DE19929305A1 - Electrical energy transfer device, especially starting aid, is suitable for connection between starter devices of 2 machines, especially motor vehicles, with equal or different supply voltages - Google Patents
Electrical energy transfer device, especially starting aid, is suitable for connection between starter devices of 2 machines, especially motor vehicles, with equal or different supply voltagesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieübertragungsvor richtung, insbesondere eine Starthilfevorrichtung zum Gewähren von Starthilfe für Maschinen, insbesondere für Kraftfahrzeug maschinen.The invention relates to an electrical energy transmission direction, in particular a jump start device to grant starting aid for machines, in particular for motor vehicles machinery.
Maschinen, insbesondere zukünftige Kraft-Fahrzeuge werden neben dem üblichen 12 V-Bordspannungsnetz mindestens ein weiteres Bord spannungsnetz, vorzugsweise mit einer höheren Nennspannung auf weisen. Die heutigen 12 V-Bordspannungsnetze basieren auf einem Bleiakkumulator mit sechs in Reihe geschalteten Akkumulatorzel len, von denen jede eine Nennspannung von ca. 2,33 V besitzt. In sofern handelt es sich bei dem im allgemeinen Sprachgebrauch "12 V-Bordspannungsnetz" genannten Bordspannungsnetz eigentlich um ein 14 V-Bordspannungsnetz. Aus diesem Grund wird abweichend vom allgemeinen Sprachgebrauch im folgenden vom 14 V-Bordspan nungsnetz die Rede sein.Machines, especially future motor vehicles, will be next the usual 12 V electrical system, at least one other board voltage network, preferably with a higher nominal voltage point. Today's 12 V on-board voltage networks are based on one Lead accumulator with six accumulator cells connected in series len, each of which has a nominal voltage of approx. 2.33 V. In if it is in general usage "12 V electrical system" actually called the electrical system around a 14 V electrical system. For this reason it will be different from general usage in the following from the 14 V on-board chip network.
Immer höhere elektrische Anschlußleistungen verschiedener Ver braucher im Kraft-Fahrzeug führen bei einer festgelegten Bord spannung von 14 V zwangsläufig zu immer höheren Strömen, so daß die stromführenden Kabel immer größere Leitungsquerschnitte auf weisen müssen, um eine unzulässige Leitungserwärmung und damit eine Zunahme der Verlustleistungen zu verhindern.Ever higher electrical connected loads of different ver Consumers in the motor vehicle drive on a fixed board voltage of 14 V inevitably to ever higher currents, so that the current-carrying cables have ever larger wire cross-sections have to point to an impermissible line heating and thus prevent an increase in power loss.
Damit aufgrund der weiter steigenden elektrischen Leistungen der elektrischen Verbraucher, zum Beispiel dem Motorstarter und der elektrisch betriebenen Scheibenheizungen, die hierdurch auftre tenden Ströme in vertretbaren Grenzen bleiben, werden zukünftig Kraft-Fahrzeuge mit einem zweiten zusätzlichen Bordspannungsnetz mit einer Bordspannung von 42 V zumindest für die Hochstromver braucher ausgerüstet werden. Ein solches Bordspannungsnetz von 42 V Nennspannung besitzt unter anderem einen Akkumulator.Because of the increasing electrical power of the electrical consumers, for example the motor starter and the electrically operated disc heaters, which occur as a result currents will remain within reasonable limits, will be in the future Motor vehicles with a second additional electrical system with an on-board voltage of 42 V at least for the Hochstromver need to be equipped. Such an on-board voltage network from 42 V nominal voltage has, among other things, an accumulator.
Aus Platzgründen kann davon ausgegangen werden, daß derartige Kraft-Fahrzeuge mit zwei Bordnetzspannungen mit nur einem Gene rator versehen sind, der entweder eine Nennausgangsspannung von 14 V oder vorzugsweise von 42 V aufweist und jeweils den dieser Ausgangsspannung entsprechenden Bordakkumulator direkt sowie den anderen Bordakkumulator indirekt über einen Gleichspannungswand ler lädt. Hat der Fahrzeuggenerator eine Nennausgangsspannung von 14 V, so wird der 42 V-Akkumulator mittels einem DC/DC-Auf wärtsspannungswandler geladen. Bei einer Generatorausgangsspan nung von 42 V erfolgt das Laden des 14 V-Akkumulators mittels ei nes DC/DC-Abwärtsspannungswandlers. Derartige DC/DC-Spannungs wandler sind bekannt.For reasons of space it can be assumed that such Motor vehicles with two electrical system voltages with only one gene rator are provided with either a nominal output voltage of 14 V or preferably 42 V and each of these Output voltage corresponding on-board accumulator directly as well as the other on-board accumulator indirectly via a DC voltage wall l invites. The vehicle generator has a nominal output voltage of 14 V, the 42 V battery is powered by a DC / DC-up forward voltage converter loaded. With a generator output chip With a voltage of 42 V, the 14 V battery is charged using an egg DC / DC step-down converter. Such DC / DC voltage converters are known.
Ein DC/DC-Abwärtsspannungswandler 100 gemäß Fig. 13 für eine Eingangsspannung U1 und eine Zielausgangsspannung U2 < U1 besitzt einen ersten Eingangsanschluß 101 und einen zweiten Eingangs anschluß 102. Der Anschluß 101 besitzt Massepotentential, der Anschluß 102 ein gegenüber dem Anschluß 101 um +U1 höheres Potential, so daß zwischen den Anschlüssen 101 und 102 eine Spannung U1 anliegt. Der Anschluß 102 ist mit einem Schalteingang 103 eines Leistungsschalters LS1, z. B. mit dem Drain-Anschluß eines Feldeffekttransistors (FET) verbunden. Ein Schaltausgang 104 des Leistungsschalters LS1, z. B. der Source-Anschluß eines Feldeffekttransistors ist mit der Kathode einer Diode D100 ver bunden, deren Anode auf Massepotential liegt.A DC / DC step-down voltage converter 100 according to FIG. 13 for an input voltage U 1 and a target output voltage U 2 <U 1 has a first input connection 101 and a second input connection 102 . The connection 101 has ground potential, the connection 102 has a potential higher than the connection 101 by + U 1 , so that a voltage U 1 is present between the connections 101 and 102 . The connection 102 is connected to a switching input 103 of a circuit breaker LS 1 , for. B. connected to the drain of a field effect transistor (FET). A switching output 104 of the circuit breaker LS 1 , for. B. the source terminal of a field effect transistor is ver connected to the cathode of a diode D 100 , the anode of which is at ground potential.
Ein Steueranschluß 105 des Leistungsschalters LS1, z. B. der Gate- Anschluß eines Feldeffekttransistors ist mit einer Taktgeber schaltung 106 verbunden. Diese Taktgeberschaltung 106 steuert den Leistungsschalter LS1 über dessen Steueranschluß 105 abwech selnd derart an, daß während einer Zeit t100 die Anschlüsse 103 und 104 leitend verbunden sind (LS1 ist geschlossen) und während einer Zeit t200 nicht leitend verbunden sind (LS1 ist geöffnet). A control terminal 105 of the circuit breaker LS 1 , for. B. the gate terminal of a field effect transistor is connected to a clock circuit 106 . This clock generator circuit 106 alternately controls the circuit breaker LS 1 via its control connection 105 such that the connections 103 and 104 are conductively connected during a time t 100 (LS 1 is closed) and are not conductively connected during a time t 200 (LS 1 is opened).
Zwischen dem Anschluß 104 und der Anode der Diode D100 geht eine Leitung ab, welche mit einem ersten Ende einer Spule L100 ver bunden ist, deren anderes Ende einen Ausgangsanschluß 107 des DC/DC-Abwärtsspannungswandlers bildet. Der Ausgangsanschluß 107 weist ein Potential U2 auf. Ein zweiter Ausgangsanschluß 108 liegt auf Massepotential, so daß zwischen den Ausgangsanschlüs sen 107, 108 eine Spannung U2 anliegt. Parallel zu den Anschlüs sen 107, 108 ist ein Kondensator C100, z. B. ein Elektrolytkon densator geschaltet. An den Anschlüssen 107, 108 ist ein Lastwi derstand R100 anschließbar.Between the terminal 104 and the anode of the diode D 100 , a line goes out, which is connected to a first end of a coil L 100 , the other end of which forms an output terminal 107 of the DC / DC step-down voltage converter. The output terminal 107 has a potential U 2 . A second output terminal 108 is at ground potential, so that a voltage U 2 is present between the output terminals 107 , 108 . In parallel with the connections 107 , 108 , a capacitor C 100 , e.g. B. switched an electrolytic capacitor. A load resistance R 100 can be connected to the connections 107 , 108 .
