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WO2012123203A1 - Startstrombegrenzungsvorrichtung - Google Patents

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Publication number
WO2012123203A1
WO2012123203A1 PCT/EP2012/052579 EP2012052579W WO2012123203A1 WO 2012123203 A1 WO2012123203 A1 WO 2012123203A1 EP 2012052579 W EP2012052579 W EP 2012052579W WO 2012123203 A1 WO2012123203 A1 WO 2012123203A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resistor
connection part
current
limiting device
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/052579
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Gronwald
Robert KAMPMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Auto Kabel Management GmbH
Original Assignee
Auto Kabel Management GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Auto Kabel Management GmbH filed Critical Auto Kabel Management GmbH
Priority to DE112012001231.3T priority Critical patent/DE112012001231B4/de
Publication of WO2012123203A1 publication Critical patent/WO2012123203A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0862—Circuits specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/10—Safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814—Circuits specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop

Definitions

  • the subject matter relates to a starting current limiting device having a first electrical connection part associated with a motor vehicle battery pole, a second electrical connection part assigned to a starter, and one of the first
  • Connecting part with the second connection part at least
  • Temporarily electrically connecting current control device wherein a first current path from the first connection part via the current strength control device extends to the second connection part.
  • the vehicle's internal combustion engine automatically shuts off during prolonged idle periods. If the user wants to continue, he simply presses the accelerator pedal and the engine starts automatically again. When such a warm start process called the
  • Electric starter motor of the internal combustion engine short starter or starter called, with a very high performance
  • the starter is activated in a warm start with the armature in the down position.
  • the starter is usually a series-wound motor, it comes to a short circuit on the armature winding. This leads to a very high starting current, which can be several 100 A.
  • the battery voltage at the battery poles usually breaks down at this moment. This is also described, for example, in DIN 40839, which shows the voltage curve of the vehicle electrical system voltage in a starting curve.
  • Comfort consumers such as navigation systems, car radios, telecommunications systems, air conditioners and the like, is already known in the art
  • the backup battery also increases that
  • the object of the present invention was to provide a starting current limiting device in which the effects of induced
  • This task is accomplished by a
  • One way of limiting the current is to switch a resistor in parallel with a current control device.
  • Amperage control device opened That is, immediately at the beginning of the starting operation, no current flows through the current-controlling means. As a result, the high current spikes at the beginning of the starting process can not lead to the destruction of the amperage control device.
  • the amperage control device when the amperage control device is formed of semiconductor devices, it may be at these high To avoid this, the proportion of material in the
  • the resistor flows immediately at the beginning, i. in the first 10 to 50ms of the starting process the starting current.
  • the resistor leads to a current limit, so that the
  • the amperage control device may, as mentioned, be formed of semiconductor devices. In particular, transistors as well as thyristors can be used.
  • the amperage control device may regulate the current along a first current path via the connection parts, in particular in a pulsed operation.
  • the pulsed turning on and off of the amperage control means can regulate which energy is transferred from the battery to the starter.
  • the resistor arranged in parallel with the current-intensity control device continues to carry a certain part of the total current between the battery and the starter along a second current path. Due to the pulsed switching on and off of the starter current by means of the current-intensity control device, large current fluctuations occur within the switching circuit which increases leads to very high induced voltages within the circuit.
  • Resistance and amperage control means formed resonant circuit should be as low as possible.
  • a first measure for reducing the inductance of the resonant circuit may be that a resistor connected in parallel to the current-strength control device and connecting the first connection part to the second connection part is arranged on connection parts in such a way that the resistor with a first leg is connected to the first connection part
  • the legs of the resistor span a surface which extends parallel to a surface of the resistor facing at least one connection part. In this way it can be achieved that the resistor can be guided as close as possible to the connection part. By reducing the gap between the legs and the respective terminal part, it is possible to reduce the magnetic flux between the resistor and the terminal part, resulting in a reduced inductance.
  • connection part is formed as a flat part and that through the legs
  • run Resistance and terminations substantially plane-parallel also allow this to reduce a gap between the components, which reduces the inductance of the device.
  • the surface spanned by the legs extends parallel, preferably plane-parallel, to a surface spanned between the connection parts.
  • the legs encompass at least two, preferably three sides of the current-strength control device.
  • the legs of the resistor can rewrite a unilaterally open rectangle or triangle.
  • the opening may point away from connection contacts -1-7 .Ais ch.1ULS StQ- 1 IL 6 or in the direction of the connection contacts of the
  • the current flow direction in the first current path is at least partially opposite to the current flow direction in the second current path. If the current flow directions are opposite, then the induced voltage within the resonant circuit can be reduced.
  • the first rung runs between the Connecting parts on the amperage control device. That is, current can flow from the battery to the first terminal part, from there via the amperage control means to the second terminal part and then from the second terminal part
  • the second current path also leads from the battery into the first connection part. From there, the current passes through the resistor to the second connector and further out of the second connector to the starter. It should be mentioned that purely by way of example the direction of current flow in the technical current direction, namely from the positive pole of
  • Connecting parts of an opposite current path can be realized such that the electron movement within the legs of the resistor opposite to the
  • Electron movement within the shots is. In the case of opposite current flow directions
  • a rectified current path can be such be realized that the electron movement within the legs of the resistor rectified to the
  • Electron movement within the shots is. In the case of rectified current flow directions
  • the resistor be arranged spatially in such a way to the connection parts, that in a gap between the connection parts and the resistor, the B field lines generated by the currents in the first and the second current paths at least partially opposite each other are at least partially rectified.
  • the B fields generated by the electron movement around the connection parts or around the resistance can be such that the spatial arrangement of the resistor leads to the connection parts such that the B field lines are opposite in a gap between resistor and connection parts. This leads to a reduction in the inductance of the resonant circuit of amperage control device, connection parts and
  • Control device is connected and the resistor with the amperage control device via the connection parts is electrically contacted, formed between the resistor and the amperage control device, an electrical resonant circuit. Its inductance must be as low as possible in order to keep the induced voltages as low as possible. If the B field lines are opposite to each other, the inductance of this resonant circuit can be kept low.
  • the B-field lines run at least partially antiparallel. Just then, the B-fields can at least partially cancel each other around the resistor or the connecting parts. Because in the
  • the resistor be at least partially parallel to at least one connection part
  • resistor runs at least parallel to the connection part, can by a suitable
  • Contacting the resistor can be achieved at the connection part, that the current directions within the resistor and the connection part are opposite.
  • the resistance to at least one Connecting part is arranged that one out of resistance
  • formed electrical resonant circuit has an inductance of less than 500mH, preferably less than 200mH, more preferably less than lOOmH. The smaller the inductance of the resonant circuit, the lower it is
  • the resistance is spaced apart from at least one connection part at a distance of less than 2 mm, preferably less than 1 mm, in particular less than 0.5 mm.
  • the resistance In order to keep the inductance of the resonant circuit as low as possible, the resistance must be as close as possible to the
  • connection part with an insulator powder-coated, spray painted, painted, steamed, printed, in particular by screen printing or extruded.
  • the resistor and / or at least one of the connecting parts is formed as a flat part.
  • This has the advantage that the resistance and the connection parts can be made as simple as possible.
  • the resistor can be arranged very close to the connection part, if this as well as the resistor is formed as a flat part. Then all you have to do is connect the connector to an insulator be coated and the resistor can be placed directly on the insulator. In this case, distances of less than 1mm are possible. According to an advantageous embodiment is
  • connection part a At least one connection part a
  • connection part is thus
  • the resistor is arranged over the wide, the resistance-facing surface of the flat part and separated only by an insulator of the connecting part.
  • connection part at a first end has a contact region for the resistor and at a second end has a connection contact. Since the contact area for the resistor is at an end other than the terminal contact, the current must first flow through the entire terminal to the contact area to flow into the resistor. If the resistor then again runs in the direction of the terminal contact, there is an opposite current flow direction in the resistor.
  • connection part when the resistor is parallel to the connection part, but is contacted only at the end of the connection part with this.
  • At least one terminal part at a first end has a contact area for the resistor and the same end has a terminal contact. Since the contact area for the resistor is at the same end as the terminal contact, the current flows directly from the contact area into the resistor and, in parallel, via the terminal part to the amperage control device. If the resistor then runs parallel to the connection part, the result is a rectified one
  • the current flow direction in the resistor is preferably then rectified to the direction of current flow in the connection part when the resistance is parallel to the Connecting part runs, and already at the end of the
  • Terminal contact of the connector is contacted with this.
  • the resistance extends from the contact area parallel to the connector in the direction of the terminal contact. According to an advantageous embodiment is
  • the resistor is U-shaped.
  • the long legs of the U can parallel to the respective
  • Connection parts run.
  • the short leg extends transversely to the connecting parts and thus bridges a gap formed between the connecting parts.
  • the resistor is formed V-shaped.
  • the two legs can run at an angle to the respective connection parts.
  • the current flow directions in the V-shape it is also achieved in the V-shape that the current flow directions in the V-shape.
  • Connection parts or the resistance are substantially opposite to each other.
  • the resistor is a shunt.
  • the shunt it is possible to accurately measure the voltage across the resistor and thus accurately determine the current across the resistor. With the aid of such a measurement, it is possible to detect a short-circuit condition within the battery starter circuit. In particular, if no terminal 50 signal, thus no start signal is present and
  • This separator can be activated pyrotechnically, for example.
  • Connecting parts is arranged in a housing. In this case, a secure insulation of the resistor and the connection parts is guaranteed.
  • Resistor is arranged outside a housing of the connection parts. This leads to better heat dissipation via the resistor. especially the
  • connection parts being thermally coupled to one another.
  • the thermal coupling ensured by means of the resistor makes it possible to achieve a thermal symmetrization of the connection parts. That means the temperature in the two
  • connection parts is symmetrized as possible, especially at high losses within the amperage control device. Especially in the case of starting high currents of several 100A arise in the current control device high temperatures due to electrical losses. These high temperatures must be dissipated and it is advantageous if this happens over the largest possible area. By a thermal symmetrization of the connection parts, the thermal discharge area is increased, since both connection parts can be used for heat dissipation.
  • connection parts Connecting parts parallel flat parts. Between the parallel flat parts, a gap may be formed, which may be filled with an insulator.
  • the gap between the connection parts is advantageously bridged by the resistor as well as the amperage control device.
