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DE10232207A1 - Elektrisches Versorgungssystem für Motorstarter - Google Patents

Elektrisches Versorgungssystem für Motorstarter

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DE10232207A1
DE10232207A1 DE10232207A DE10232207A DE10232207A1 DE 10232207 A1 DE10232207 A1 DE 10232207A1 DE 10232207 A DE10232207 A DE 10232207A DE 10232207 A DE10232207 A DE 10232207A DE 10232207 A1 DE10232207 A1 DE 10232207A1
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Germany
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capacitor
battery
voltage
starter
charging
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DE10232207A
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Masahiko Osada
Mikio Saito
Masaru Kamiya
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

Elektrisches Energieversorgungssystem für Motorstarter bzw. Anlasser, welches einen Kondensator (2, 3) umfasst. Dieser Kondensator wird durch eine Batterie (1) über einen Ladeschaltkreis mit Widerständen (7, 8, 12, 13) zur Ladung des Kondensators über die Teilung einer Spannung der Batterie über die Widerstände aufgeladen. Dieser Kondensator wird an den Anlasser entladen über einen Ladeschaltkreis, welcher eine Ladespannung des Kondensators zusätzlich zu der Batteriespannung liefert. Wenn der Anlasser angetrieben wird, wird die Verbindung von dem Kondensator von dem Ladeschaltkreis zu dem Entladeschaltkreis über eine Steuereinheit ECU (4) und Schaltrelais (11, 14) umgeschaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energieversorgungssystem für Motorstarter, das eine Batterie und einen Kondensator umfaßt.
  • Ein Motorstarter, oft auch Anlasser genannt, erfordert einen hohen Starterstrom, wenn damit das Anlassen eines Fahrzeugmotors angetrieben wird. Dieser große Starterstrom verringert die Batteriespannung in einem Fahrzeug, die notwendig ist um die Antriebsperiode des Startermotors bzw. Anlassers anzutreiben. Bei einem Fahrzeug, welches ein Wirtschaftlichkeitsbetriebs-System (Leerlauf-Stopp-System) aufweist, welches den Motorbetrieb bei Halt an Ampeln oder Verkehrsstauungen zum Benzinverbrauch und zur Abgasreduzierung automatisch stoppt, nimmt die Batteriespannung ab, wenn beim erneuten Anlassen der Anlasser angetrieben werden soll und dabei wird auch das elektrische Betriebssystem negativ beeinflußt, wie z. B. ein Navigationssystem oder ein Audiosystem des Fahrzeugs.
  • Es wurde daher bereits vorgeschlagen, ein elektrisches Energiesystem (Kondensator) ausschließlich für den Anlasser und zusätzlich zur Batterie oder einer Reserveenergiequelle (Kondensator) für jede elektrische Vorrichtung in dem Fahrzeug zu schaffen. Dabei muß jedoch eine Vielzahl von Kondensatoren vorgesehen werden für jeweils den Starter und die elektrischen Vorrichtungen, weil jeder Kondensator nur eine beschränkte Kapazität aufweist. Als Ergebnis dieser Lösung muß die elektrische Energiequelle groß dimensioniert werden und eine Steuereinheit zur Ladung jedes Kondensators wird sehr aufwendig, was in einem Anwachsen der Kosten resultiert.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Energieversorgungssystem für Anlasser zu schaffen, welches den Spannungsabfall in der Batterie durch einen kleinen Kondensator kompensiert.
  • Demgemäß weist die vorliegende Erfindung ein elektrisches Energieversorgungssystem für einen Anlasser auf, welches einen Kondensator umfaßt. Dieser Kondensator wird durch eine Batterie über einen Ladeschaltkreis geladen, der Widerstände umfaßt, die den Kondensator durch Teilung der Batteriespannung über die Widerstände lädt. Dieser Kondensator wird an den Anlasser durch einen Entladeschaltkreis entladen, der an den Anlasser die Ladespannung des Kondensators zusätzlich zu der Batteriespannung entlädt. Wenn der Starter angelassen wird, wird die Verbindung des Kondensators von dem Ladeschaltkreis auf den Entladeschaltkreis umgeschaltet.