Ein derartiger DC/DC-Abwärtsspannungswandler funktioniert wie
folgt:
Während einer Zeitspanne t100 ist der Leistungsschalter LS1 ge
schlossen. Somit liegt an der Spule L100 eine Spannung U1-U2 an.
Es stellt sich ein Strom I100 durch die Spule L100 und die Last R100
ein. Abhängig von der Last R100 und der Höhe des Stromes I100 fällt
an dieser die Spannung U2 ab. Während der Zeitspanne t100 nimmt
die Spule L100 Energie auf. Nach der Zeit t100 wird der Leistungs
schalter LS1 für eine Dauer von t200 sperrend geschaltet. Während
dieser Zeitspanne t200 gibt die Spule L100 die während der Zeit t100
gespeicherte Energie wieder ab. Dies geschieht unter Beibehal
tung der Stromrichtung und der Stromhöhe durch die Spule L100, so
daß ein Strom I200, der während der Zeit t200 durch die Last und
die Diode D100 fließt, nach Größe und Richtung gleich dem I100 ist.
Folglich liegt unter Vernachlässigung der Schwellenspannung der
Diode D100 an der Spule L100 während der Zeit t200 eine Spannung von
-U2 an.Such a DC / DC buck converter works as follows:
The circuit breaker LS 1 is closed during a period t 100 . A voltage U 1 -U 2 is therefore present at the coil L 100 . A current I 100 arises through the coil L 100 and the load R 100 . Depending on the load R 100 and the magnitude of the current I 100 , the voltage U 2 drops there. During the period t 100 , the coil L 100 absorbs energy. After the time t 100 , the circuit breaker LS 1 is switched off for a period of t 200 . During this time t 200 , the coil L 100 releases the energy stored during the time t 100 . This is done while maintaining the current direction and the current level through the coil L 100 , so that a current I 200 , which flows through the load and the diode D 100 during the time t 200 , is equal to the size and direction of the I 100 . Consequently, neglecting the threshold voltage of the diode D 100, a voltage of -U 2 is present at the coil L 100 during the time t 200 .
Da die Ströme I100 während der Zeit t100 und I200 während der Zeit t200 nach Größe und Richtung gleich sind, stellt das Produkt aus der Zeit t100 und der währenddessen an der Spule L100 anliegenden Spannung U1-U2 ein Maß für die gespeicherte Energie in der Spu le L100 während der Zeit t100 dar. Diese gespeicherte Energie ist gleich der während der Zeit t200 mit einer an der Spule L100 ab fallenden Spannung U2 abgegebenen Energie. Since the currents I 100 during time t 100 and I 200 during time t 200 are the same in terms of size and direction, the product of time t 100 and the voltage U 1 -U 2 applied to coil L 100 are a measure for the stored energy in the coil L 100 during the time t 100. This stored energy is equal to the energy emitted during the time t 200 with a voltage U 2 falling off the coil L 100 .
Folglich gilt: t100 × (U1-U2) = t200 × U2 und somit für das Tast verhältnis t100/t200 = U2 : (U1-U2), welches an der Taktgeber schaltung 106 in Abhängigkeit der Eingangsspannung U1 und der zu erzeugenden Ausgangsspannung U2 eingestellt wird.Consequently, the following applies: t 100 × (U 1 -U 2 ) = t 200 × U 2 and thus for the duty cycle t 100 / t 200 = U 2 : (U 1 -U 2 ), which is dependent on the clock circuit 106 the input voltage U 1 and the output voltage U 2 to be generated is set.
Ein DC/DC-Aufwärtsspannungswandler gemäß Fig. 14 für eine Ein gangsspannung U1' und eine gegenüber U1' größere Zielausgangs spannung U2' besitzt einen ersten Eingangsanschluß 201 und einen zweiten Eingangsanschluß 202. Der Anschluß 201 besitzt Massepo tential, der Anschluß 202 ein gegenüber dem Anschluß 201 um +U1' höheres Potential, so daß zwischen den Anschlüssen 201 und 202 eine Spannung von U1' anliegt.A DC / DC step-up voltage converter according to FIG. 14 for an input voltage U 1 'and a target output voltage U 2 ' larger than U 1 'has a first input connection 201 and a second input connection 202 . The connection 201 has ground potential, the connection 202 has a higher potential than the connection 201 by + U 1 ', so that a voltage of U 1 ' is present between the connections 201 and 202 .
Der Anschluß 202 ist mit einem ersten Ende einer Spule L200 ver bunden, deren anderes Ende mit einem Schalteingang 203 eines Leistungsschalters LS2, z. B. mit dem Drain-Anschluß eines Feld effekttransistors verbunden ist. Ein Schaltausgang 204 des Lei stungsschalter LS2 z. B. der Source-Anschluß eines Feldeffekt- Transistors liegt auf Massepotential. Ein Steueranschluß 205 des Leistungsschalters 2, z. B. der Gate-Anschluß eines Feldeffekt transistors ist mit einer Taktgeberschaltung 206 verbunden. Die se Taktgeberschaltung arbeitet analog zu der Taktgeberschaltung 106 des Abwärtsspannungswandlers 100 gemäß Fig. 8, so daß der Leistungsschalter LS2 während der Zeit t100' geschlossen und wäh rend der Zeit t200' geöffnet ist.The connection 202 is connected to a first end of a coil L 200 , the other end of which has a switching input 203 of a circuit breaker LS 2 , for. B. is connected to the drain of a field effect transistor. A switching output 204 of the Lei circuit breaker LS 2 z. B. the source connection of a field effect transistor is at ground potential. A control terminal 205 of the circuit breaker 2 , e.g. B. the gate terminal of a field effect transistor is connected to a clock circuit 206 . This clock circuit works analogously to the clock circuit 106 of the step-down voltage converter 100 according to FIG. 8, so that the power switch LS 2 is closed during the time t 100 'and open during the time t 200 '.
Zwischen dem zweiten Ende der Spule L200 und dem Schalteingang 203 geht eine Leitung ab, welche mit der Anode einer Diode D200 verbunden ist. Die Kathode der Diode D200 ist mit einem ausgangs seitigen Anschluß 207 verbunden, welche ein Potential von U2' aufweist. Ein weiterer ausgangsseitiger Anschluß 208 besitzt Massepotential, so daß zwischen den Anschlüssen 207 und 208 eine Spannung von U2' herrscht. An die Anschlüsse 207, 208 ist eine Last R200 anschließbar. Parallel zu den Anschlüssen 207 und 208 ist ein kapazitives Element C200, z. B. ein Elektrolytkondensator geschaltet. A line goes out between the second end of the coil L 200 and the switching input 203 and is connected to the anode of a diode D 200 . The cathode of the diode D 200 is connected to an output-side connection 207 , which has a potential of U 2 '. Another output-side connection 208 has ground potential, so that there is a voltage of U 2 'between the connections 207 and 208 . A load R 200 can be connected to the connections 207 , 208 . In parallel with the connections 207 and 208 , a capacitive element C 200 , e.g. B. switched an electrolytic capacitor.
Ein derartiger DC/DC-Aufwärtsspannungswandler funktioniert wie
folgt:
Während der Zeitspanne t100' ist der Leistungsschalter LS2 ge
schlossen. Es f ließt ein Strom I100' durch die Spule L200, welche
währenddessen Energie speichert. An der Spule fällt eine Span
nung von U1' ab. Nach Ablauf der Zeit t100' ist der Leistungs
schalter LS2 während einer Zeit t200' geöffnet. Während dieser
Zeitspanne gibt die Spule L200 ihre gespeicherte Energie wieder
ab. Dies geschieht unter Beibehaltung der Stromrichtung und der
Stromhöhe durch die Spule L200, so daß ein Strom I200', der während
der Zeit. t200' durch die Last R200 und die Diode D200 fließt, nach
Größe und Richtung gleich dem Strom I100' ist. Folglich liegt an
der Spule L200 unter Vernachlässigung der Schwellenspannung der
Diode D200 an der Spule L200 während der Zeit t200 eine Spannung U2'
an, die sich aus der Last R200 und dem durch diese fließenden
Strom I200' ergibt.Such a DC / DC step-up converter works as follows:
During the period t 100 ', the circuit breaker LS 2 is closed. A current I 100 'flows through the coil L 200 , which in the meantime stores energy. A voltage of U 1 'drops at the coil. After the time t 100 ', the circuit breaker LS 2 is open for a time t 200 '. During this period, the coil L 200 releases its stored energy again. This is done while maintaining the current direction and the current level through the coil L 200 , so that a current I 200 'that during the time. t 200 'flows through the load R 200 and the diode D 200 , is equal in size and direction to the current I 100 '. Consequently, there is at the coil L 200, neglecting the threshold voltage of the diode D 200 to the coil L 200 during the time t200 a voltage U 2 'to which and from the load R 200 through this current I flowing 200' results.