  • the connection parts are then both the current control device as well as over the
  • resistor can lie as close as possible to the connection parts, but does not make electrical contact with them. Only in the region of a contact region can an electrical contact between resistor and
  • Connection part allows his. It is possible that the contact area in the manufacturing process with a solder paste, for example, in a screen printing process and the resistor is then soldered to the contact area.
  • connection parts are electrically contacted with the amperage control device, and preferably that the connection parts mechanically carry the amperage control device.
  • the connection parts can take on both electrical and mechanical tasks.
  • the connection parts can serve as a mechanical support for the components, preferably semiconductor components, such as transistors and thyristors of the amperage control device.
  • FIG. 1 shows an electrical equivalent circuit diagram of a
  • Fig. 2 is a schematic view of a
  • FIG. 3 is a further schematic view of a
  • Fig. 4 is an exploded view of a
  • Fig. 5 is a starting current limiting device in
  • FIG. 6 shows a detailed view of a separating device
  • 7a is a view of two connecting parts during the
  • Fig. 8c another possible arrangement of a resistor to the connecting parts after a
  • Embodiment; Fig. 9a an additional way of connecting the resistor to the connecting parts after a
  • Fig. 11 is a schematic sectional view through the
  • Fig. 12 is a schematic sectional view through the
  • Fig. 1 shows an electrical equivalent circuit diagram of a
  • Terminal contact 4 and a second terminal contact 6 has.
  • the first connection contact 4 is assigned to an electric battery 8.
  • the second connection contact 6 is assigned to an electric starter motor 10.
  • Fig. 1 shows an electrical starter circuit. The starter current flows in the starting case of the
  • the starter 10 requires a high electric power in the starting case, both the warm start and the cold start. As a result, the current in the shown circuit from the battery 8 to the starter 10 is very high. Especially in warm start, so if comfort consumers already
  • the starting current limiting device 2a is proposed.
  • the starting current limiting device 2a is made of a
  • Amperage control device 12 and a resistor 14 is formed.
  • the amperage control device 12 is preferably formed from a parallel connection of a plurality of semiconductor components, in particular a plurality of semiconductor switches, in particular a plurality of transistors operated as switches.
  • the resistor 14 is preferably a low impedance
  • Resistance which can also be suitable as a shunt for measurement purposes.
  • connection contacts 4 and 6 forms the connection contacts 4 and 6
  • Resonant circuit 13 represents and di / dt the gradient of the current.
  • the starting current limiting system 2 also has the separating device 2b, which is preferably formed as a pyrotechnic separation device.
  • the separator can also be used as a fuse or as a semiconductor switch
  • the separator 2b serves to
  • the separating device 2b is preferably
  • the trigger signal 29 may originate from an airbag control unit. It is too
  • the trigger signal is triggered depending on a voltage across the resistor 14.
  • a control circuit 28 may measure the voltage drop across the resistor 14. Via an external connection 30 can be checked, for example, whether a starter signal, in particular a terminal 50 signal is present or not. Only in the case of the start signal, a current may flow through the resistor 14, since only then the starter 10 must be supplied with power. If no start signal is detectable at the terminal 30, it can be assumed that no startup procedure
  • a trigger signal 29 can be given to the separator 2b.
  • the separator 2b separates the electrical connection between the battery 8 and the
  • Fig. 2 shows a possible arrangement of the separator 2b within the starter circuit.
  • Fig. 2 shows schematically the motor vehicle battery 8. At the positive pole of
  • a battery terminal 9 may be connected.
  • the separator 2b may be provided.
  • the separating device 2b can be formed from a first, pyrotechnic part and a second, movable part, as will be explained below.
  • the starter line 16 which the
  • Battery 8 connects to the starter 10, thus directly to the battery terminal 9 through the separator 2b
  • the entire starter line 16 is voltage and de-energized.
  • the starting current limiting device 2a can both
  • FIG. 3 shows another possible arrangement of
  • Detecting device 2b in the starter line 16 It can be seen that the separator 2b not directly to the battery terminal 9, but in the starter line 16 between battery terminal 9 and
  • FIG. 4 shows an exploded view of a possible embodiment of a starting current limiting system 2 with a starting current limiting device 2 a and a
  • Separator 2b is integrally formed with the battery terminal 9. As can be seen, the separator 2b may be equipped with a pyrotechnic squib 34.
  • the squib 34 is in a firing channel 36 in the
  • connection contact 4 can be shaped as a pot or cup 38 and introduced into the firing channel 36.
  • an ignition signal is transmitted via the line 29 to the squib 34.
  • the squib 34 explodes then and in the shot channel 36 is formed
  • the terminal 4 opens in a first connection part 26.
  • the first connection part 26 is encapsulated with a second connection part (not shown here) 24 in a housing of the starting current limiting device 2 a.
  • the second connection part not shown here
  • Terminal contact 6 protrudes out of the housing 19 just like the terminal 30.
  • the connection contact 6 is used for
  • the starter line 16 can be welded to the terminal contact 6, soldered or screwed.
  • the entire starting current limiting system 2 can be encapsulated with a housing 18, as shown in FIG.
  • an electrical support point 20 is led out of the housing 18.
  • the electrical base 20 is used to connect the electrical system of the motor vehicle to the battery terminal 9 and thus the battery 8.
  • the base 20 is not through the
  • FIG. 6 The structure of a separator 2b is shown in more detail in FIG. In Fig. 6, the battery terminal 9 is shown with the separator 2b in a partially cutaway state.
  • the pyrotechnic squib 34 is arranged in a firing channel 36.
  • the firing channel 36 is closed on the other side by the pot 38 of the terminal 4.
  • the firing channel is sealed at least in the region of the squib 34 by a housing 40.
  • the housing 40 may be molded around the firing channel 36. It can also be seen that the support point 20 from the
  • Housing 40 is led out and not over the
  • an igniter 32 can be ignited.
  • the ignition device 32 can be activated either via a signal of an airbag control unit or by a signal from the evaluation circuit 28, as already explained above.
  • Terminal 4 pressed in the direction X from the firing channel 36. An electrical connection between battery terminal 9 and terminal 6 is interrupted.
  • FIGS. 7 to 10 show semi-finished components during a manufacturing process for a
  • Start current limiting device 2a arise.
  • two flat parts preferably copper plates are arranged side by side as stamped and bent parts, as shown in Fig. 7a. Between the flat parts, the first
  • Form terminal 26 and the second terminal part 24, a gap may be filled with an insulator 25.
  • Connecting part 26 may be bent so that the
  • Terminal contact 4 angled, preferably perpendicular to the course of the first connection part 26 extends.
  • a pot 38 can be formed in the stamping bending process.
  • the terminal contact 6 may at one end of the second
  • Connecting part 24 may be formed.
  • the insulator 15 a is used to insulate the connection parts 24, 26 from the resistor 14.
  • the surface A is that surface of the flat part which will face the resistor 14.
  • 7a shows the first connection part 26, which has the connection contact 4 with the pot 38 at its first end and the contact region 27b at its second end.
  • FIG. 7 a shows the second connection part 24, which has the connection contact 6 at its first end and the contact region 27 a at its second end.
  • a solder paste can be applied to the contact regions 27a, b by means of a screen printing process.
  • connection possibility for a current control device 12 may be provided.
  • contact areas can be milled, drilled or etched into the insulator 15a at various locations.
  • Isolator 15a are placed.
  • the resistor 14 is in the example shown U-shaped, and the long legs of the resistor 14 are parallel to the respective
  • the resistor 14 rests on the insulator 15a of the connecting parts 24, 26.
  • the resistor 14 is formed as a flat part.
  • the legs of the resistor 14 span a surface which is plane-parallel to the surface A.
  • Contact areas 27 are soldered. This creates an electrical connection between the resistor 14 and the connection parts 24, 26 in the region of the contact regions 27.
  • connection parts 24, 26 and resistor 14 A cross section through the construction of connection parts 24, 26 and resistor 14 is shown in FIG. 11.
  • the resistor 14, separated by a gap 15 filled with an insulator 15a rests on the connection parts 24, 26 spaced from the connection parts 24, 26. Furthermore, the current flow directions in the
  • Resistor 14 and the respective connection part 24, 26 is opposite.
  • Connecting part 26 is an example in the plane of the drawing and in the resistor 14 in the region of the connection part 26 from the drawing level out. Conversely, this is in the region of the connection part 24, where the direction of current flow in the region of the resistor 14 points into the plane of the drawing and points out of the plane in the region of the connection part 24. This is due to the fact that the current, as can be seen in Fig. 7b, from the terminal contact 4 at one end of
  • FIG. 8a shows the first connection part 26, which has the connection contact 4 with the pot 38 at its first end and also the contact region 27b at this end. Furthermore, Fig. 8a shows the second connection part 24, which at its first end has the terminal contact 6 and also at this end the contact portion 27a.
  • the insulator 15a is applied and the contact region 27 is formed.
  • the resistor 14 is U-shaped in the example shown, and the long legs of the resistor 14 are parallel to the respective connection part 24, 26 and the short leg is perpendicular thereto.
  • the opening of the resistor points in the direction of the connection contacts 4, 6. This is exactly the opposite according to the example in FIG. 7b. There, the opening of the profile of the resistor of the connection contacts 4, 6 away. It can be seen in FIGS. 7b and 8b that the profile of the resistor 14 surrounds the amperage control device 12 on three sides.
  • a cross section through the construction of connection parts 24, 26 and resistor 14 according to FIG. 8b is shown in FIG. In FIG. 12 it can be seen that the resistor 14 is separated by a gap 15 filled with an insulator 15a
  • Connecting parts 24, 26 rests. As also shown in Fig. 11, a surface B of the resistor 14 in the direction of
  • connection part 26 is rectified.
  • the current flow direction in the connection part 26 is, for example, out of the plane of the drawing and in the resistance 14 in the region of the connection part 26 also out of the plane of the drawing. Conversely, this is in the area of the connection part 24, where the
  • the current flows along the connection part 26 into the current intensity control device 12. From the contact region 27b, the current also flows through the resistor 14 in the same direction as in the connection part 26 first to the short leg and from there to the contact region 27a. From the contact region 27a, the current flows from the resistor to the terminal contact 6. In the connection part 24, the current of the current-intensity control device 12 also flows in the direction of the
  • Field 21b are dextrorotatory.