  • Der Ladeschaltkreis umfaßt vorzugsweise einen Reihenwiderstand, der mit der Batterie in Serie über den Kondensator verbunden ist, um einen Ladestrom an den Kondensator zu begrenzen und ferner einen Parallelwiderstand, der parallel mit dem Kondensator verbunden ist und in Serie mit dem Serienwiderstand liegt, um die an den Kondensator angelegte Batteriespannung zu teilen. Die Widerstände haben entsprechende Widerstandswerte, die ein Spannungsteilerverhältnis bestimmen, welches eine Kondensatorspannung liefert, die die Verringerung der Batteriespannung zum Zeitpunkt des Anlassens des Motors kompensiert.
  • Das Vorstehende und andere Vorteile, Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen besser dargestellt. In den Zeichnungen zeigen
  • Fig. 1 ein Schaltkreisdiagramm eines elektrischen Energieversorgungssystem für einen Anlasser; und
  • Fig. 2 ein Flußdiagramm, das den Kontrollvorgang von einer ECU, gemäß Fig. 1 zeigt.
  • Ein elektrisches Energieversorgungssystem für einen Anlasser, wie in Fig. 1 gezeigt, wird in ein Fahrzeug eingebaut, das ein Wirtschaftlichkeitsbetriebs-System aufweist. Das Wirtschaftlichkeitsbetriebs-System stoppt den Fahrzeugmotorbetrieb bei einem Halt an einer Kreuzung oder größeren Verkehrsstauungen automatisch und startet danach mit einem Anlassermotor automatisch den Fahrzeugmotorbetrieb erneut. Dieses Energieversorgungssystem hat zusätzlich zu der Speicherbatterie 1 einen ersten Kondensator 2, einen zweiten Kondensator 3, eine elektrische Steuereinheit ECU 4, welche das Wirtschaftlichkeitsbetriebs-System steuert, einen Startermotor bzw. Anlasser (elektrische Last) 5 zum Antrieb eines Motors (nicht gezeigt) und andere elektrische Schaltkreise. Der Anlasser weist eine Feldspule 5a und eine Ankerwicklung 5b auf und ist an einen elektromagnetischen Schalter 9 angeschlossen.
  • Der erste Kondensator 2 ist für die elektrische Energieversorgung für den Anlasser 5 ausgelegt. Dieser Kondensator 2 ist mit einem ersten Ladeschaltkreis verbunden, der den Kondensator 2 über die Batterie 1 lädt. Der erste Kondensator 2 ist auch an einen ersten Entladeschaltkreis angeschlossen, der die Kondensatorspannung des Kondensators 2 an den Anlasser 5 anlegt und dabei zusätzlich zu der Spannung der Batterie 1 die gespeicherte Ladung des Kondensators 2 entlädt.
  • Der erste Ladeschaltkreis weist Widerstände 7 und 8 auf, welche in Serie mit der Batterie 1 verbunden sind. Der Widerstand 7 ist auch in Serie mit dem Kondensator 2 verbunden, um den Ladestrom des Kondensators 2 zu begrenzen. Der Widerstand 8 ist parallel mit dem Kondensator 2 verbunden, um die Ladespannung des Kondensators 2 durch Teilung der Batteriespannung mit dem Widerstand 7 zu bestimmen.
  • Der erste Entladeschaltkreis weist ein erstes Schaltrelais 11 auf, das die Batterie 1 mit dem ersten Kondensator 2 in Serie mit dem Anlasser 5 verbindet. Dieser Entladeschaltkreis entlädt die gespeicherte Spannung des Kondensators 2 an den Startermotor 5, wenn der elektromagnetische Schalter 9 und das erste Schaltrelais 11 eingeschaltet sind, d. h., wenn der Motorkontakt 10 durch Energiezufuhr an die Zylinderspule 9a in dem elektromagnetischen Schalter 9 betätigt wird und ein Relaiskontakt 11b an den EIN-Anschluß 11c durch Energiezufuhr an die Relaisspule 11a in dem ersten Schaltrelais 11 eingeschaltet wird.