Da die Ströme I100' während der Zeit t100 ' und I200' während der Zeit t200' nach Größe und Richtung gleich sind, stellt das Pro dukt aus der Zeit t100' und der währenddessen an der Spule L200 abfallenden Spannung U1'-U2' ein Maß für die gespeicherte Ener gie in der Spule L200 dar. Diese Energie wird während der Zeit t200' und einer währenddessen an der Spule anliegenden Spannung U2' wieder abgegeben. Folglich gilt: t100' × (U1'-U2') = t200' × U2' und für das Tastverhältnis t100': t200' = U2' : U1'-U2', welches an der Taktgeberschaltung 106 in Abhängigkeit der Ein gangsspannung U1' und der zu erzeugenden Ausgangsspannung U2' eingestellt wird.Since the currents I 100 'during the time t 100 ' and I 200 'during the time t 200 ' are the same in size and direction, the product of the time t 100 'and the voltage U which drops across the coil L 200 during this time 1 '-U 2 ' represents a measure of the stored energy in the coil L 200. This energy is emitted again during the time t 200 'and a voltage U 2 ' applied to the coil in the meantime. Hence: t 100 '× (U 1 ' -U 2 ') = t 200 ' × U 2 'and for the duty cycle t 100 ': t 200 '= U 2 ': U 1 '-U 2 ', which is the clock circuit 106 is set as a function of the input voltage U 1 'and the output voltage U 2 ' to be generated.
Soll beispielsweise eine Maschine, insbesondere ein Kraft-Fahr zeug mit einem 42 V-Bordspannungsnetz einem Kraft-Fahrzeug mit einem 14 V-Bordspannungsnetz aufgrund eines entleerten Akkumula tors Starthilfe gewähren oder von einem solchen empfangen, so ist ein direktes Parallelschalten der beiden Akkumulatoren mit handelsüblichen Starthilfekabeln nicht möglich, da ein solches direktes Koppeln unzulässig hohe Ausgleichsströme zur Folge hät te und eine oder beide Akkumulatoren bzw. die Starthilfekabel beschädigt oder gar zerstört werden könnten. Zudem besteht für den Bediener erhöhte Verletzungs- bzw. Verbrennungsgefahr. Au ßerdem gestaltet sich die Handhabung der bisher üblichen Einzel starthilfekabel mit Krokodilklemmen kompliziert, da derartige Einzelstarthilfekabel zur Parallelschaltung der Starterakkumula toren keinen wirksamen Schutz gegen Verpolung oder Kurzschluß bieten. Zudem ist eine Verunsicherung der Bediener bezüglich der Anschlußreihenfolge der Starthilfekabel feststellbar.For example, a machine, especially a motor vehicle with a 42 V vehicle electrical system a 14 V on-board voltage network due to an empty battery Grant tors start aid or receive from such, so is a direct parallel connection of the two batteries with commercially available jump leads are not possible, as such direct coupling would result in impermissibly high compensating currents te and one or both batteries or the jump leads could be damaged or even destroyed. There is also for the operator increased risk of injury or burns. Au In addition, the handling of the previously customary individual jump leads with crocodile clips complicated, because of such Single jump starter cable for parallel connection of the starter accumulator effective protection against reverse polarity or short circuit Offer. In addition, there is uncertainty among the operators regarding the Connection order of the jump leads can be determined.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Energieübertra gungsvorrichtung, insbesondere eine Starthilfevorrichtung zum Gewähren von Starthilfe für Maschinen, insbesondere für Kraft- Fahrzeugmaschinen, zu schaffen, welche eine Energieübertragung zwischen Maschinen mit gleicher oder unterschiedlicher Bordnetz spannung erlaubt und zudem einfach und sicher in der Handhabung ist.The object of the invention is an electrical energy transfer supply device, in particular a jump start device for Providing jump start for machines, especially for power Vehicle machines, which create an energy transfer between machines with the same or different electrical systems tension allowed and also easy and safe to use is.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved with a device with the features of Claim 1 solved. Advantageous configurations are in the Un marked claims.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:In the following the invention with reference to the drawing he purifies. Show it:
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der erfindungs gemäßen Energieübertragungsvorrichtung sowie schematisch einen maschinenseitigen Starthilfe stecker; Fig. 1 shows schematically an embodiment of the energy transmission device according to the Invention and schematically a machine-side jump starter;
Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines bidirektionalen DC/DC-Spannungswandlers; FIG. 2 shows the basic circuit diagram of a bidirectional DC / DC voltage converter;
Fig. 3 ein Taktzeitdiagramm des bidirektionalen DC/DC- Spannungswandlers in einem Gleichgewichtszustand mit t1 × (U1-U2) = t2 × (U2); Fig. 3 is a timing chart of the bidirectional DC / DC voltage converter in a state of equilibrium with t 1 × (U 1 -U 2) = t 2 x (U 2);
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schrägansicht; Fig. 4 shows a device according to the invention in an oblique view;
Fig. 5 eine Adaptereinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig. 5 is an adapter device for the inventive device;
Fig. 6 bis 8 je einen maschinenseitigen Starthilfestecker in einer perspektivischen Ansicht; Fig. 6 to 8 each have a machine side jumper connector in a perspective view;
Fig. 9 schematisch das Schaltbild der Adaptereinrichtun gen gemäß Fig. 5 mit einer Verpolungsschutzein richtung; FIG. 9 schematically shows the circuit diagram of the adapter devices according to FIG. 5 with a reverse polarity protection device;
Fig. 10 schematisch den Starthilfefall zwischen Maschinen mit je einem 14 V-Starterbordspannungsnetz; Fig. 10 schematically illustrates the case of starting aid between machines, each with a 14 V starter board voltage network;
Fig. 11 schematisch den Starthilfefall zwischen Maschinen mit je einem 42 V-Starterbordspannungsnetz; Figure 11 schematically shows the starting aid case between machines, each with a 42 V starter board voltage network.
Fig. 12 schematisch den Starthilfefall zwischen Maschinen mit unterschiedlichen Starterbordspannungs netzen; Fig. 12 schematically networks the starting aid case between machines with different starter board voltage;
Fig. 13 das Prinzipschaltbild eines DC/DC-Abwärtsspan nungswandlers; FIG. 13 is the schematic circuit diagram of a DC / DC step-down voltage-converter;
Fig. 14 das Prinzipschaltbild eines DC/DC-Aufwärtsspan nungswandlers. Fig. 14 shows the basic circuit diagram of a DC / DC boost voltage-converter.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energie übertragungsvorrichtung ist eine Starthilfevorrichtung 1 zum Gewähren von Starthilfe und besitzt einen ersten Leiterdraht 2, einen zweiten Leiterdraht 3 und einen dritten Leiterdraht 4, welche jeweils einendig erste Anschlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a und anderendig zweite Anschlußeinrichtungen 2b, 3b, 4b zum elek trischen Verbinden mit einem ersten Starthilfeanschluß 5, z. B. eines ersten Kraft-Fahrzeuges und einem zweiten Starthilfean schluß, z. B. eines zweiten Kraft-Fahrzeuges (nicht gezeigt) auf weisen. Der Starthilfeanschluß 5 weist korrespondierend zu den Anschlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a der Vorrichtung 1 Gegenan schlußeinrichtungen 6, 7, 8 auf.An embodiment of the electrical energy transmission device according to the invention is a starting aid device 1 for granting starting aid and has a first conductor wire 2 , a second conductor wire 3 and a third conductor wire 4 , each of which has first connection devices 2 a, 3 a, 4 a and other connection devices 2 b, 3 b, 4 b for electrical connection to a first jumper 5 , z. B. a first motor vehicle and a second Starthilfean circuit, for. B. a second motor vehicle (not shown). The jumper connection 5 has corresponding to the connection devices 2 a, 3 a, 4 a of the device 1 Gegenan connection devices 6 , 7 , 8 .