  • the B field lines of the B fields 17, 21 are in the region of the gap of the insulator 25, preferably parallel and in the region of the gap 15, the B-fields 17a, 21b and 17b, 21a are opposite, preferably antiparallel.
  • Fig. 8c shows a similar construction as Fig. 8b, but it can be seen that the current-strength control device 12 is encapsulated with the connection parts 24, 26 in the housing 19 and the resistor 14, contacted via the
  • Fig. 9a shows a similar structure as in Fig. 8b, but here is the resistor 14 on the current-strength control device 12 facing away from the surface A '
  • Fig. 9b shows a similar construction as Fig. 8b, wherein the resistor 14 is formed here but not by a U-shaped plate, but rather as a between the
  • Fig. 10 shows the structure of the starting current limiting device 2a at a further advanced stage. It can be seen that the control circuit 28 is provided above the resistor 14. The control circuit 28 may on the one hand serve to evaluate the voltage across the resistor 14 and thus via the terminal 30, a drive signal 29 for
  • a control signal can be received in the control circuit 28, with the aid of which the semiconductor switches in the amperage control device 12 of the starting current limiting device 2a can be controlled.
  • a pulsed operation of the semiconductor switches can take place.
  • the aid of a pulse width modulated start current it is possible to regulate the electrical energy transferred from the battery 8 to the starter 10, so that the starting process of the starter 10 can be controlled.
  • control circuit 28 current control device 12 it is possible to open completely through the control circuit 28 current control device 12, so that in particular at the beginning of a startup, preferably in the first 10, 20, 30, 40 or 50ms of the current
  • Amperage control device 12 take place, wherein the semiconductor switches pulsed, in particular in a
  • pulse width modulated methods are opened and closed, so that the power also partially over the
  • Amperage control device 12 can flow. With the help of the device shown it is possible to flow.

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Abstract

Startstrombegrenzungsvorrichtung mit einem einem Kraftfahrzeugbatteriepol (9) zugeordneten ersten elektrischen Anschlussteil (26), einem einem Starter (10) zugeordneten zweiten elektrischen Anschlussteil (24), und einer das erste Anschlussteil (26) mit dem zweiten Anschlussteil (24) zumindest zeitweise elektrisch verbindenden Stromstärke- Steuerungseinrichtung (12), wobei ein erster Strompfad von dem ersten Anschlussteil (26) über die Stromstärke- Steuerungseinrichtung (12) zu dem zweiten Anschlussteil (24) verläuft. Zur Sicherung der Stromstärke-Steuerungseinrichtung (12) gegen Überströme wird vorgeschlagen, dass ein elektrisch parallel zum der Stromstärke-Steuerungseinrichtung (12) geschalteter, das erste Anschlussteil (26) mit dem zweiten Anschlussteil (24) verbindender Widerstand (14) derart mit den Anschlussteilen (24, 26) verbunden ist, dass der Widerstand (14) mit einem ersten Schenkel mit dem ersten Anschlussteil (26) kontaktiert ist und mit einem zweiten Schenkel mit dem zweiten Anschlussteil (24) kontaktiert ist und wobei eine einem Anschlussteil (24, 26) zugewandte Oberfläche eines Schenkels parallel zu einer dem Widerstand (14) zugewandten Oberfläche des Anschlussteils (24, 26) verläuft.

Description

StartStrombegrenzungsvorrichtung
Der Gegenstand betrifft eine Startstrombegrenzungsvorrichtung mit einem Kraftfahrzeugbatteriepol zugeordneten ersten elektrischen Anschlussteil, einem einem Starter zugeordneten zweiten elektrischen Anschlussteil, und einer das erste
Anschlussteil mit dem zweiten Anschlussteil zumindest
zeitweise elektrisch verbindenden Stromstärke- Steuerungseinrichtung, wobei ein erster Strompfad von dem ersten Anschlussteil über die Stromstärke- Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil verläuft.
Im Rahmen der Diskussion um Einsparpotentiale beim
Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen wird häufig die
Start/ -Stop-Automatik erwähnt. Bei dieser wird der
Verbrennungsmotor des Fahrzeugs automatisch während länger anhaltender Leerlaufphasen abgeschaltet. Möchte der Nutzer weiterfahren, so betätigt er lediglich das Gaspedal und der Motor startet automatisch wieder. Bei einem solchen Warmstart genannten Vorgang muss der
Elektro-Startermotor des Verbrennungsmotors, kurz Starter oder Anlasser genannt, mit einer sehr hohen Leistung
angetrieben werden. Wenn in einem Fahrzeug nur eine einzige Batterie, z.B. eine Blei-Säure-Batterie oder eine Lithium- Ionen-Batterie, verbaut ist, kommt es durch den hohen
Leistungsbedarf des Starters zu einem Spannungseinbruch an den Batteriepolen. Dieser Spannungseinbruch kann dazu führen, dass Komfortverbraucher nicht mehr mit genügend Leistung versorgt werden und fehlerhaft arbeiten. Der Starter wird im Warmstart mit stehendem Anker aktiviert. Das der Starter in der Regel ein Reihenschlussmotor ist, kommt es zu einem Kurzschluss über die Ankerwicklung. Dies führt zu einem sehr hohen Startstrom, der mehrere 100 A betragen kann. Jedoch bricht in diesem Moment in der Regel die Batteriespannung an den Batteriepolen ein. Dies wird z.B. auch in der DIN 40839 beschrieben, die den Spannungsverlauf der Bordnetzspannung in einer Anlasskurve zeigt.
Um zu verhindern, dass es zu Funktionseinbussen bei dem
Komfortverbrauchern, wie zum Beispiel Navigationssystemen, Autoradios, Telekommunikationssystemen, Klimaanlagen und dergleichen kommt, ist im Stand der Technik bereits
vorgeschlagen, den Startstrom für einen Warmstart zu
begrenzen. Insbesondere wird bereits vorgeschlagen, die
Komfortverbraucher über eine sogenannte Stützbatterie zu betreiben. Diese Technologie ist beispielsweise aus der DE 10 2007 062 955 AI bekannt. Hierbei ist es jedoch notwendig, sowohl die Stützbatterie als auch die Hauptbatterie
anzusteuern. Die Stützbatterie vergrößert außerdem das
Gewicht des Gesamtfahrzeugs.
Auch wird bereits vorgeschlagen, den Startstrom über einen Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu leiten. Diese Schaltung begrenzt die an die Batterie übertragene Energie in dem sie den Strom pulsweitenmoduliert .
Bei den bekannten Startstrombegrenzungsvorrichtungen
entstehen im Falle der gepulsten Startstrombegrenzung über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung jedoch große
Stromschwankungen. Diese können nachteilig sein, insbesondere können diese zu hohen induzierten Spannungen in der StartStrombegrenzungsvorrichtungen führen .
Aus dem genannten Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Startstrombegrenzungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die Auswirkungen von induzierten
Spannungen verringert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Wie Eingangs bereits erläutert, ist es notwendig, auch im Warmstartfall Komfortverbraucher innerhalb des Kraftfahrzeugs mit ausreichender Spannung zu versorgen. Insbesondere im Warmstartfall kann es zu Spannungseinbrüchen an der
Kraftfahrzeugbatterie kommen, die zu einer Fehlfunktion der Komfortverbraucher führen. Zur Vermeidung dieser
Spannungseinbrüche sind verschiedene
Strombegrenzungsvorrichtungen möglich. Eine Möglichkeit der Strombegrenzung besteht darin, parallel zu einer Stromstärke- Steuerungseinrichtung einen Widerstand zu schalten.
Unmittelbar zu Beginn des Startvorgangs, gerade dann wenn der höchste Strom von Batterie zu Starter fließt, ist die
Stromstärke-Steuerungseinrichtung geöffnet. D.h., unmittelbar zu Beginn des Startvorgangs fließt über die Stromstärke- Steuerungseinrichtung kein Strom. Dies führt dazu, dass die hohen Stromspitzen zu Beginn des Startvorgangs nicht zu einer Zerstörung der Stromstärke-Steuerungseinrichtung führen können .
Insbesondere, wenn die Stromstärke-Steuerungseinrichtung aus Halbleiterbauelementen gebildet ist, kann es bei diesen hohen Stromspitzen zu einem „Durchlegieren" kommen. Um dies zu vermeiden, müsste der Materialanteil in den
Halbleiterbauelementen unangemessen hoch sein. Dies führte zu erhöhten Kosten. Um diese zu vermeiden, wird der Widerstand vorgeschlagen.
Über dem Widerstand fließt unmittelbar zu Beginn, d.h. in den ersten 10 bis 50ms des Startvorgangs der Startstrom. Der Widerstand führt zu einer Strombegrenzung, so dass die
Spannung an der Batterie nicht vollständig zusammenbricht.
Nach dem der Startvorgang begonnen hat, insbesondere wenn die Ankerwicklung des Starters nicht mehr im Kurzschluss
betrieben ist, insbesondere nach 10 bis 50ms nach Beginn des Startvorgangs, kann die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zugeschaltet werden. Die Stromstärke-Steuerungseinrichtung kann, wie erwähnt, aus Halbleiterbauelementen gebildet sein. Insbesondere können Transistoren als auch Thyristoren zum Einsatz kommen. Die Stromstärke-Steuerungseinrichtung kann den Strom entlang eines ersten Strompfades über die Anschlussteile regulieren, insbesondere in einem gepulsten Betrieb. Durch das gepulste Ein- und Ausschalten der Stromstärke-Steuerungseinrichtung kann reguliert werden, welche Energie von der Batterie zum Starter übertragen wird. Der parallel zu der Stromstärke- Steuerungseinrichtung angeordnete Widerstand führt entlang eines zweiten Strompfades weiterhin einen gewissen Teil des Gesamtstroms zwischen Batterie und Starter. Durch das pulsierte Ein- und Ausschalten des Starterstroms mittels der Stromstärke-Steuerungseinrichtung kommt es zu großen Stromschwankungen innerhalb des Schaltkreises, der zu sehr hohen induzierten Spannungen innerhalb des Schaltkreises führt .