  • Der zweite Kondensator 3 ist zur elektrischen Energieversorgung an eine elektrische Vorrichtung (elektrische Last) 6, wie z. B. ein Navigationssystem oder ein Audiosystem, vorgesehen. Dieser Kondensator 3 ist mit einem zweiten Ladeschaltkreis verbunden, der den Kondensator 3 über die Batterie einlädt. Der Kondensator 3 ist auch mit einer zweiten Entladeeinheit verbunden, welche die Kondensatorspannung des Kondensators 3 durch Entladung der gespeicherten Ladung des Kondensators 3 zusätzlich zu der Spannung in der Batterie 1 an die elektrische Vorrichtung 6 legt.
  • Der zweite Ladeschaltkreis hat Widerstände 12 und 13 in Serie mit der Batterie 1 verbunden. Der Widerstand 12 ist in Serie mit dem Kondensator 13 verbunden, um den Ladestrom des Kondensators 3 zu begrenzen. Der Widerstand 13 ist parallel zu dem Kondensator 3 verbunden, um die Ladespannung des Kondensators 3 durch Teilung der Batteriespannung mit dem Widerstand 12 zu bestimmen.
  • Der zweite Entladeschaltkreis weist ein zweites Schaltrelais 14 auf, das die Batterie 1 und den zweiten Kondensator 3 mit der elektrischen Vorrichtung 6 in Serie durch einen Vorrichtungsschalter 17 verbindet, wenn das zweite Schaltrelais 14 eingeschaltet ist, d. h., wenn ein Relaiskontakt 14b eingeschaltet wird an einen EIN- Anschluß 14c durch Energiezufuhr an die Relaisspule 14a in dem zweiten Schaltrelais 14.
  • Die Spannungsteilungsverhältnisse zwischen den Widerständen 7 und 8 in dem ersten Ladeschaltkreis und zwischen den Widerständen 12 und 13 in dem zweiten Ladeschaltkreis werden so gewählt, daß die gespeicherte Ladung in den Kondensatoren 2 und 3 den Abfall der Batteriespannung zu dem Zeitpunkt kompensieren kann, wenn das Anlassen des Anlassers zum Start des Motors beginnt.
  • Das oben beschriebene elektrische Energieversorgungssystem arbeitet wie nachfolgend beschrieben: wenn ein Zündschalter 15 über einen Starteranschluß 15a durch den Fahrer eines Fahrzeugs eingeschaltet wird, um den Motor anzulassen, dann wird die Relaisspule 16a des Starterrelais 16 mit Energie versorgt, um einen Relaisschalter 16b zu schließen. Dadurch versorgt das Starterrelais 16 eine Schalterspule 9a des elektromagnetischen Schalters 9, um den Motorkontakt 10 einzuschalten. Wenn das erste Schaltrelais 11 durch die ECU 4 ausgeschaltet wird, d. h., wenn der Relaiskontakt 11b in Kontakt mit den AUS-Anschluß 11d in Kontakt ist, dann ist nur die Batterie 1 betriebsgemäß mit dem Anlasser 5 verbunden (Erregerspule 5a bzw. Feldspule und Ankerspule 5b) um elektrische Energie an den Anlasser 5 nur von der Batterie 1 zu liefern.
  • Andererseits, wenn das erste Schaltrelais 11 durch die ECU 4 eingeschaltet wird, d. h., der Relaiskontakt 11b wird so geschaltet, daß er an den EIN-Anschluß 11c anliegt, wobei die Batterie 1 und der erste Kondensator 2 betriebsgemäß an den Starter 5 in Serie liegen um elektrische Energie sowohl durch die Batterie 1 als auch durch den Kondensator 2 zu liefern. Da jedoch der Kondensator 2 nicht genügend Ladung sofort nach dem Einschalten des Zündungsschalters 15 an den ST-Anschluß durch Handbetätigung des Fahrzeugführers speichert, wird das Schaltrelais 11 in dem Ausschaltzustand durch die ECU 4 gehalten. Solange das Relais 11 ausgeschaltet bleibt, liegt der erste Kondensator 2 parallel zu dem Anlasser 5 und wird durch die Batterie 1 geladen bis zu der Spannung, die durch das Verhältnis der Widerstände von den Widerständen 7 und 8 bestimmt sind.