Der erste Starthilfeanschluß 5 befindet sich z. B. in einem Kraft-Fahrzeug mit einem 14 V- und einem 42 V-Bordspannungsnetz, welche ein gemeinsames Massepotential aufweisen. Die Gegenan schlußeinrichtung 8 steht mit dem Masseanschluß, die Gegenan schlußeinrichtung 7 mit dem 14 V-Bordspannungsnetz und die Gegen anschlußeinrichtung 6 mit dem 42 V-Bordspannungsnetz in Verbin dung.The first jump starter 5 is located e.g. B. in a motor vehicle with a 14 V and a 42 V vehicle electrical system, which have a common ground potential. The Gegenan connection device 8 is connected to the ground connection, the Gegenan connection device 7 with the 14 V on-board voltage network and the counter connection device 6 with the 42 V on-board voltage network.
Die Anschlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a sitzen jeweils in einem ersten Steckergehäuse 9, die Anschlußeinrichtungen 2b, 3b, 4b in einem zweiten Steckergehäuse 10.The connection devices 2 a, 3 a, 4 a each sit in a first connector housing 9 , the connection devices 2 b, 3 b, 4 b in a second connector housing 10 .
Zwischen dem Leiterdraht 2 und dessen endseitigen Anschlußein richtungen 2a, 2b sitzt jeweils ein elektrischer Schalter S1 bzw. S2. Analog zum Leiterdraht 2 befinden sich zwischen dem Leiter draht 3 und dessen endseitigen Anschlußeinrichtungen 3a, 3b elektrische Schalter S3 bzw. S4. Die Schalter S1, S2, S3, S4 sind in einem Ausgangszustand geöffnet.An electrical switch S 1 and S 2 sits between the conductor wire 2 and its end-side connecting devices 2 a, 2 b. Analog to the conductor wire 2, there are electrical switches S 3 and S 4 between the conductor wire 3 and its terminal devices 3 a, 3 b. The switches S 1 , S 2 , S 3 , S 4 are open in an initial state.
Die Schalter S1, S3 sind mechanische, elektromechanische oder elektronische Schalter, welche entweder vom Bediener händisch betätigbar sind oder nach dem Anschließen der Vorrichtung 1 an einen Starthilfestecker 5 selbsttätig schließen, wenn eine si chere Kontaktierung der Anschlußeinrichtungen 2a, 3a mit den Gegenanschlußeinrichtungen 6, 7 erfolgt ist. Derartige Schalter S1, S3 dienen zur Vermeidung von Funken während des Anschlußvor ganges der Vorrichtung 1 an einem maschinenfesten Starthilfean schluß 5. Die Schalter S2, S4 funktionieren analog zu den Schal tern S1, S3 und dienen ebenfalls der Vermeidung von Funkenbil dung.The switches S 1 , S 3 are mechanical, electromechanical or electronic switches, which can either be operated manually by the operator or automatically close after connecting the device 1 to a jumper plug 5 when a safe contacting of the connection devices 2 a, 3 a with the Counter-connection devices 6 , 7 is done. Such switches S 1 , S 3 are used to prevent sparks during the connection of the device 1 on a machine-safe Starthilfean circuit 5 . The switches S 2 , S 4 function analogously to the switches S 1 , S 3 and also serve to avoid spark formation.
Parallel zu den Leiterdrähten 2, 3, 4 ist über elektrische Ab griffe A1, A2, A3 ein bidirektional arbeitender DC/DC-Spannungs wandler 11 angeschlossen, welcher vorzugsweise in einem der Gehäuse 9 oder 10 untergebracht ist.In parallel with the conductor wires 2 , 3 , 4 , a bidirectionally operating DC / DC voltage converter 11 is connected via electrical handles A 1 , A 2 , A 3 , which is preferably accommodated in one of the housings 9 or 10 .
Der Abgriff A1 liegt nach dem Anschluß der Vorrichtung 1 an einen Starthilfeanschluß 5 auf Massepotential, der Abgriff A2 auf dem 14 V-Potential und der Abgriff A3 auf dem 42 V-Potential.The tap A 1 is after the connection of the device 1 to a jump start terminal 5 to ground potential, the tap A 2 on the 14 V potential, and the tap A 3 on the 42 V potential.
Somit herrscht zwischen den Abgriffen A1 und A3 eine Spannung U1 von 42 V DC und zwischen den Abgriffen A1 und A2 eine Spannung U2 von 14 V DC. Thus, there is between the taps A 1 and A 3, a voltage U 1 of 42 V DC and between the taps A 1 and A 2 is a voltage U 2 of 14 V DC.
Bei einem bidirektionalen DC/DC-Spannungswandler 11 gemäß der Erfindung (Fig. 2) sind parallel zu den Abgriffen A1 und A3 zwei in Reihe zueinander geschaltete Leistungsschalter T1 und T2 an geordnet. Bei Bedarf ist parallel zu den Abgriffen A1 und A3 ein kapazitives Element C1, z. B. ein Elektrolytkondensator geschal tet. Die Leistungsschalter T1 und T2 sind z. B. als Leistungsfeld effekttransistoren (FET) oder als bipolare Transistoren mit ei nem Schalteingang E1, E3 (Drain-Anschluß bzw. Collektor-Anschluß) und einem Schaltausgang E2, E4 (Source-Anschluß bzw. Emitter-An schluß) sowie einem Steueranschluß G1, G2 (Gate-Anschluß bzw. Basis-Anschluß) ausgeführt. Der Schalteingang E1 des Leistungs schalters T1 ist mit dem Abgriff A3 verbunden. Der Schaltausgang E4 des Leistungsschalters T2 steht mit dem Abgriff A1 in Verbin dung. Der Leistungsschalter T1 und der Leistungsschalter T2 sind über den Schaltausgang E2 (T1) und den Schalteingang E3 (T2) mit einander verbunden.In a bidirectional DC / DC voltage converter 11 according to the invention ( FIG. 2), two circuit breakers T 1 and T 2 connected in series to one another are arranged in parallel with taps A 1 and A 3 . If required, parallel to the taps A 1 and A 3, a capacitive element C 1, z. B. scarfed an electrolytic capacitor. The circuit breakers T 1 and T 2 are, for. B. as a power field effect transistors (FET) or as bipolar transistors with egg nem switching input E 1 , E 3 (drain connection or collector connection) and a switching output E 2 , E 4 (source connection or emitter connection) and a control connection G 1 , G 2 (gate connection or base connection). The switching input E 1 of the circuit breaker T 1 is connected to the tap A 3 . The switching output E 4 of the circuit breaker T 2 is connected to the tap A 1 . The circuit breaker T 1 and the circuit breaker T 2 are connected to one another via the switching output E 2 (T 1 ) and the switching input E 3 (T 2 ).
Die Steueranschlüsse G1, G2 der Leistungsschalter T1 und T2 sind mit einer Taktgeberschaltung 12 verbunden. Die Taktgeberschal tung 12 steuert über die Steueranschlüsse G1 und G2 die Lei stungsschalter T1 und T2 alternierend derart an, daß der Lei stungsschalter T1 während einer Zeitspanne t1 den Schalteingang E1 mit dem Schaltausgang E2 leitend verbindet. Während der Zeit spanne t1 ist der Leistungsschalter T2 (FET) nicht durchgeschal tet. Nach Ablauf der Zeit t1 ist der Leistungsschalter T1 geöff net. Zeitgleich wird der Leistungsschalter T2 über den Steuer anschluß G2 von der Taktgeberschaltung 12 für eine Zeitspanne t2 leitend geschaltet.The control connections G 1 , G 2 of the circuit breakers T 1 and T 2 are connected to a clock generator circuit 12 . The clock generator device 12 controls via the control connections G 1 and G 2 the circuit breakers T 1 and T 2 alternately so that the circuit breaker T 1 for a period of time t 1 connects the switching input E 1 to the switching output E 2 in a conductive manner. During the period t 1 , the circuit breaker T 2 (FET) is not switched through. After the time t 1 , the circuit breaker T 1 is opened. At the same time, the circuit breaker T 2 is turned on via the control connection G 2 by the clock circuit 12 for a period of time t 2 .
Mit dem Schalteingang E3 bzw. dem Schaltausgang E2 ist ein Ende einer Induktivität, z. B. einer Spule L verbunden, welche ander endig mit dem Abgriff A2 in Verbindung steht.With the switching input E 3 or the switching output E 2 is one end of an inductance, for. B. connected to a coil L, which is finally connected to the tap A 2 .
Parallel zu dem Abgriff A2 und dem Abgriff A1 ist bei Bedarf ein kapazitives Element C2, z. B. ein Elektrolytkondensator, geschal tet. Parallel to tap A 2 and tap A 1 , a capacitive element C 2 , for. B. an electrolytic capacitor, scarfed tet.