Um dies zu vermeiden, sollte die Induktivität des aus
Widerstand und Stromstärke-Steuerungseinrichtung gebildeten Schwingkreises möglichst gering sein. Eine erste Maßnahme zur Verringerung der Induktivität des Schwingkreises kann darin liegen, dass ein elektrisch parallel zum der Stromstärke- Steuerungseinrichtung geschalteter, das erste Anschlussteil mit dem zweiten Anschlussteil verbindender Widerstand derart an Anschlussteilen angeordnet ist, dass der Widerstand mit einem ersten Schenkel mit dem ersten Anschlussteil
kontaktiert ist und mit einem zweiten Schenkel mit dem zweiten Anschlussteil kontaktiert ist und eine einem
Anschlussteil zugewandte Oberfläche eines Schenkels parallel zu einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche des
Anschlussteils verläuft.
Auch wird vorgeschlagen, dass die Schenkel des, Widerstands eine Fläche aufspannen, die parallel zu einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche zumindest eines Anschlussteils verläuft. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Widerstand möglichst nah an dem Anschlussteil geführt werden kann. Durch eine Verringerung des Spalts zwischen den Schenkeln und dem jeweiligen Anschlussteil ist es möglich, den magnetischen Fluss zwischen dem Widerstand und dem Anschlussteil zu verringern, was zu einer verringerten Induktivität führt.
Auch wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschlussteil als Flachteil gebildet ist und die durch die Schenkel
aufgespannte Fläche parallel zu der breiten, dem Widerstand zugewandten Oberfläche des Flachteils verläuft. Verlaufen Widerstand und Anschlussteile im Wesentlichen planparallel ermöglichst dies ebenfalls die Verringerung eines Spalts zwischen den Bauteilen, was die Induktivität der Vorrichtung reduziert .
Hierzu wird auch vorgeschlagen, dass die durch die Schenkel aufgespannte Fläche parallel, vorzugsweise planparallel zu einer zwischen den Anschlussteilen aufgespannten Fläche verläuft .
Besonders günstig ist eine Anordnung, bei der die Schenkel zumindest zwei, vorzugsweise drei Seiten der Stromstärke- Steuerungseinrichtung umgreifen. Die Schenkel des Widerstands kann ein einseitig offenes Rechteck oder Dreieck umschreiben. Die Öffnung kann von Anschlusskontakten -1-7 .Ais ch.1ULS StQ- 1 IL 6 weg weisen oder in Richtung der Anschlusskontakte der
Anschlussteile weisen.
Es wird auch vorgeschlagen, dass ein zweiter Strompfad von dem ersten Anschlussteil über den Widerstand zu dem zweiten
Anschlussteil verläuft. Somit fließt Strom im Startfall zunächst über den zweiten Strompfad, bis die Stromstärke- Steuerungseinrichtung zugeschaltet wird. Dann fließt Strom über beide Strompfade.
Auch wird vorgeschlagen, dass die Stromflussrichtung im ersten Strompfad zumindest teilweise entgegengesetzt zu der Stromflussrichtung im zweiten Strompfad ist. Sind die Stromflussrichtungen entgegengesetzt, so kann die induzierte Spannung innerhalb des Schwingkreises reduziert werden. Der erste Strompfad verläuft zwischen den Anschlussteilen über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung . D.h., Strom kann von der Batterie auf das erste Anschlussteil fließen, von dort über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil und dann aus dem zweiten
Anschlussteil hinaus in Richtung des Starters. Dies kann der erste Strompfad sein.
Der zweite Strompfad führt ebenfalls von der Batterie in das erste Anschlussteil hinein. Von dort führt der Strom über den Widerstand zu dem zweiten Anschlussteil und weiter aus dem zweiten Anschlussteil heraus zu dem Starter. Hierbei sei erwähnt, dass rein beispielhaft die Stromflussrichtung in technischer Stromrichtung, nämlich vom Pluspol der
Kraftfahrzeugbatterie zum Starter beschrieben wurde, jedoch auch die entgegengesetzte Stromflussrichtung möglich ist und ebenfalls zu den zwei Strompfaden führt.
Möglich ist, dass die Strompfade zumindest teilweise
entgegengesetzt sind. Insbesondere kann im Bereich der
Anschlussteile ein entgegengesetzter Strompfad derart realisiert sein, dass die Elektronenbewegung innerhalb der Schenkel des Widerstands entgegengesetzt zu der
Elektronenbewegung innerhalb der Anschussteile ist. In dem Fall kann von entgegengesetzten Stromflussrichtungen
innerhalb der Strompfade gesprochen werden. In diesem Fall kommt es im Spalt zwischen den Schenkel des Widerstands und im Spalt zwischen den Anschlussteilen zu gegenläufigen B- Feldlinien, was zu einer Reduktion der Induktivität führt. Möglich ist aber auch, dass die Strompfade zumindest
teilweise gleichgerichtet sind. Insbesondere kann im Bereich der Anschlussteile ein gleichgerichteter Strompfad derart realisiert sein, dass die Elektronenbewegung innerhalb der Schenkel des Widerstands gleichgerichtet zu der
Elektronenbewegung innerhalb der Anschussteile ist. In dem Fall kann von gleichgerichteten Stromflussrichtungen
innerhalb der Strompfade gesprochen werden. In diesem Fall kommt es im Spalt zwischen den jeweiligen Schenkeln des
Widerstands und den jeweiligen Anschlussteilen zu
gegenläufigen B-Feldlinien, was auch zu einer Reduktion der Induktivität führt.
Zur Minimierung der induzierten Spannungen im Starterfall wird vorgeschlagen, dass der Widerstand räumlich derart zu den Anschlussteilen angeordnet ist, dass in einem Spalt zwischen den Anschlussteilen und dem Widerstand die durch die Ströme in dem ersten und dem zweiten Strompfad erzeugten B- Feldlinien zumindest teilweise einander entgegengesetzt sind oder zumindest teilweise gleichgerichtet sind. Die durch die Elektronenbewegung erzeugten B-Felder um die Anschlussteile herum bzw. um den Widerstand herum können durch die räumliche Anordnung des Widerstands zu den Anschlussteilen so sein, dass in einem Spalt zwischen Widerstand und Anschlussteilen die B-Feldlinien entgegengesetzt verlaufen. Dies führt zu einer Verringerung der Induktivität des Schwingkreises aus Stromstärke-Steuerungseinrichtung, Anschlussteilen und
Widerstand. Es ist aber auch möglich, dass in einem Spalt zwischen den Schenkeln des Widerstands und in einem Spalt zwischen den Anschlussteilen die B-Feldlinien entgegengesetzt verlaufen. Da der Widerstand parallel zu der Stromstärke-
Steuerungseinrichtung geschaltet ist und der Widerstand mit der Stromstärke-Steuerungseinrichtung über die Anschlussteile elektrisch kontaktiert ist, entsteht zwischen dem Widerstand und der Stromstärke-Steuerungseinrichtung ein elektrischer Schwingkreis. Dessen Induktivität muss möglichst gering sein, um die induzierten Spannungen so gering wie möglich zu halten. Sind die B-Feldlinien einander entgegengesetzt, kann die Induktivität dieses Schwingkreises gering gehalten werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die B-Feldlinien zumindest teilweise antiparallel verlaufen. Gerade dann können sich die B-Felder um den Widerstand bzw. die Anschlussteile herum zumindest teilweise einander aufheben. Da in den
Anschlussteilen höhere Ströme fließen können als im
Widerstand, insbesondere da ein Teil des Stroms in den
Anschlussteilen über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung fließt und ein zweiter Teil über den Widerstand, sind die Beträge der B-Felder um den Widerstand und die Anschlussteile nicht immer gleich groß. Dennoch kann die Induktivität des Schwingkreises verringert werden, solange die B-Feldlinien einander entgegengesetzt sind.
