges, z.B., der Motorsteuerung, zu einer Baueinheit vereinigt ist.5. Electrical on-board network according to one of the preceding claims, wherein the switching device (2), optionally together with any existing circuit extension (16, 17, 18, 19), is combined with a control device of the vehicle forming an electrical consumer, e.g. the engine control, to form a structural unit.
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