An den Abgriffen A3 und A1 liegt die Spannung U1, beispielsweise 42 V aus einem 42 V-Akkumulator 13 an. Die Spannung U2 zwischen den Abgriffen A2 und A1 stellt beispielsweise ein 14 V-Akkumulator 14 zur Verfügung.The voltage U 1 , for example 42 V from a 42 V accumulator 13, is present at the taps A 3 and A 1 . The voltage U 2 between taps A 2 and A 1 is provided, for example, by a 14 V accumulator 14 .
In Fig. 3 ist das Taktzeitdiagramm des bidirektionalen DC/DC- Spannungswandlers 11 dargestellt.In Fig. 3, the timing chart of the bidirectional DC / DC voltage converter 11 is shown.
Hierin ist qualitativ der Spannungsverlauf U über Zeit t an der
Spule L dargestellt. Während der Zeitspanne t1 liegt die Spannung
U1-U2 und während der Zeitspanne t2 liegt die Spannung U2 an.
Die Zeitspannen t1 und t2 sind mit der bzw. an der Taktgeber
schaltung 12 derart einstellbar, daß die Fläche unter der Span
nungsverlaufskurve während der Zeitspanne t1 (kreuzschraffiert)
gleich der Fläche unter Spannungsverlaufskurve während der Zeit
spanne t2 (schrägschraffiert) ist. Diese Flächen stellen ein Maß
für die in der Spule gespeicherten bzw. von dieser abgegebenen
Energie dar, so daß gilt:
The voltage curve U over time t on the coil L is shown qualitatively here. During the time period t 1, the voltage U 1 -U 2 and during the time period t 2 lies in the voltage U. 2 The periods t 1 and t 2 are adjustable with or on the clock circuit 12 such that the area under the voltage curve during the period t 1 (cross-hatched) is equal to the area under the voltage curve during the period t 2 (hatched) . These areas represent a measure of the energy stored in or released from the coil, so that:
t1 × (U1-U2) = t2 × U2.t 1 × (U 1 -U 2 ) = t 2 × U 2 .
Das Tastverhältnis t1 : t2 ergibt sich bei vorbestimmten Spannun gen U1 und U2 zu t1 : t2 = U2 : (U1-U2).The pulse duty factor t 1 : t 2 results at predetermined voltages U 1 and U 2 at t 1 : t 2 = U 2 : (U 1 -U 2 ).
Für den Einsatzfall von U1 = 42 V und U2 = 14 V ergibt sich demnach ein Taktverhältnis von t1 : t2 = 1 : 2. Liegt also zwischen den Abgriffen A1, A3 eine Spannung U1 = 42 V und zwischen den Abgrif fen A1, A2 eine Spannung von U2 = 14 V und beträgt das Taktver hältnis t1 : t2 = 1/2, so befindet sich der bidirektionale DC/DC- Spannungswandler 11 in einem Gleichgewichtszustand, d. h. durch die Spule L fließt lediglich ein Blindwechselstrom ohne Gleich stromanteil.For the application of U 1 = 42 V and U 2 = 14 V, this results in a clock ratio of t 1 : t 2 = 1: 2. So there is a voltage U 1 = 42 V between taps A 1 , A 3 and between the taps A 1 , A 2 a voltage of U 2 = 14 V and the clock ratio t 1 : t 2 = 1/2, the bidirectional DC / DC voltage converter 11 is in an equilibrium state, ie through the coil L only flows an alternating reactive current without a DC component.
In einem ersten Fall ist der Akkumulator 14 zumindest teilent laden, so daß dessen Klemmenspannung kleiner als die Ausgangs spannung U2 am DC/DC-Spannungswandler 11 ist. In diesem Fall stellt der Akkumulator 14 einen Verbraucher dar; der bidirektio nale DC/DC-Spannungswandler 11 wirkt als Abwärtsspannungswand ler, so daß der Akkumulator 14 durch den Akkumulator 13 geladen wird. Im konkreten Beispiel wird der entleerte 14 V-Akkumulator vom 42 V-Akkumulator des Starthilfespenders unter Energieabgabe geladen.In a first case, the accumulator 14 is at least partially charged, so that its terminal voltage is less than the output voltage U 2 on the DC / DC voltage converter 11 . In this case, the accumulator 14 represents a consumer; the bidirectional DC / DC voltage converter 11 acts as a down voltage wall ler, so that the battery 14 is charged by the battery 13 . In the specific example, the emptied 14 V accumulator is charged by the 42 V accumulator of the start aid dispenser while releasing energy.
Hierbei fließt während der Zeit t1 ein Strom I1 durch den leitend geschalteten Leistungsschalter T1, die hierbei Energie aufnehmen de Spule L zum zu ladenden Akkumulator 14. Während der Zeit t2, in der der Leistungsschalter T1 sperrt und der Leistungsschalter T2 leitet, treibt die Spule L unter Energieabgabe einen rich tungsgleichen und gleichgroßen Strom I2 durch den Akkumulator 14. In der Spule L liegt somit neben dem Blindwechselstrom ein Gleichstromanteil vor. Es findet ein Energietransport vom Akku mulator 13 hin zum Akkumulator 14 statt. Der entleerte Akkumula tor 14 wird somit geladen.During the time t 1, a current I 1 flows through the conductive circuit breaker T 1 , which in this case absorb energy from the coil L to the battery 14 to be charged. During the time t 2 , in which the circuit breaker T 1 is blocked and the circuit breaker T 2 is conducting, the coil L drives a current I 2 of the same direction and of the same magnitude through the accumulator 14 while releasing energy. In addition to the reactive alternating current, there is a direct current component in the coil L. There is an energy transport from the battery mulator 13 to the battery 14 instead. The empty accumulator gate 14 is thus charged.
In einem zweiten Fall ist der Akkumulator 13 zumindest teilweise entladen, so daß dessen Klemmenspannung kleiner ist als die Aus gangsspannung U1 am DC/DC-Spannungswandler 11. In diesem Fall stellt der Akkumulator 13 einen Verbraucher dar; der bidirektio nale DC/DC-Spannungswandler 11 wirkt als Aufwärtsspannungswand ler, so daß der Akkumulator 13 durch den Akkumulator 14 geladen wird. Im konkreten Beispiel wird der entleerte 42 V-Akkumulator vom 14 V-Akkumulator des Starthilfespenders unter Energieabgabe geladen.In a second case, the accumulator 13 is at least partially discharged, so that its terminal voltage is less than the output voltage U 1 on the DC / DC voltage converter 11 . In this case, the accumulator 13 represents a consumer; the bidirectional DC / DC voltage converter 11 acts as an upward voltage wall so that the battery 13 is charged by the battery 14 . In the concrete example, the empty 42 V accumulator is charged by the 14 V accumulator of the start aid dispenser while releasing energy.
Hierbei fließt während der Zeit t2 ein Strom I2 durch den leitend geschalteten Leistungsschalter T2 und die hierbei energieauf nehmende Spule L. Während der Zeit t1, in der der Leistungsschal ter T2 sperrt und der Leistungsschalter T1 leitet, treibt die Spule L unter Energieabgabe einen richtungsgleichen und gleich großen Strom I2 durch den Akkumulator 13. In der Spule L liegt somit neben dem Blindwechselstrom ein Gleichstromanteil vor. Es findet ein Energietransport vom Akkumulator 14 hin zum Akkumula tor 13 statt. Somit wird der entleerte Akkumulator 13 geladen. Here, a current I 2 flows during the time t 2 through the turned-on power switch T 2 and the case energieauf participating coil L. During the time t 1, in the ter of the power scarf T 2 blocks and the power switch T1 passes, pushes the coil L with the release of energy, a current I 2 of the same direction and of the same size through the accumulator 13 . In addition to the reactive alternating current, there is a direct current component in the coil L. There is an energy transport from the accumulator 14 to the accumulator gate 13 . The empty accumulator 13 is thus charged.
Die Stromversorgung für die Taktgeberschaltung 12 erfolgt in beiden Fällen durch den jeweils geladenen Akkumulator. Hierzu weist die Taktgeberschaltung 12 entsprechende Anschlüsse für eine 42 V- und eine 14 V-Vesorgungsspannung auf.The power supply for the clock generator circuit 12 takes place in both cases by the respectively charged accumulator. For this purpose, the clock generator circuit 12 has corresponding connections for a 42 V and a 14 V supply voltage.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Gewähren von Starthilfe gemäß Fig. 4 besitzt ein erstes Steckergehäuse 9, dessen erste Flachseite 20 die Leiterdrähte 2, 3, 4, welche zu einem mehrad rigen Kabel 21 zusammengefaßt sein können, durchgreifen. An der zweiten Flachseite 22 befinden sich die leiterdrahtendseitigen Anschlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a in einer z. B. gleichseitigen Dreiecksanordnung. Die Zuordnung der Anschlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a zu den Potentialen Masse, +14 V, +42 V erfolgt z. B. wie in Fig. 1 dargestellt. Am Steckergehäuse 9 ist zur Vermeidung von Fehlsteckungen eine Codiereinrichtung (nicht dargestellt) angebracht.A device 1 according to the invention for granting starting aid according to Fig. 4 has a first connector housing 9, the first flat side 20, the lead wires 2, 3, 4, which may be combined to form a ring Mehrad cable 21 pass through. On the second flat side 22 there are the connecting wires 2 a, 3 a, 4 a in a z. B. equilateral triangle arrangement. The assignment of the connection devices 2 a, 3 a, 4 a to the potentials ground, +14 V, +42 V takes place, for. B. as shown in Fig. 1. A coding device (not shown) is attached to the connector housing 9 in order to avoid incorrect connections.