Um die Induktivität des Schwingkreises möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass der Widerstand zumindest teilweise parallel zu zumindest einem Anschlussteil
angeordnet ist. Wenn der Widerstand zumindest parallel zu dem Anschlussteil verläuft, kann durch eine geeignete
Kontaktierung des Widerstands an dem Anschlussteil erreicht werden, dass die Stromrichtungen innerhalb des Widerstands und des Anschlussteils entgegengesetzt sind.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass der Widerstand derart zu zumindest einem Anschlussteil angeordnet ist, dass ein aus Widerstand,
Anschlussteilen und Stromstärke-Steuerungseinrichtung
gebildeter elektrischer Schwingkreis eine Induktivität von weniger als 500mH, vorzugsweise weniger als 200mH, besonders bevorzugt weniger als lOOmH hat. Je kleiner die Induktivität des Schwingkreises ist, desto geringer ist die darin
indizierte Spannung aufgrund des durch die Stromstärke- Steuerungseinrichtung gepulsten Stromes.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass ein Spalt zwischen zumindest einem
Anschlussteil und dem Widerstand gebildet ist und
insbesondere dass der Widerstand in einem Abstand von weniger als 2mm, bevorzugt weniger als 1mm, insbesondere weniger als 0,5mm, von zumindest einem Anschlussteil beabstandet ist. Um die Induktivität des Schwingkreises möglichst gering zu halten, muss der Widerstand möglichst eng an dem
Anschlussteil angeordnet sein. Hierzu wird ein Spalt
vorgeschlagen, der weniger als 2mm groß ist. Der Spalt ist vorzugsweise isoliert. Hierzu kann der das Anschlussteil mit einem Isolator pulverbeschichtet, spritzlackiert, lackiert, bedampft, bedruckt, insbesondere mittels Siebdruck oder extrudiert sein. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass der Widerstand und/oder zumindest eines der Anschlussteile als Flachteil gebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Widerstand als auch die Anschlussteile möglichst einfach hergestellt werden können. Außerdem kann der Widerstand sehr nah an dem Anschlussteil angeordnet sein, wenn dieses als auch der Widerstand als Flachteil gebildet ist. Dann muss lediglich das Anschlussteil mit einem Isolator überzogen werden und der Widerstand kann unmittelbar auf den Isolator aufgelegt werden. In diesem Fall sind Abstände von auch weniger als 1mm möglich. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschlussteil ein
rechteckiges Flachteil mit einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche mit einer größeren Abmessung in Stromflussrichtung im zweiten Strompfad als quer zu Stromflussrichtung im zweiten Strompfad ist. Das Anschlussteil ist somit
zungenförmig länglich gestreckt gebildet. Vorzugsweise ist der Widerstand über der breiten, dem Widerstand zugewandten Oberfläche des Flachteils angeordnet und lediglich durch einen Isolator von dem Anschlussteil getrennt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschlussteil an einem ersten Ende einen Kontaktbereich für den Widerstand und an einem zweiten Ende einen Anschlusskontakt hat. Dadurch, dass der Kontaktbereich für den Widerstand an einem anderen Ende als der Anschlusskontakt liegt, muss der Strom zunächst durch das gesamte Anschlussteil zu dem Kontaktbereich fließen, um in den Widerstand fließen zu können. Wenn der Widerstand dann wiederum in Richtung des Anschlusskontaktes verläuft, ergibt sich eine entgegengesetzte Stromflussrichtung im Widerstand. Sind die Anschussteile dann auch miteinander über die
Stromstärke-Steuerungseinrichtung kontaktiert, so fließt vom Anschlusskontakt ein Strom in das Anschlussteil. Von dort fließt ein Teil des Stromes über die Stromstärke- Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil und von dort aus dem Anschlussteil heraus. Der Strom fließt entlang des ersten Anschlussteils und zweigt dann jeweils in ein vorhandenes Bauelement der Stromstärke-Steuerungseinrichtung ab. Abschließend gelangt der Strom zu dem Kontaktbereich und fließt auf den Widerstand. Über den Widerstand fließt der Strom zum zweiten Anschlussteil. Die Stromflussrichtung im Widerstand ist bevorzugt dann entgegengesetzt zur
Stromflussrichtung im Anschlussteil, wenn der Widerstand parallel zu dem Anschlussteil verläuft, jedoch erst am Ende des Anschlussteils mit diesem kontaktiert ist. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschlussteil an einem ersten Ende einen Kontaktbereich für den Widerstand und dem gleichen Ende einen Anschlusskontakt hat. Dadurch, dass der Kontaktbereich für den Widerstand an dem gleichen Ende wie der Anschlusskontakt liegt, fließt der Strom unmittelbar von dem Kontaktbereich in den Widerstand und parallel dazu über das Anschlussteil zu der Stromstärke-Steuerungseinrichtung . Wenn der Widerstand dann parallel zu dem Anschlussteil verläuft, ergibt sich eine gleichgerichtete
Stromflussrichtung im Widerstand und im Anschlussteil. Sind die Anschussteile dann auch miteinander über die Stromstärke- Steuerungseinrichtung kontaktiert, so fließt vom
Anschlusskontakt ein Strom in das Anschlussteil. Von dort fließt ein Teil des Stromes über die Stromstärke- Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil und von dort aus dem Anschlussteil heraus. Der Strom fließt entlang des ersten Anschlussteils und zweigt dann jeweils in ein vorhandenes Bauelement der Stromstärke-Steuerungseinrichtung ab. Über den Widerstand fließt der Strom zum zweiten
Anschlussteil. Die Stromflussrichtung im Widerstand ist bevorzugt dann gleichgerichtet zur Stromflussrichtung im Anschlussteil, wenn der Widerstand parallel zu dem Anschlussteil verläuft, und bereits am Ende des
Anschlusskontakts des Anschlussteils mit diesem kontaktiert ist . Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass der Widerstand sich ausgehend von dem Kontaktbereich parallel zum Anschlussteil in Richtung des Anschlusskontaktes ausdehnt. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass der Widerstand U- förmig ist. Die langen Schenkel des U können dabei parallel zu den jeweiligen
Anschlussteilen verlaufen. Der kurze Schenkel verläuft quer zu den Anschlussteilen und überbrückt somit einen zwischen den Anschlussteilen gebildeten Spalt.
Auch ist es möglich, dass der Widerstand V-förmig gebildet ist. In diesem Fall können die beiden Schenkel winklig zu den jeweiligen Anschlussteilen verlaufen. Jedoch wird auch bei der V-Form erreicht, dass die Stromflussrichtungen in den
Anschlussteilen bzw. dem Widerstand im Wesentlichen einander entgegengesetzt sind.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass der Widerstand ein Shunt ist. Mit Hilfe des Shunts ist es möglich, die Spannung über den Widerstand genau zu messen und somit den Strom über den Widerstand genau zu bestimmen. Mit Hilfe einer solchen Messung ist es möglich, eine Kurzschlussbedingung innerhalb des Batterie- Starterstromkreises zu detektieren. Insbesondere wenn kein Klemme 50 Signal, somit kein Startsignal vorliegt und
trotzdem ein hoher Strom über den Widerstand gemessen wird, kann von einem Kurzschluss ausgegangen werden und eine
Trenneinrichtung, die zwischen der Batterie und der
Startstrombegrenzungsvorrichtung angeordnet ist, kann
aktiviert werden. Diese Trenneinrichtung kann beispielsweise pyrotechnisch aktiviert werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass der Widerstand zusammen mit den
Anschlussteilen in einem Gehäuse angeordnet ist. In diesem Fall ist eine sichere Isolierung des Widerstands als auch der Anschlussteile gewährleistet.
Auf der anderen Seite ist auch vorgeschlagen, dass der
Widerstand außerhalb eines Gehäuses der Anschlussteile angeordnet ist. Dies führt dazu, dass über den Widerstand eine bessere Wärmeabfuhr möglich ist. Insbesondere die
Halbleiterbauelemente aufweisende Stromstärke- Steuerungseinrichtung erzeugt hohe Verlustwärme . Diese Wärme muss abgeführt werden. Mit Hilfe des Widerstands ist eine Wärmeabfuhr möglich, insbesondere wenn der Widerstand außerhalb eines Gehäuses angeordnet ist.
Der Widerstand führt auch dazu, dass die Anschlussteile thermisch miteinander gekoppelt sind. Durch die über den Widerstand gewährleistete thermische Kopplung kann eine thermische Symmetrisierung der Anschlussteile erreicht werden. Das bedeutet, dass die Temperatur in den beiden
Anschlussteilen möglichst symmetrisiert wird, insbesondere bei hohen Verlusten innerhalb der Stromstärke- Steuerungseinrichtung. Gerade bei den im Startfall auftretenden hohen Strömen von mehreren 100A entstehen in der Stromstärke- Steuerungseinrichtung hohe Temperaturen durch elektrische Verluste. Diese hohen Temperaturen müssen abgeleitet werden und es ist vorteilhaft, wenn dies über eine möglichst große Fläche geschieht. Durch eine thermische Symmetrisierung der Anschlussteile wird die thermische Ableitfläche vergrößert, da beide Anschlussteile zur Wärmeabfuhr genutzt werden können .
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die
Anschlussteile parallel verlaufende Flachteile. Zwischen den parallel verlaufenden Flachteilen kann ein Spalt gebildet sein, der mit einem Isolator gefüllt sein kann. Der Spalt zwischen den Anschlussteilen wird vorteilhafterweise durch den Widerstand als auch die Stromstärke-Steuerungseinrichtung überbrückt. Die Anschlussteile sind dann sowohl über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung als auch über den
Widerstand miteinander kontaktiert. Über die Stromstärke- Steuerungseinrichtung fließt im Startfall, nach Ablauf einer Wartezeit von einigen Millisekunden, ein gepulster Strom, wohingegen über den Widerstand ein Dauerstrom fließt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die
Anschlussteile im Bereich des Widerstands elektrisch
isoliert. D.h., dass der Widerstand möglichst nah an den Anschlussteilen anliegen kann, diese jedoch nicht elektrisch kontaktiert. Nur im Bereich eines Kontaktbereiches kann eine elektrische Kontaktierung zwischen Widerstand und
Anschlussteil ermöglicht sein. Hierbei ist es möglich, dass der Kontaktbereich im Fertigungsprozess mit einer Lotpaste, beispielsweise in einem Siebdruckverfahren bestückt wird und der Widerstand dann auf den Kontaktbereich aufgelötet wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
vorgeschlagen, dass die Anschlussteile elektrisch mit der Stromstärke-Steuerungseinrichtung kontaktiert sind und vorzugsweise, dass die Anschlussteil die Stromstärke- Steuerungseinrichtung mechanisch tragen. Die Anschlussteile können dabei sowohl elektrische als auch mechanische Aufgaben übernehmen. Für einen hochintegrierten Aufbau können die Anschlussteile als mechanische Stütze für die Bauelemente, vorzugsweise Halbleiterbauelemente, wie Transistoren und Thyristoren der Stromstärke-Steuerungseinrichtung dienen. Die zuvor als auch nachfolgend beschriebenen Merkmale, insbesondere auch die Merkmale der unabhängigen als auch der abhängigen Ansprüche können frei miteinander, auch unter Umgehung der Merkmale der unabhängigen Ansprüche, kombiniert werden und gleichsam eine Erfindung begründen.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer
Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Ersatzschaltbild einer
Startstrombegrenzungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel ;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer
Startstrombegrenzungsvorrichtung mit einer Trennvorrichtung ; Fig. 3 eine weitere schematische Ansicht einer
Startstrombegrenzungsvorrichtung mit einer Trenneinrichtung; Fig. 4 eine Explosionszeichnung einer
Startstrombegrenzungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel ;
Fig. 5 eine Startstrombegrenzungsvorrichtung im
zusammengebauten Zustand;
Fig. 6 eine Detailansicht einer Trennvorrichtung;
Fig. 7a eine Ansicht von zwei Anschlussteilen während des
Fertigungsprozesses nach einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 7b Anschlussteile bestückt mit einer Stromstärke- Steuerungseinrichtung und einem Widerstand nach einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 8a eine Ansicht von zwei Anschlussteilen während des
Fertigungsprozesses nach einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 8b Anschlussteile bestückt mit einer Stromstärke- Steuerungseinrichtung und einem Widerstand nach einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 8c eine weitere mögliche Anordnung eines Widerstands an den Anschlussteilen nach einem
Ausführungsbeispiel ; Fig. 9a eine zusätzliche Möglichkeit des Anschlusses des Widerstands an den Anschlussteilen nach einem
Ausführungsbeispiel ;
Fig. 9b eine zusätzliche Möglichkeit des Anschlusses des
Widerstands an den Anschlussteilen nach einem
Ausführungsbeispiel ;
Fig. 10 eine Ansicht von Anschlussteilen mit Widerstand,
Startstrom-Steuerungseinrichtung und
Auswertungseinrichtung;
Fig. 11 eine schematische Schnittansicht durch die
Anschlussteile und den Widerstand gemäß Fig. 7a zur Darstellung der Stromrichtungen und der B- Feldlinien;
Fig. 12 eine schematische Schnittansicht durch die
Anschlussteile und den Widerstand gemäß Fig. 8a zur Darstellung der Stromrichtungen und der B- Feldlinien .