  • Im Falle das der Vorrichtungsschalter 17 eingeschaltet ist, nachdem der Zündschalter 15 an den ST-Anschluß eingeschaltet wird, wird nur die Batterie 1 an die elektrische Vorrichtung 6 über eine Diode 18 verbunden, wenn das zweite Schalterrelais 14 durch die ECU 4 zu ihrem Ausschaltzustand gesteuert wird, d. h. wenn der Relaiskontakt 14b in Kontakt mit dem AUS-Anschluß 14d ist.
  • Wenn andererseits das zweite Schaltrelais 14 durch die ECU 4 zu ihrem Ausschaltzustand gesteuert wird, d. h. wenn der Relaiskontakt 14b in Kontakt mit dem EIN-Anschluß 14c ist, dann werden sowohl die Batterie 1 und der Kondensator 3 in Serie mit der elektrischen Vorrichtung 6 verbunden. Da jedoch der Kondensator 3 nicht genügend Ladung aufweist, wenn der Zündschalter 15 von Hand durch den Fahrzeugführer an den ST-Anschluß 15a geschaltet wird, ist das Relais 14 normalerweise in seinem Ausschaltzustand gesteuert. In diesem Falle wird der zweite Kondensator 3 parallel mit der elektrischen Vorrichtung 6 verbunden, um den zweiten Ladeschaltkreis zu bilden und wird durch die Batterie 1 zu der Spannung geladen, welche durch das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände 12 und 13 bestimmt ist.
  • Die ECU 4 steuert, wie in Fig. 2 gezeigt, automatisch elektrische Energie zur Versorgung des Anlassers 5, wenn der Motor erneut gestartet werden soll, nachdem er automatisch bei einer Ampelkreuzung oder bei größeren Verkehrstaus gestoppt worden ist.
  • Die ECU 4 erkennt zuerst ein Motorneustart-Anforderungssignal als Schritt S10. Dieses Signal kann erzeugt werden, wenn das Beschleunigungspedal bzw. Gaspedal durch den Fahrzeugführer niedergedrückt wird. Die ECU 4 schaltet dann das Startrelais 16 ein, zuerst durch Einschalten des Relais 11 und zweitens durch Einschalten des Relais 14 durch die Energiezuführung zu den Relaisspulen 16a, 11a und 14a über die Batterie 1 bei den Stufen S11, S12 bzw. S13.
  • Wenn das Startrelais 16 und das erste Schaltrelais 11 eingeschaltet werden, dann wird der elektromagnetische Schalter 9 mit Energie versorgt und sowohl die Batterie 1 und der erste Kondensator 2 werden in Serie mit dem Anlasser 5 verbunden. So wird der erste Kondensator 2 von dem ersten Ladeschaltkreis zu dem ersten Entladeschaltkreis geschaltet. Da der Kondensator 2 geladen wurde, bevor der Motor automatisch gestoppt worden ist, kann der Anlasser 5 leicht zum Motorneustartbetrieb über den Entladevorgang des ersten Kondensators 2 zusätzlich zur normalen Energie von der Batterie 1 angetrieben werden.
  • In ähnlicher Weise kann beim Einschalten des zweiten Schaltrelais 14 sowohl die Batterie 1 und der zweite Kondensator 3 miteinander in Serie zu der elektrischen Vorrichtung 6 geschaltet werden. Auf diese Weide wird die elektrische Vorrichtung 6 in die Lage versetzt in Normalbetrieb zu arbeiten, sogar dann, wenn die Batteriespannung während des Anlasserbetriebes abfällt, weil der Kondensator 3 den Spannungsabfall kompensiert.
  • Die ECU 4 erkennt dann den Motorneustart bei Stufe S14 durch Überwachung der Motorrotationsgeschwindigkeit. Die ECU 4 schaltet das Anlasserrelais 16, dann das erste Schaltrelais 11 und das zweite Schaltrelais 14 bei den Schritten S15, S16 bzw. S17 aus, um dadurch den automatischen Motorneustartbetrieb zu vervollständigen. Sowohl die Kondensatoren 2 und 3 werden in jeweils entsprechende Ladeschaltkreise geschaltet um wieder für den nächsten Entladevorgang geladen zu sein.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist es bevorzugt den automatischen Motorstoppbetrieb des Wirtschaftlichkeitsbetrieb-Systems abzuschalten, wenn die Kondensatoren 2 und 3 noch nicht ausreichend geladen sind. Dies ist notwendig, weil der Motor automatisch neugestartet werden muß ohne Mangel mit ausreichender elektrischer Energie von Batterie und den Kondensatoren.