Das zweite Steckergehäuse 10 ist analog zum ersten Steckergehäu se 9 aufgebaut und lediglich in seiner Längserstreckung etwas kürzer, da der bidirektionale DC/DC-Spannungswandler 11 in die sem Ausführungsbeispiel im Steckergehäuse 9 untergebracht ist.The second connector housing 10 is constructed analogously to the first connector housing 9 and only a little shorter in its longitudinal extent, since the bidirectional DC / DC voltage converter 11 is accommodated in the connector housing 9 in this exemplary embodiment.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Bestandteile des bidirektionalen DC/DC-Spannungswandlers 11 auf beide Gehäuse 9, 10 aufzuteilen um so gleich ausgebildete Gehäuse 9, 10 zu er möglichen. Weiterhin kann der bidirektionale DC/DC-Spannungs wandler 11 selbstverständlich auch in einem separaten Gehäuse (nicht gezeigt) untergebracht sein.Of course, it is also possible to divide the components of the bidirectional DC / DC voltage converter 11 between the two housings 9 , 10 in order to make it possible for the housings 9 , 10 to be of identical design. Furthermore, the bidirectional DC / DC voltage converter 11 can of course also be accommodated in a separate housing (not shown).
Die Anschlußeinrichtungen 2b, 3b, 4b sind im Gehäuse 10 analog zu den Anschlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a, angeordnet.The connection devices 2 b, 3 b, 4 b are arranged in the housing 10 analogously to the connection devices 2 a, 3 a, 4 a.
Der maschinenseitige Starthilfeanschluß 5 gemäß Fig. 6, 7, 8 besitzt in diesem Beispiel ein im wesentlichen zylinderförmiges Steckergehäuse 30 mit einer ersten Flachseite 31, einer zylin derförmigen Außenfläche 32 und einer zweiten Flachseite 33. Die erste Flachseite 31 dient zur Befestigung des Starthilfean schlusses 5 z. B. an einem Kraft-Fahrzeug, z. B. an einem Karosse rieteil. Die zweite Flachseite 33 ist vertieft ausgebildet, so daß die Flachseite 33 von einem dünnwandigen Ringsteg 34 umgeben ist. Innerhalb des Ringsteges 34 sind die Gegenanschlußeinrich tungen 6, 7, 9 korrespondierend zur Dreiecksanordnung der An schlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a bzw. 2b, 3b, 4b angeordnet. Der Starthilfeanschluß 5 ist zweckmäßigerweise an einer leicht zu gänglichen und von Umwelteinflüssen geschützten Stelle im Kraft- Fahrzeug, z. B. im Motor- oder Kofferraum angebracht. Die Zuord nungen der Gegenanschlußeinrichtungen 6, 7, 8 zu den Potentialen Masse, +14 V, +42 V erfolgt analog zur Zuordnung gemäß Fig. 1.The machine side jump start terminal 5 of FIG. 6, 7, 8, a substantially cylindrical plug housing 30 in this example has a first flat side 31, a zylin derförmigen outer surface 32 and a second flat side 33rd The first flat side 31 is used to attach the Starthilfean circuit 5 z. B. on a motor vehicle, for. B. rieteil on a body. The second flat side 33 is recessed, so that the flat side 33 is surrounded by a thin-walled annular web 34 . Within the ring land 34 , the Gegenanschlußeinrich lines 6 , 7 , 9 corresponding to the triangular arrangement of the connection devices to 2 a, 3 a, 4 a and 2 b, 3 b, 4 b are arranged. The jumper 5 is conveniently located in an easily accessible and protected from environmental influences in the vehicle, z. B. attached in the engine or trunk. The assignments of the counter-connection devices 6 , 7 , 8 to the potentials ground, +14 V, +42 V are carried out analogously to the assignment according to FIG. 1.
Zweckmäßigerweise sind aus Gründen der Kompatibilität die Anord nung der Anschlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a; 2b, 3b, 4b und der Gegenanschlußeinrichtungen 6, 7, 8 sowie die Raumformen der Starthilfeanschlüsse 5 fahrzeugherstellerübergreifend normiert.For reasons of compatibility, the arrangement of the connection devices 2 a, 3 a, 4 a; 2 b, 3 b, 4 b and the counter-connection devices 6 , 7 , 8 and the spatial shapes of the jump starter connections 5 are standardized across vehicle manufacturers.
Zur lage- und polungsrichtigen Positionierung der Anschlußein richtungen 2a, 3a, 4a bzw. 2b, 3b, 4b zu den Gegenanschlußein richtungen 6, 7, 8 weisen die Steckeranschluß 9, 10 sowie das Gehäuse 30 des Starthilfeanschlusses 5 korrespondierende Codie rungseinrichtungen (nicht gezeigt), insbesondere Steckcodie rungseinrichtungen auf, welche eine richtige Polung der An schlüsse 2a, 3a, 4a bzw. 2b, 3b, 4b zu den Gegenanschlußeinrich tungen 6, 7, 8 gewährleisten. Die Kontaktierung dieser Anschluß einrichtungen erfolgt in diesem Beispiel durch Verdrehen einer das Gehäuse 10 umgebende Schraubhülse 23 gegenüber dem Anschluß 5. Hierdurch werden die Anschlußeinrichtungen 2a, 3a, 4a bzw. 2b, 3b, 4b der Vorrichtung 1 mit den Anschlußeinrichtungen 6, 7, 8 eines Starthilfeanschlusses 5 axial aufeinanderzu bewegt und somit in Kontakt gebracht.For the correct position and polarity of the connection devices 2 a, 3 a, 4 a and 2 b, 3 b, 4 b to the Gegenanschlußein devices 6 , 7 , 8 have the connector 9 , 10 and the housing 30 of the jumper connector 5 corresponding Coding devices (not shown), in particular plug-in coding devices, which ensure correct polarity of the connections 2 a, 3 a, 4 a or 2 b, 3 b, 4 b to the counter-connection devices 6 , 7 , 8 . The contacting of these connection devices takes place in this example by turning a screw sleeve 23 surrounding the housing 10 relative to the connection 5 . As a result, the connection devices 2 a, 3 a, 4 a and 2 b, 3 b, 4 b of the device 1 with the connection devices 6 , 7 , 8 of a jumper connection 5 are moved axially towards one another and thus brought into contact.
Zweckmäßigerweise weist die oben genannte Verschraubung zwischen der Vorrichtung 1 und dem Starthilfeanschluß 5 eine Rasteinrich tung zur Sicherung der Verschraubung auf. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen sein. Appropriately, the above-mentioned screw connection between the device 1 and the jumper connection 5 has a locking device for securing the screw connection. If necessary, a locking device can also be provided.
Der Starthilfeanschluß 5 gemäß Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform für ein Fahrzeug mit lediglich einem Bordspannungsnetz, in die sem Fall einem 42 V-Bordspannungsnetz. Die Gegenanschlußeinrich tung 7 für das 14 V-Potential ist hierbei entfallen.The starting aid connection 5 according to FIG. 7 shows an embodiment for a vehicle with only an on-board voltage network, in this case a 42 V on-board voltage network. The Gegenanschlußeinrich device 7 for the 14 V potential is omitted here.
Der Starthilfeanschluß 5 gemäß Fig. 6 zeigt eine entsprechende Ausführungsform für ein Fahrzeug mit lediglich einem 14 V-Bord spannungsnetz ohne der Gegenanschlußeinrichtung 6.The jump start terminal 5 of FIG. 6 shows a corresponding embodiment for a vehicle with only one 14 V on-board voltage network without the counter-connection device 6.