Fig. 1 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines
Startstromsbegrenzungssystems 2 mit einer
Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a und einer
Trennvorrichtung 2b. Ferner ist gezeigt, dass die
Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a einen ersten
Anschlusskontakt 4 sowie einen zweiten Anschlusskontakt 6 aufweist. Der erste Anschlusskontakt 4 ist einer elektrischen Batterie 8 zugeordnet. Der zweite Anschlusskontakt 6 ist einem Elektro-Startermotor 10 zugeordnet. Somit zeigt die Fig. 1 einen elektrischen Starterstromkreis. Der Starterstrom fließt im Startfall von der
Kraftfahrzeugbatterie 8, insbesondere vom Pluspol der
Batterie 8 über das Startstrombegrenzungssystem 2 zu dem Starter 10.
Der Starter 10 benötigt im Startfall, sowohl beim Warmstart als auch beim Kaltstart, eine hohe elektrische Leistung. Dies führt dazu, dass der Strom im gezeigten Schaltkreis von der Batterie 8 zum Starter 10 sehr hoch ist. Insbesondere im Warmstartfall, also wenn Komfortverbraucher bereits
eingeschaltet sind, muss verhindert werden, dass die Spannung an den Batteriepolen der Batterie 8 zusammenbricht . Dies könnte dazu führen, dass Komfortverbraucher Funktionseinbußen erleiden. Um diesen Spannungseinbruch zu verhindern, wird die Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a vorgeschlagen.
Die Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a ist aus einer
Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 und einem Widerstand 14 gebildet.
Die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 ist vorzugsweise aus einer Parallelschaltung mehrere Halbleiterbauelemente, insbesondere mehrere Halbleiterschalter, insbesondere mehrere als Schalter betriebene Transistoren gebildet.
Der Widerstand 14 ist vorzugweise ein niederohmiger
Widerstand, der als Shunt auch zu Messzwecken geeignet sein kann .
Zwischen den Anschlusskontakten 4 und 6 bildet die
Parallelschaltung aus Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 und Widerstand 14 einen Schwingkreis 13. Die in dem Schwingkreis 13 induzierte Spannung ist abhängig zum Einen von der Stromschwankung innerhalb des Schwingkreises 13 als auch der Induktivität L des Schwingkreises 13. Die Spannung U dl
folgt der Gleichung U = ~L—, wobei L die Induktivität des
Schwingkreises 13 darstellt und di/dt den Gradienten des Stromes .
Insbesondere bei einer gepulsten Stromsteuerung durch die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 kommt es zu großen
Stromschwankungen, die im Schwingkreis 13 hohe Spannungen induzieren, welche vermieden werden müssen. Daher ist die Induktivität des Schwingkreises 13 möglichst gering
auszubilden, wie nachfolgend gezeigt werden wird.
Das Startstrombegrenzungssystem 2 verfügt darüber hinaus über die Trennvorrichtung 2b, die vorzugsweise als pyrotechnische Trennvorrichtung gebildet ist. Die Trennvorrichtung kann aber auch als Schmelzsicherung oder als Halbleiterschalter
gebildet sein. Die Trennvorrichtung 2b dient dazu, die
Batterie 8 vollständig von der
StartStrombegrenzungsvorrichtung 2a sowie von dem Starter 10 zu trennen. Die Trennvorrichtung 2b ist vorzugsweise
pyrotechnisch oder als Halbleiterschalter gebildet und wird durch ein Auslösesignal 29 gesteuert. Das Auslösesignal 29 kann von einem Airbagsteuergerät stammen. Auch ist es
möglich, dass das Auslösesignal abhängig von einer Spannung über den Widerstand 14 ausgelöst wird. Eine Steuerschaltung 28 kann zum Beispiel den Spannungsabfall über den Widerstand 14 messen. Über einen externen Anschluss 30 kann zum Beispiel überprüft werden, ob ein Startersignal, insbesondere ein Klemme 50 Signal anliegt oder nicht. Nur im Falle des Startsignals darf ein Strom über den Widerstand 14 fließen, da nur dann der Starter 10 mit Strom versorgt werden muss. Ist kein Startsignal an dem Anschluss 30 detektierbar, kann davon ausgegangen werden, dass kein Startvorgang
vorliegt. Fließt in diesem Fall ein Strom über den Widerstand 14 und wird somit ein Spannungsabfall mit der Steuerschaltung 28 erfasst, kann ein Auslösesignal 29 an die Trennvorrichtung 2b gegeben werden. Die Trennvorrichtung 2b trennt die elektrische Verbindung zwischen der Batterie 8 und dem
Starter 10, so dass kein Strom mehr fließen kann.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Anordnung der Trennvorrichtung 2b innerhalb des Starterstromkreises. Fig. 2 zeigt schematisch die Kraftfahrzeugbatterie 8. An dem Pluspol der
Kraftfahrzeugbatterie 8 kann eine Batteriepolklemme 9 angeschlossen sein. Unmittelbar an der Batteriepolklemme 9, beispielsweise auch einstückig mit der Batteriepolklemme 9 gebildet, kann die Trennvorrichtung 2b vorgesehen sein.
Hierbei kann die Trennvorrichtung 2b aus einem ersten, pyrotechnischen Teil und einem zweiten, beweglichen Teil gebildet sein, wie nachfolgend noch dargelegt werden wird. Wie zu erkennen, kann die Starterleitung 16, welche die
Batterie 8 mit dem Starter 10 verbindet, somit unmittelbar an der Batteriepolklemme 9 durch die Trennvorrichtung 2b
getrennt werden. Im Trennungsfall ist somit die gesamte Starterleitung 16 spannungs- und stromlos.
Die Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a kann sowohl
unmittelbar an der Trennvorrichtung 2b als auch der Batteriepolklemme 9 als auch irgendwo sonst in der Starterleitung 16 angeordnet sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Anordnung der
Trennvorrichtung 2b in der Starterleitung 16. Zu erkennen ist, dass die Trennvorrichtung 2b nicht unmittelbar an der Batteriepolklemme 9, sondern in der Starterleitung 16 zwischen Batteriepolklemme 9 und
Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a angeordnet ist. Dann wird im Trennungsfall lediglich die Starterleitung 16 zwischen der Trennvorrichtung 2b und dem Starter 10 ström- und
spannungslos. Die Starterleitung 16 im Bereich zwischen der Batteriepolklemme 9 und der Trennvorrichtung 2b bleibt mit der Batterie kontaktiert. Solange dieser Bereich in einem unkritischen Bereich des Fahrzeugs liegt, ist dies
unproblematisch.
Fig. 4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer möglichen Ausgestaltung eines Startstrombegrenzungssystems 2 mit einer Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a und einer
Trennvorrichtung 2b. Zu erkennen ist, dass die
Trennvorrichtung 2b einstückig mit der Batteriepolklemme 9 gebildet ist. Wie zu erkennen ist, kann die Trennvorrichtung 2b mit einer pyrotechnischen Zündpille 34 bestückt sein. Die Zündpille 34 ist in einem Schusskanal 36 in der
Trennvorrichtung 2b angeordnet. Auf der anderen Seite des Schusskanals 36 kann der Anschlusskontakt 4 als Topf oder Napf 38 geformt sein und in den Schusskanal 36 eingeführt werden. Im Falle einer Auslösebedingung wird ein Zündsignal über die Leitung 29 an die Zündpille 34 übermittelt. Die Zündpille 34 explodiert daraufhin und im Schusskanal 36 entsteht ein
Überdruck. Durch diesen Überdruck wird die rechtwinklig zum Anschlussteil 26 geformte Lasche des Anschlusskontakts 4 mit dem Topf 38 aus dem Schusskanal gedrückt und verbogen.
Hierdurch erfolgt eine elektrische Trennung des Batteriepols 9 von dem Anschlusskontakt 4. Ferner ist zu erkennen, dass der Anschlusskontakt 4 in einem ersten Anschlussteil 26 mündet. Das erste Anschlussteil 26 ist mit einem zweiten Anschlussteil (hier nicht dargestellt) 24 in einem Gehäuse der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a gekapselt. Ferner ist zu erkennen, dass das zweite
Anschlussteil 24 in dem Anschlusskontakt 6. Der
Anschlusskontakt 6 ragt genauso wie der Anschluss 30 aus dem Gehäuse 19 heraus. Der Anschlusskontakt 6 dient zur
elektrischen Kontaktierung der Starterleitung 16 mit der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a. Die Starterleitung 16 kann an den Anschlusskontakt 6 angeschweißt, angelötet oder auch verschraubt werden.
Das gesamte Startstrombegrenzungssystem 2 kann mit einem Gehäuse 18 verkapselt werden, wie in Fig. 5 dargestellt.
Ferner ist in Fig. 5 zu erkennen, dass ein elektrischer Stützpunkt 20 aus dem Gehäuse 18 herausgeführt ist. Der elektrische Stützpunkt 20 dient zum Anschluss des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs an die Batteriepolklemme 9 und somit die Batterie 8. Der Stützpunkt 20 ist nicht durch die
Trennvorrichtung 2b gegenüber der Batteriepolklemme 9 gesichert, so dass selbst im Auslösefall der Trennvorrichtung 2b der Stützpunkt 20 mit der Batteriepolklemme 9 in elektrischen Kontakt bleibt. D.h., dass bei einem Auslösen der Trennvorrichtung 2b im Falle eines Kurzschlusses auf der Starterleitung 16 der Rest des Fahrzeugs in Kontakt mit der Batterie 8 bleiben kann und hier eine getrennte Sicherung erfolgen kann.
Der Aufbau einer Trennvorrichtung 2b ist detaillierter in der Fig. 6 dargestellt. In der Fig. 6 ist die Batteriepolklemme 9 mit der Trennvorrichtung 2b in teilweise aufgeschnittenen Zustand dargestellt.