  • Wie oben beschrieben werden, wenn der Motor durch den Anlasser 5 gestartet wird, sowohl der Anlasser 5 und die elektrische Vorrichtung 6 mit zusätzlichen Kondensatorspannungen von den Kondensatoren 2 und 3 zusätzlich zu der Spannung der Batterie 1 versorgt. Als ein Ergebnis davon werden der Anlasser 5 und die elektrische Vorrichtung 6 nicht gegenseitig nachteilig durch den Abfall der Batteriespannung beeinflusst, wenn der Anlasser 5 betätigt wird. Die Kondensatoren 2 und 3 werden so begrenzt, daß sie ausreichende Kapazitäten aufweisen, die notwendig sind um den Spannungsabfall zu kompensieren. Daher kann die Zahl und die Größe der Kondensatoren vorteilhafterweise reduziert werden.

Claims (5)

1. Elektrisches Energieversorgungssystem für eine elektrische Last (5, 6) eines Fahrzeugs, mit einer Batterie (1) welches umfasst:
einen Kondensator (2, 3);
einen Ladeschaltkreis einschließlich Widerständen (7, 8, 12, 13), welcher den Kondensator (2, 3) durch Teilung einer Spannung der Batterie (1) über die Widerstände lädt;
einen Entladeschaltkreis, welcher an die elektrische Last (5, 6) eine Ladespannung des Kondensators (2, 3) zusätzlich zu der Batteriespannung (1) anlegt; und
Steuermittel (4, 11, 14), welche die Verbindung des Kondensators (2, 3) von dem Ladeschaltkreis zu dem Entladeschaltkreis schaltet.
2. Elektrisches Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, bei welchem der Ladeschaltkreis umfasst:
einen Serienwiderstand (7, 12), der mit der Batterie (1) in Serie mit den Kondensator (2, 3) zur Ladestrombegrenzung zu dem Kondensator (2, 3) verbunden ist; und
einen Parallelwiderstand (8, 13), der parallel zu dem Kondensator (2, 3) und in Serie mit dem Serienwiderstand (7, 12) zur Teilung der Spannung der Batterie (1), welche an den Kondensator (2, 3) angelegt wird, verbunden ist, wobei die Widerstände (7, 8, 12, 13) entsprechende Widerstandswerte aufweisen, welche ein Spannungsteilungsverhältnis bestimmen, welches eine Kondensatorspannung liefert, mit welcher der Abfall der Spannung an der Batterie (1) zum Zeitpunkt des Anlassens der Maschine kompensierbar ist.
3. Elektrisches Energieversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem:
die Steuermittel (4, 11, 14) ein Schaltrelais (11, 14) aufweisen, welches wahlweise den Kondensator (2, 3) an die Ladeeinheit bzw. an die Entladeeinheit verbindet und eine Steuereinheit (4), welche den Schaltvorgang des Schaltrelais (11, 14) steuert; und
die Steuereinheit (14) das Schaltrelais (11, 14) zum Schalten der Verbindung des Kondensators (2, 3) von dem Ladeschaltkreis zu dem Entladeschaltkreis schaltet, wenn der Motor automatisch erneut gestartet wird, nachdem er automatisch gestoppt wurde.
4. Elektrisches Energieversorgungssystem nach Anspruch 3, bei welchem die Steuereinheit (4) das automatische Anhalten des Motors abschaltet, während der Kondensator (2, 3) zu einem vorbestimmten Pegel aufgeladen wird.
5. Elektrisches Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem:
die elektrische Last (5, 6) einen Motorstarter (5) und eine von dem Motorstarter (5) verschiedene elektrische Vorrichtung (6) umfasst; und
der Kondensator (2, 3), der Ladeschaltkreis und der Entladeschaltkreis jeweils für den Motorstarter (5) und die elektrische Vorrichtung (6) vorgesehen sind.
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