Zweckmäßigerweise weisen die fahrzeugseitigen Starthilfean schlüsse 5 einen mit deren Gehäuse 30 verbindbaren, die Gegen anschlußeinrichtungen 6, 7, 8 abdeckenden Schutzdeckel auf, um so bei Nichtbenutzung einen Kurzschluß bzw. Verschmutzung der Gegenanschlußeinrichtungen 6, 7, 8 zu vermeiden.Expediently, the vehicle-side Starthilfean connections 5 a can be connected to the housing 30, the covering mating terminal means 6, 7, 8 protective cover on, so when not in use shorting or contamination of the mating terminal means 6, 7, 8 to be avoided.
Zur Verbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer Maschine, z. B. einem Kraft-Fahrzeug, welches nicht mit einem der vorbeschriebenen Starthilfeanschlüsse 5 ausgestattet ist, ist eine Adaptereinrichtung 40 vorgesehen. Die Adaptereinrichtung 40 weist ein Adaptergehäuse 41 auf mit einer ersten Flachseite 42 und einer gegenüberliegenden Flachseite 43. Dasjenige Ende des Gehäuses 41 mit der Flachseite 43 ist in seiner Raumform ent sprechend einem Starthilfeanschluß 5 gemäß Fig. 6 mit 2 Gegen anschlußeinrichtungen 7a, 8a (Masse = 8a, +14 V = 7a) ausge führt.To connect the device 1 according to the invention with a machine, for. B. a motor vehicle, which is not equipped with one of the above-described jump starter connections 5 , an adapter device 40 is provided. The adapter device 40 has an adapter housing 41 with a first flat side 42 and an opposite flat side 43 . That end of the housing 41 with the flat side 43 is in its spatial shape accordingly a jump starter 5 according to FIG. 6 with 2 counter connection devices 7 a, 8 a (mass = 8 a, +14 V = 7 a) leads out.
Aus dem Innenraum des Gehäuses 41 führen die Flachseite 42 durchdringend zwei Einzelleiterdrähte 44, 45, welche an ihren freien Enden Klemmeinrichtungen, z. B. handelsübliche Krokodil klemmen 46, 47 aufweisen. Die Krokodilklemmen 46, 47 dienen zum Anschluß der Adaptereinrichtung 40 an die Akkumulatorpole eines Fahrzeugs ohne einen Starthilfeanschluß 5. An das Gehäuse 41 ist die Vorrichtung 1 wie an einen Starthilfeanschluß 5 steckco diert, d. h. verpolungssicher anschließbar.From the interior of the housing 41 , the flat side 42 penetrate two individual conductor wires 44 , 45 , which have clamping devices at their free ends, e.g. B. commercially available crocodile clamps 46 , 47 . The crocodile clips 46 , 47 are used to connect the adapter device 40 to the battery poles of a vehicle without a jumper connection 5 . On the housing 41 , the device 1 is plug-in as on a jumper connection 5 , that is to say connectable with reverse polarity.
Zur Verringerung des Falschpolungsrisikos sind die Krokodilklem men 46, 47 farblich unterschiedlich ausgeführt, z. B. rot für den Anschluß am Plus-Pol und schwarz für den Anschluß am Minus- Pol.To reduce the risk of reverse polarity, the alligator clips 46 , 47 are designed in different colors, e.g. B. red for the connection to the plus pole and black for the connection to the minus pole.
Zur Vermeidung einer Falschpolung der Krokodilklemmen 46, 47 an den Akkumulatorpolen kann die Adaptereinrichtung 40, z. B. im In neren des Gehäuses 41, eine Verpolungsschutzeinrichtung 50 auf weisen.To avoid incorrect polarity of the crocodile clips 46 , 47 on the battery poles, the adapter device 40 , z. B. in the interior of the housing 41 , have a reverse polarity protection device 50 .
Eine derartige Verpolungsschutzeinrichtung 50 ist in Fig. 9 bei
spielhaft für den Anschluß an ein herkömmliches Fahrzeug mit ei
nem 14 V-Spannungsnetz gezeigt. Sie weist über Fühlerleitungen
52, 53 parallel zu Leitungen 46a, 47a, die mit den Krokodilklem
men 46 bzw. 47 verbunden sind, eine Steuereinrichtung 51 und ei
ne Leistungsschalteinrichtung 60 mit Eingängen 61, 62 auf. Die
Steuereinrichtung 51 ist über zwei weitere Fühlerleitungen 54,
55 mit Anschlußleitungen 56, 57 der Gegenanschlußeinrichtungen
7a (+14 V) bzw. 8a (Masse) verbunden. Die Anschlußleitungen 56,
57 sind mit Ausgängen 63, 64 der Leitungsschalteinrichtung 60
verbunden. Die Steuereinrichtung 51 stellt über die Fühlerlei
tungen 52, 53 die Polarität der Ausgänge 61, 62 fest und steuert
dementsprechend über Steuerleitungen St1, St2 die Leistungs
schalteinrichtung 60 wie folgt:
Such reverse polarity protection device 50 is shown in Fig. 9 at playful for connection to a conventional vehicle with egg nem 14 V voltage network. It has sensor lines 52 , 53 parallel to lines 46 a, 47 a, which are connected to the alligator clips 46 and 47 , a control device 51 and a power switching device 60 with inputs 61 , 62 . The control device 51 is connected via two further sensor lines 54 , 55 to connecting lines 56 , 57 of the mating connection devices 7 a (+14 V) and 8 a (ground). The connecting lines 56 , 57 are connected to outputs 63 , 64 of the line switching device 60 . The control device 51 determines the polarity of the outputs 61 , 62 via the sensor lines 52 , 53 and accordingly controls the power switching device 60 via control lines St 1 , St 2 as follows:
- 1. Mindestens eine der Leitungen 56, 57, 46a, 47a ist unterbro chen, so daß kein Stromfluß möglich ist.1. At least one of the lines 56 , 57 , 46 a, 47 a is interrupted, so that no current flow is possible.
- 2. Die Leitung 57 (Gegenanschlußeinrichtung 7a; +14 V) ist mit der Leitung 46a (Klemme 46) und die Leitung 56 (Gegenan schlußeinrichtung 8a; Masse) ist mit der Leitung 47a (Klemme 47) verbunden.2. The line 57 (mating connector 7 a; +14 V) is connected to the line 46 a (terminal 46 ) and the line 56 (counter connecting device 8 a; ground) is connected to the line 47 a (terminal 47 ).
- 3. Die Leitung 57 (Gegenanschlußeinrichtung 7a; +14 V) ist mit der Leitung 47a (Klemme 47) verbunden und die Leitung 56 (Ge genanschlußeinrichtung 8a; Masse) ist mit der Leitung 46a (Klemme 46) verbunden.3. The line 57 (mating connector 7 a; +14 V) is connected to the line 47 a (terminal 47 ) and the line 56 (Ge gene connector 8 a; ground) is connected to the line 46 a (terminal 46 ).
In einem Ruhezustand (oben als 1. bezeichnet) kann kein Strom fließen. Nachdem die Steuereinrichtung 51 über die Fühlerleitun gen 52, 53 bzw. 54, 55 den Anschluß und die Polarität der Klem men 46, 47 und auch den Anschluß der Gegenanschlußeinrichtungen 7a, 8a festgestellt hat, schaltet diese über die Steuerleitungen St1 und St2 die Leistungsschalteinrichtung 60 je nach Polarität der Klemmen 46, 47 im Vergleich zu den Gegenanschlußeinrichtun gen 7a, 8a in einen der Schaltzustände 2 oder 3 (vgl. oben). Dieser Schaltvorgang kann durch eine in der Steuereinrichtung 51 vorgesehene Zeitverzögerungsschaltung mit einer gewissen Ver zögerungszeit stattfinden.In an idle state (referred to as 1. above), no current can flow. After the control device 51 on the Fühlerleitun conditions 52 , 53 and 54 , 55 men the connection and the polarity of the terminals 46 , 47 and also the connection of the counter-connection devices 7 a, 8 a has determined, this switches on the control lines St 1 and St 2, the power switching device 60 depending on the polarity of the terminals 46 , 47 compared to the Gegenanschlußeinrichtun gene 7 a, 8 a in one of the switching states 2 or 3 (see. Above). This switching operation can take place by a time delay circuit provided in the control device 51 with a certain delay time.
Die vorbeschriebene Vorrichtung 1 zum Gewähren von Starthilfe
funktioniert wie folgt:
The above-described device 1 for granting jump start functions as follows:
-
1. Die Starthilfe gewährende und die Starthilfe empfangende
Maschine, z. B. ein Fahrzeug besitzen jeweils gleiche Bord
spannungsnetze für den Motorstarter (14 V-Starterspannung
(Fig. 10) oder 42 V-Starterspannung (Fig. 11)) und jeweils
einen Starthilfeanschluß 5 (nicht gezeigt in Fig. 10, 11).