Zu erkennen ist, dass die pyrotechnische Zündpille 34 in einem Schusskanal 36 angeordnet ist. Der Schusskanal 36 ist auf der anderen Seite durch den Topf 38 des Anschlusskontakts 4 verschlossen. Vorzugsweise ist der Schusskanal zumindest im Bereich der Zündpille 34 durch ein Gehäuse 40 abgedichtet. Das Gehäuse 40 kann um den Schusskanal 36 herum gegossen sein . Ferner ist zu erkennen, dass der Stützpunkt 20 aus dem
Gehäuse 40 herausgeführt ist und nicht über die
Trennvorrichtung 2b gegenüber der Batteriepolklemme 9 gesichert ist. Schließlich ist zu erkennen, dass über eine elektrische
Ansteuerungsleitung 29 eine Zündvorrichtung 32 gezündet werden kann. Die Zündvorrichtung 32 kann entweder über ein Signal eines Airbagsteuergerätes aktiviert werden oder durch ein Signal von der Auswertungsschaltung 28, wie dies oben bereits erläutert wurde. Im Falle des Zündens der Zündpille wird der Topf 38 des
Anschlusses 4 in Richtung X aus dem Schusskanal 36 gepresst. Eine elektrische Verbindung zwischen Batteriepolklemme 9 und Anschluss 6 wird unterbrochen.
Die Figs . 7 bis 10 zeigen halbfertige Bauteile die während eines Herstellungsverfahrens für eine
Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a entstehen. Zunächst werden zwei Flachteile, vorzugsweise Kupferplatten als Stanz-Biegeteile nebeneinander angeordnet, wie in Fig. 7a gezeigt. Zwischen den Flachteilen, die das erste
Anschlussteil 26 und das zweite Anschlussteil 24 bilden, kann ein Spalt mit einem Isolator 25 gefüllt sein. Das erste
Anschlussteil 26 kann so gebogen sein, dass der
Anschlusskontakt 4 winklig, vorzugweise rechtwinklig zu dem Verlauf des ersten Anschlussteils 26 verläuft. An dem ersten Anschlusskontakt 4 kann im Stanz -Biegeprozess ein Topf 38 angeformt sein.
Der Anschlusskontakt 6 kann an einem Ende des zweiten
Anschlussteils 24 geformt sein.
Ferner ist zu erkennen, dass auf der Oberfläche A der
Anschlussteile 24, 26, ausgenommen der Anschlusskontakte 4, 6 sowie der Kontaktbereiche 27a, 27b ein Isolator 15a,
vorzugsweise in einem Siebdruckverfahren aufgebracht ist. Der Isolator 15a dient der Isolation der Anschlussteile 24, 26 gegenüber dem Widerstand 14.
Die Oberfläche A ist diejenige Oberfläche des Flachteils, die dem Widerstand 14 zugewandt sein wird. Fig. 7a zeigt das erste Anschlussteil 26, welches an seinem ersten Ende den Anschlusskontakt 4 mit dem Topf 38 aufweist und an seinem zweiten Ende den Kontaktbereich 27b. Ferner zeigt Fig. 7a das zweite Anschlussteil 24, welches an seinem ersten Ende den Anschlusskontakt 6 und an seinem zweiten Ende den Kontaktbereich 27a aufweist.
Vorzugsweise kann mittels eines Siebdruckverfahrens eine Lotpaste auf die Kontaktbereiche 27a, b aufgebracht werden.
Anschließend kann in den Isolator 15a, der auf den
Anschlussteilen 24, 26 aufgebracht ist, eine
Anschlussmöglichkeit für eine Stromstärke- Steuerungseinrichtung 12 vorgesehen werden. Hierzu können in den Isolator 15a an verschiedenen Stellen Kontaktbereiche gefräst, gebohrt oder geätzt werden.
Anschließend kann zunächst, wie in Fig. 7b gezeigt, der Widerstand 14 auf die Anschlussteile 24, 26, bzw. den
Isolator 15a aufgelegt werden. Der Widerstand 14 ist im gezeigten Beispiel ü-förmig, und die langen Schenkel des Widerstands 14 verlaufen parallel zu den jeweiligen
Anschlussteil 24, 26 und der kurze Schenkel verläuft
senkrecht hierzu. Zu erkennen ist ferner, dass der Widerstand 14 auf dem Isolator 15a der Anschlussteile 24, 26 aufliegt. Der Widerstand 14 ist als Flachteil gebildet. Die Schenkel des Widerstands 14 spannen eine Fläche auf, die planparallel zu der Oberfläche A verläuft.
Auch ist zu erkennen, dass der Widerstand 14 auf den
Anschlussteilen 24, 26 in den Kontaktbereichen 27a, 27b aufliegt. Mittels eines Lötverfahrens, beispielsweise in einem Reflow-Ofen, kann der Widerstand 14 mit den
Kontaktbereichen 27 verlötet werden. Hierdurch entsteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Widerstand 14 und den Anschlussteilen 24, 26 im Bereich der Kontaktbereiche 27.
Ein Querschnitt durch den Aufbau aus Anschlussteilen 24, 26 und Widerstand 14 ist in Fig. 11 dargestellt. In Fig. 11 ist zu erkennen, dass der Widerstand 14 getrennt durch einen mit einem Isolator 15a gefüllten Spalt 15 beabstandet von dem Anschlussteilen 24, 26 auf den Anschlussteilen 24, 26 aufliegt. Ferner sind die Stromflussrichtungen in den
Anschlussteilen 24, 26 sowie den Widerstand 14 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Stromflussrichtungen in dem
Widerstand 14 und dem jeweiligen Anschlussteil 24, 26 entgegengesetzt ist. Die Stromflussrichtung in dem
Anschlussteil 26 ist beispielhaft in die Zeichenebene hinein und in dem Widerstand 14 im Bereich des Anschlussteils 26 aus der Zeichenebene heraus. Genau umgekehrt ist dies im Bereich des Anschlussteils 24, wo die Stromflussrichtung im Bereich des Widerstands 14 in die Zeichenebene hineinzeigt und im Bereich des Anschlussteils 24 aus der Ebene herauszeigt. Dies liegt daran, dass der Strom, wie in Fig. 7b zu erkennen ist, von dem Anschlusskontakt 4 an einem Ende des
Anschlussteils 26 bis zu dem Kontaktbereich 27b an dem anderen Ende des Anschlussteils 26 fließt. Von dem
Kontaktbereich 27b fließt dann der Strom über den Widerstand 14 in die entgegengesetzte Richtung zunächst zum kurzen
Schenkel und von dort zu dem Kontaktbereich 27a. Vom
Kontaktbereich 27a fließt der Strom von dem einen Ende des Anschlussteils 24 zu dem am anderen Ende des Anschlussteils 24 angeordneten Anschlusskontakt 6.
Durch die entgegengesetzten Stromflussrichtungen entstehen im Bereich des Spalts 15 gleichgerichtete B-Felder 17, 21 und im durch den Isolator 25 gefüllten Spalt entgegengesetzte B- Felder 17, 21. Zu erkennen ist, dass das B-Feld 17a durch den Strom im Widerstand 14 links drehend ist, wohingegen das B- Feld 21a rechtsdrehend ist. Das B-Feld 17b durch den Strom im Widerstand 14 ist rechtsdrehend und das B-Feld 21b wiederum linksdrehend. Somit sind die B-Feldlinien der B-Felder 17, 21 im Bereich des Spalts 15 gleichgerichtet, vorzugsweise parallel und im Bereich des Isolators 25 sind die B-Felder 17a, 21b und 17b, 21a entgegengesetzt, vorzugsweise
antiparallel.
Da der Strom im Widerstand 14 zeitweise etwas geringer sein kann, als in den Anschlussteilen 24, 26, was daran liegt, dass ein Teil des Stroms über die
Stromstärkesteuerungseinrichtung 12 von dem Anschlussteil 26 zu dem Anschlussteil 24 fließen kann, sind die B-Felder nicht immer gleich stark. Jedoch führt der kleine Spalt 15 von vorzugsweise weniger als 1mm trotz der entgegengesetzte
Stromflussrichtung in den Widerstand 14 und den
Anschlussteilen 24, 26 dazu, dass der Schwingkreis 13 eine geringe Induktivität, vorzugsweise weniger als 500mH hat.
Fig. 8a zeigt das erste Anschlussteil 26, welches an seinem ersten Ende den Anschlusskontakt 4 mit dem Topf 38 aufweist und diesem Ende ebenfalls den Kontaktbereich 27b. Ferner zeigt Fig. 8a das zweite Anschlussteil 24, welches an seinem ersten Ende den Anschlusskontakt 6 und ebenfalls an diesem Ende den Kontaktbereich 27a aufweist.
Ebenfalls ist, wie in Fig. 7a, der Isolator 15a aufgebracht und die Kontaktbereich 27 gebildet.
Wie in Fig. 8b gezeigt, kann der Widerstand 14 auf die
Anschlussteile 24, 26, bzw. den Isolator 15a aufgelegt werden. Der Widerstand 14 ist im gezeigten Beispiel U-förmig, und die langen Schenkel des Widerstands 14 verlaufen parallel zu den jeweiligen Anschlussteil 24, 26 und der kurze Schenkel verläuft senkrecht hierzu. Die Öffnung des Widerstands zeigt in Richtung der Anschlusskontakte 4, 6. Dies ist gemäß dem Beispiel in Fig. 7b genau umgekehrt. Dort zeigt die Öffnung des Profils des Widerstands von den Anschlusskontakten 4, 6 weg. Zu erkennen ist in Fig. 7b und 8b, dass das Profil des Widerstands 14 die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 an drei Seiten umgreift. Ein Querschnitt durch den Aufbau aus Anschlussteilen 24, 26 und Widerstand 14 gemäß Fig. 8b ist in Fig. 12 dargestellt. In Fig. 12 ist zu erkennen, dass der Widerstand 14 getrennt durch einen mit einem Isolator 15a gefüllten Spalt 15
beabstandet von dem Anschlussteilen 24, 26 auf den
Anschlussteilen 24, 26 aufliegt. Wie auch gemäß Fig. 11 weist eine Oberfläche B des Widerstands 14 in Richtung der
Oberfläche A der Anschlussteile 24, 26. Die
Stromflussrichtungen in den Anschlussteilen 24, 26 sowie den Widerstand 14 sind in Fig. 12 dargestellt.