In diesen Fällen wird die Vorrichtung 1 in beliebiger Rei henfolge an den Starthilfeanschlüssen 5 der beiden Fahrzeuge angeschlossen.
Falls vorhanden, werden anschließend die Schalter S3, S4 (Fig. 10) bzw. S1, S2 (Fig. 11) geschlossen. Somit sind beide Starterbordspannungsnetze direkt miteinander verbunden. Somit kann das Starthilfe empfangende Fahrzeug direkt von dem Star terbordnetz gleicher Spannung des Starthilfe gewährenden Fahrzeuges gespeist gestartet werden. Die Vorrichtung 1 funk tioniert in diesem Fall wie herkömmliche Starthilfekabel als Strombrücke; der bidirektionale DC/DC-Spannungswandler ist hierbei ohne Funktion, da am Abgriff A3 (Fig. 10) bzw. A2 (Fig. 11) keine Last angeschlossen ist.1. The starting aid granting and receiving the starting aid, z. B. a vehicle each have the same on-board voltage networks for the motor starter (14 V starter voltage ( Fig. 10) or 42 V starter voltage ( Fig. 11)) and each have a jump start connection 5 (not shown in Fig. 10, 11).
In these cases, the device 1 is connected in any order to the jumper connections 5 of the two vehicles.
If present, the switches S 3 , S 4 ( FIG. 10) or S 1 , S 2 ( FIG. 11) are then closed. Both starter on-board voltage networks are thus directly connected to one another. Thus, the vehicle receiving the jump start can be started directly from the starter electrical system of the same voltage as the jump starting vehicle. The device 1 functions in this case like conventional jump leads as a current bridge; the bidirectional DC / DC voltage converter has no function here, since no load is connected to tap A 3 ( FIG. 10) or A 2 ( FIG. 11). -
2. Die Starthilfe gewährende und die Starthilfe empfangenden
Maschinen z. B. Fahrzeuge besitzen jeweils unterschiedliche
Bordspannungsnetze für den Motorstarter (Fig. 12) und jeweils
einen Starthilfeanschluß 5 (nicht gezeigt in Fig. 12).
Auch in diesem Falle wird die Vorrichtung 1 in beliebiger Reihenfolge zunächst mit den Starthilfeanschlüssen 5 der Fahrzeuge verbunden. Anschließend werden die entsprechenden Schalter S1 bis S4 geschlossen.
Eine direkte Brückung der Starterbordspannungsnetze ist jetzt nicht gegeben. Es besitzt z. B. das spendende Fahrzeug ein 42 V-Starterbordspannungsnetz und das empfangende Fahrzeug ein 14 V-Bordspannungsnetz. In dieser Konstellation bewirkt der bidirektionale DC/DC-Spannungswandler - wie vorbeschrieben - au tomatisch ein Laden des entleerten 14 V-Akkumulators aus den 42 V-Akkumulator oder umgekehrt. Nach einer bestimmten Warte zeit ist genug Energie für einen Startvorgang in den entleer ten Akkumulator übergeleitet worden, so daß ein Startvorgang erfolgen kann. In diesem Fall wirkt die Vorrichtung 1 in der Art eines "Ladekabels" für den entleerten Akkumulator. Ein direktes Starten kann bei unterschiedlichen Bordnetzspannun gen nicht erfolgen. Zweckmäßigerweise weist die Vorrichtung 1 zur Anzeige, wann genügend Energie für einen Startvorgang übertragen wurde, z. B. optische oder akustische Signalein richtungen auf.2. The starting aid granting and receiving the starting aid z. B. Vehicles each have different on-board voltage networks for the engine starter ( FIG. 12) and each have a jump start connection 5 (not shown in FIG. 12).
In this case too, the device 1 is first connected in any order to the jump start connections 5 of the vehicles. Then the corresponding switches S 1 to S 4 are closed.
There is no direct bridging of the starter electrical systems. It has e.g. B. the donating vehicle a 42 V starter electrical system and the receiving vehicle a 14 V electrical system. In this constellation, the bidirectional DC / DC voltage converter - as described above - automatically causes the empty 14 V battery to be charged from the 42 V battery or vice versa. After a certain waiting time, enough energy for a starting process has been transferred to the empty battery so that a starting process can take place. In this case, the device 1 acts in the manner of a "charging cable" for the empty accumulator. A direct start cannot take place with different vehicle electrical system voltages. The device 1 expediently has a display to indicate when sufficient energy has been transferred for a starting process, e.g. B. optical or acoustic signal devices. -
3. Besitzt in einem der Fälle 1 oder 2 eine der Maschinen z. B.
der eines der Fahrzeuge keinen normierten Starthilfeanschluß
5, so ist an einem Ende der Vorrichtung 1 eine Adapterein
richtung 40 anzukuppeln. Sofern die Adaptereinrichtungen 40
mit einer Verpolungsschutzeinrichtung 50 ausgestattet sind,
sind diese in beliebiger Reihenfolge und Polung mit den Pol
klemmen der Starterakkus der beteiligten Maschinen zu ver
binden. Nach dem Anschluß der Vorrichtung 1 zusammen mit den
Adaptereinrichtungen 40 kann in Abhängigkeit der Starter
bordnetzspannungen der beteiligten Maschinen wie unter 1.
beschrieben, ein Direktstart erfolgen oder wie unter 2. be
schrieben ein "Laden" des entleerten Akkus stattfinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist im Falle unter schiedlicher, getrennter Massepotentiale für die Bordspan nungsnetze einer Maschine mit Mehrspannungsbordnetzen das Kabel 21 der Vorrichtung 1 einen weiteren Leiterdraht mit jeweils endseitigen Anschlußeinrichtungen für das zweite Massepotential auf. Dem entsprechend sind gegebenenfalls auch die Starthilfeanschlüsse 5 mit je einem weiteren Gegenan schlußelement versehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Schalter S1-S4 auch in den Starthil feanschlüssen 5 integriert sein.
Mit der erfindungsgemäßen elektrischen Energieübertragungs vorrichtung, insbesondere zum Gewähren von Starthilfe ist es in einfacher und verwechslungssicherer Art und Weise möglich, Starthilfe sowohl zwischen Maschinen, z. B. Fahrzeugen mit gleichem oder unterschiedlichen Bordspannungsnetz für den Motorstarter zu gewähren. Ebenso ist es möglich durch das Vorsehen einer Adaptereinrichtung die erfindungsgemäße Vor richtung auch bei Maschinen anzuwenden, welche nicht über normierte Starthilfeanschlüsse verfügen. Somit kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gewähren von Starthilfe in allen zwischen Maschinen mit einem Mehrspannungsbordnetz und Maschinen mit einem Einspannungsbordnetz auftretenden Start hilfesituationen Starthilfe gewährt werden. Die Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders einfach und für den Bediener risikofrei, da die mechanischen und elek trischen Verpolungsschutzeinrichtungen ein sicheres und rich tiges Anschließen gewährleisten.3. Has in one of the cases 1 or 2 one of the machines z. B. one of the vehicles does not have a standardized jump start 5 , then an Adapterein device 40 is to be coupled to one end of the device 1 . If the adapter devices 40 are equipped with a polarity reversal protection device 50 , these are to be connected in any order and polarity to the pole terminals of the starter batteries of the machines involved. After connecting the device 1 together with the adapter devices 40 , depending on the starter on-board voltages of the machines involved as described under 1., a direct start can take place or as described under 2. be a "charging" of the empty battery.
According to a further embodiment, in the case of different, separate ground potentials for the on-board voltage supply networks of a machine with multi-voltage on-board networks, the cable 21 of the device 1 has a further conductor wire, each with end connection devices for the second ground potential. Accordingly, the jump starter connections 5 are each provided with a further counter element.
According to a further embodiment of the device according to the invention, the switches S 1 -S 4 can also be integrated in the jumper connections 5 .
With the electrical energy transmission device according to the invention, in particular to grant jump start, it is possible in a simple and confusion-free manner, jump start both between machines, for. B. to grant vehicles with the same or different electrical system for the motor starter. It is also possible, by providing an adapter device, to also use the device according to the invention on machines which do not have standardized jump starter connections. Thus, with the device according to the invention for granting starting assistance, starting assistance situations can be granted in all starting assistance situations occurring between machines with a multi-voltage electrical system and machines with a single-voltage electrical system. The handling of the device according to the invention is particularly simple and risk-free for the operator, since the mechanical and electrical reverse polarity protection devices ensure a safe and correct connection.
Claims (48)
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