Zu erkennen ist, dass die Stromflussrichtungen in dem
Widerstand 14 und dem jeweiligen Anschlussteil 24, 26 gleichgerichtet sind. Die Stromflussrichtung in dem Anschlussteil 26 ist beispielhaft aus der Zeichenebene heraus und in dem Widerstand 14 im Bereich des Anschlussteils 26 ebenfalls aus der Zeichenebene heraus. Genau umgekehrt ist dies im Bereich des Anschlussteils 24, wo die
Stromflussrichtung im Bereich des Widerstands 14 in die
Zeichenebene hineinzeigt und im Bereich des Anschlussteils 24 ebenfalls in die Zeichenebene aus der Ebene hinein zeigt. Dies liegt daran, dass der Strom, wie in Fig. 8b zu erkennen ist, von dem Anschlusskontakt 4 an einem Ende des
Anschlussteils 26 zu dem Kontaktbereich 27b an dem gleichen Ende des Anschlussteils 26 fließt. Außerdem fließt der Strom entlang des Anschlussteils 26 in die Stromstärke- Steuerungseinrichtung 12. Von dem Kontaktbereich 27b fließt der Strom auch über den Widerstand 14 in die gleiche Richtung wie im Anschlussteil 26 zunächst zum kurzen Schenkel und von dort zu dem Kontaktbereich 27a. Vom Kontaktbereich 27a fließt der Strom von Widerstand zu dem Anschlusskontakt 6. In dem Anschlussteil 24 fließt der Strom von Stromstärke- Steuerungseinrichtung 12 ebenfalls in Richtung des
Anschlusskontakts 6 und somit ebenfalls in die gleiche
Richtung . Durch die gleichgerichteten Stromflussrichtungen entstehen im Bereich des Spalts 15 entgegengesetzte B-Felder 17, 21 und im durch den Isolator 25 gefüllten Spalt gleichgerichtete B- Felder 17, 21. Zu erkennen ist, dass das B-Feld 17a durch den Strom im Widerstand 14 und das B-Feld 21a links drehend sind. Das B-Feld 17b durch den Strom im Widerstand 14 und das B-
Feld 21b sind rechtsdrehend. Somit sind die B-Feldlinien der B-Felder 17, 21 im Bereich des Spalts des Isolators 25, vorzugsweise parallel und im Bereich des Spalts 15 sind die B-Felder 17a, 21b und 17b, 21a entgegengesetzt, vorzugsweise antiparallel . Fig. 8c zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 8b, jedoch ist zu erkennen, dass die Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 mit den Anschlussteilen 24, 26 in dem Gehäuse 19 gekapselt ist und der Widerstand 14, kontaktiert über die
Kontaktbereiche 27 außerhalb des Gehäuses 19 angeordnet ist.
Fig. 9a zeigt einen ähnlichen Aufbau wie in der Fig. 8b, jedoch ist hier der Widerstand 14 auf der der Stromstärke- Steuerungseinrichtung 12 abgewandten Oberfläche A' der
Anschlussteile 24, 26 angeordnet.
Fig. 9b zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 8b, wobei der Widerstand 14 hier jedoch nicht durch ein U- förmiges Blech gebildet ist, sondern vielmehr als ein zwischen den
Kontaktbereichen 27 angeordnetes Kabel gebildet ist.
Fig. 10 zeigt den Aufbau der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a in einem weiter fortgeschrittenen Stadium. Zu erkennen ist, dass die Steuerungsschaltung 28 oberhalb des Widerstands 14 vorgesehen ist. Die Steuerungsschaltung 28 kann zum Einen zum Auswerten der Spannung über den Widerstand 14 dienen und somit über den Anschluss 30 ein Ansteuersignal 29 zum
Ansteuern der Trennvorrichtung 2b generieren.
Darüber hinaus kann über den Anschluss 30 ein Steuersignal in der Steuerungsschaltung 28 empfangen werden, mit dessen Hilfe die Halbleiterschalter in der Stromstärke- Steuerungseinrichtung 12 der Startstrombegrenzungsvorrichtung 2a angesteuert werden können. Insbesondere kann ein gepulster Betrieb der Halbleiterschalter erfolgen. Mit Hilfe eines pulsweitenmodulierten Startstromes ist es möglich, die von der Batterie 8 zum Starter 10 übertragene elektrische Energie zu regulieren, so dass der Startvorgang des Starters 10 gesteuert erfolgen kann.
Andererseits ist es möglich, über die Steuerungsschaltung 28 Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 komplett zu öffnen, so dass insbesondere zu Beginn eines Startvorgangs, vorzugsweise in den ersten 10, 20, 30, 40 oder 50ms der Strom
ausschließlich über den Widerstand 14 fließt. Erst
anschließend kann ein Schließen der Halbleiterschalter
Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 erfolgen, wobei die Halbleiterschalter gepulst, insbesondere in einem
pulsweitenmodulierten Verfahren geöffnet und geschlossen werden, so dass der Strom auch teilweise über die
Stromstärke-Steuerungseinrichtung 12 fließen kann. Mit Hilfe der gezeigten Vorrichtung ist es möglich, die
Starterleitung sowie den Starter im Crashfall stromlos und spannungslos zu schalten. Ferner ist es möglich, den
Startstrom zu begrenzen und gleichzeitig Halbleiter einer StartStrombegrenzungsvorrichtung vor Überströmen zu schützen. Darüber hinaus ist es möglich, die induzierten Spannungen in dem Startstrombegrenzungssystem so gering wie möglich zu halten und schließlich kann eine thermische Symmetrisierung und somit eine gute Wärmeabfuhr realisiert werden.

Claims

Pat ent an sp rüche
Startstrombegrenzungsvorrichtung mit
einem einem Kraftfahrzeugbatteriepol zugeordneten ersten elektrischen Anschlussteil,
einem einem Starter zugeordneten zweiten elektrischen Anschlussteil, und
einer das erste Anschlussteil mit dem zweiten
Anschlussteil zumindest zeitweise elektrisch
verbindenden Stromstärke -Steuerungseinrichtung,
wobei ein erster Strompfad von dem ersten Anschlussteil über die Stromstärke-Steuerungseinrichtung zu dem zweiten Anschlussteil verläuft,
dadurch gekennzeichnet ,
dass ein elektrisch parallel zum der Stromstärke- Steuerungseinrichtung geschalteter, das erste
Anschlussteil mit dem zweiten Anschlussteil verbindender Widerstand derart an Anschlussteilen angeordnet ist, dass der Widerstand mit einem ersten Schenkel mit dem ersten Anschlussteil kontaktiert ist und mit einem zweiten Schenkel mit dem zweiten Anschlussteil
kontaktiert ist und eine einem Anschlussteil zugewandte Oberfläche eines Schenkels parallel zu einer dem
Widerstand zugewandten Oberfläche des Anschlussteils verläuft .
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , dass die Schenkel eine Fläche aufspannen, die parallel zu einer dem Widerstand
zugewandten Oberfläche zumindest eines Anscl
verläuft . Startstrombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass zumindest ein Anschlussteil als Flachteil gebildet ist und die durch die Schenkel aufgespannte Fläche parallel zu der breiten, dem
Widerstand zugewandten Oberfläche des Flachteils
verläuft .
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Schenkel aufgespannte Fläche parallel, vorzugsweise planparallel zu einer zwischen den
Anschlussteilen aufgespannten Fläche verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel zumindest zwei, vorzugsweise drei Seiten der Stromstärke -Steuerungseinrichtung umgreifen.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strompfad von dem ersten Anschlussteil über den Widerstand zu dem zweiten Anschlussteil verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromflussrichtung im ersten Strompfad zumindest teilweise entgegengesetzt zu der Stromflussrichtung in dem zweiten Strompfad ist oder dass die
Stromflussrichtung im ersten Strompfad zumindest
teilweise gleichgerichtet zu der Stromflussrichtung in dem zweiten Strompfad ist. Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass der Widerstand räumlich derart zu den Anschlussteilen angeordnet ist, dass in einem Spalt zwischen den
Anschlussteilen und dem Widerstand die durch die Ströme in dem ersten und dem zweiten Strompfad erzeugten B- Feldlinien zumindest teilweise einander entgegengesetzt oder zumindest teilweise gleichgerichtet sind.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand derart zu zumindest einem Anschlussteil angeordnet ist, dass ein aus Widerstand, Anschlussteil und Stromstärke-Steuerungseinrichtung gebildeter
elektrischer Schwingkreis eine Induktivität von weniger als 500mH, vorzugsweise weniger als 200mH, besonders bevorzugt weniger als lOOmH hat.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt zwischen zumindest einem Anschlussteil und einem Schenkel des Widerstands gebildet ist und
insbesondere dass zumindest ein Schenkel des Widerstands in einem Abstand von weniger als 2mm, bevorzug weniger als 1mm, insbesondere weniger als 0,5mm von zumindest einem Abschlussteil beabstandet ist.
11. Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet ,
der Widerstand als Flachteil gebildet ist.
12. Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlussteil ein rechteckiges Flachteil mit einer dem Widerstand zugewandten Oberfläche mit einer größeren Abmessung in Stromflussrichtung im zweiten Strompfad als quer zu Stromflussrichtung im zweiten Strompfad ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktbereich für den Widerstand mit einem
Anschlussteil an einem einen Anschlusskontakt des
Anschlussteils zugewandten Ende des Anschlussteils ode an einem einen Anschlusskontakt des Anschlussteils abgewandten Ende des Anschlussteils angeordnet ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand sich
ausgehend von dem Kontaktbereich parallel zum
Anschlussteil verläuft.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand U- förmig ist, wobei die langen Schenkel zumindest teilweise parallel zu den jeweiligen
Anschlussteilen verlaufen und der kurze Schenkel quer zu den Anschlussteilen verläuft oder der Widerstand V- förmig ist, wobei die Schenkel winklig zu den jeweiligen Anschlussteilen verlaufen. Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand ein Shunt ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Widerstand zusammen mit den Anschlussteilen in einem Gehäuse angeordnet ist oder dass der Widerstand
außerhalb eines Gehäuses der Anschlussteile angeordnet ist .
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlussteil im Bereich des Widerstands elektrisch isoliert ist.
Startstrombegrenzungsvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussteile elektrisch mit der Stromstärke- Steuerungseinrichtung kontaktiert sind und vorzugsweise dass die Anschlussteile die Stromstärke- Steuerungseinrichtung mechanisch tragen.
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