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EP2394050A1 - Starthilfesystem für ein fahrzeug - Google Patents

Starthilfesystem für ein fahrzeug

Info

Publication number
EP2394050A1
EP2394050A1 EP10704321A EP10704321A EP2394050A1 EP 2394050 A1 EP2394050 A1 EP 2394050A1 EP 10704321 A EP10704321 A EP 10704321A EP 10704321 A EP10704321 A EP 10704321A EP 2394050 A1 EP2394050 A1 EP 2394050A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
starting
vehicle
battery
memory
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.)
Withdrawn
Application number
EP10704321A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Beck
André HAUBROCK
Heinz Wenzl
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of EP2394050A1 publication Critical patent/EP2394050A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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 or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0862—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
    • F02N11/0866—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery comprising several power sources, e.g. battery and capacitor or two batteries
    • 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 or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N2011/0881—Components of the circuit not provided for by previous groups
    • F02N2011/0885—Capacitors, e.g. for additional power supply

Definitions

  • the invention relates to a starting aid system for a vehicle, comprising at least one power switch, in particular semiconductor switch, and a method for jump starting in a vehicle.
  • a portable multi-purpose starter device from DE 20 2007 004 272 U1 is known.
  • This has a housing for receiving a rechargeable battery, wherein in the housing electrical connection elements for connecting the battery are provided with provided in the housing electrical components.
  • DE 199 51 094 C2 discloses a method and a device for securing a network containing a battery against reverse polarity, short circuit and / or overvoltage, whereby a reduced current flow from a jump start point to the battery detected and only in the case of compliance with predetermined limits, a direct connection of the Fremdstartst Jardin whatsoevers to the battery and the electrical system is made.
  • DE 100 49 321 A1 discloses a device for external power supply in a motor vehicle for powering electrical consumers, which are internally connected to a power storage of a motor vehicle electrical system, wherein an inductive receiving device in the vehicle and an inductively from the outside inductively coupling means are provided ,
  • the nominal voltage or operating voltage of the on-board network corresponds to avoid the problem when connecting parallel voltage sources with different voltage.
  • start-up systems that are additionally connected in case of failure of the starting function of an internal combustion engine
  • fixed-mounted starting systems for improving the starting power are known in which in addition to the on-board battery, a second energy storage, i.a. a high-performance memory based on double-layer capacitors is used.
  • a second energy storage i.a. a high-performance memory based on double-layer capacitors is used.
  • These starting systems e.g. described in US 5,818,115, DE 10 2004 016 292 A1, DE 196 01 241 A1 and DE 41 35 025 A1, also have in common that the additional energy storage has the same rated voltage as the memory still required for the energy supply of the electrical system.
  • DE 10 2004 032 197 A1 and DE 196 01 241 A1 and DE 197 09 298 A1 disclose a starting system, in contrast to a start-up aid system, in which the energy store used primarily for the starting process has a higher voltage.
  • the performance of the second, for the Onboard energy storage responsible is either not used during the boot process or only to the extent that allows the performance of a DC / DC converter for voltage adjustment, or it is only possible when the voltage of the memory with high rated voltage to the voltage level of the second Energy storage drops.
  • EP 1 424 494 A1 which describes a hybrid drive system for the common application of drive torque from two different memories with very different nominal voltage
  • the power of the two memories is not connected in parallel, as long as the voltages are different, but over one, the Power limiting DC / DC adjuster, which causes additional costs and additional weight.
  • the requested electric power of the starter depends on the one hand on the design of the internal combustion engine, ie displacement, gasoline / diesel engine, etc., and on the other of the environmental conditions, such as temperature, oil, the previous resting phase, etc., dependent. Furthermore, the electrical resistance between battery and starter terminals must be considered.
  • a lower limit voltage must not be undershot during the starting process, so that the engine control remains functional.
  • the vehicle electrical system voltage must thus always be above this limit even during the starting process.
  • the battery for some vehicles before starting for a few seconds a high power for some startup required functions is taken, such as over 100 A for preheating a diesel engine or about 50 A for the engine control unit and other control units.
  • a startup assistance system must be able to deliver a certain minimum energy without significantly reducing the starting power. It is known that in principle the maximum power that can be delivered by batteries and double-layer capacitors is reached when the internal resistance and the load resistance are equal. However, it should be noted here that, especially with batteries, the internal resistance depends on the current.
  • the internal resistance changes during the startup process.
  • the differences in internal resistance depend on the age of the battery and the importance of diffusion and transport processes. These can significantly increase the internal resistance within one second.
  • the resistance of the starter motor (load resistance) is significantly influenced by the induced by induction counter tension of the starter motor, which in turn is speed dependent. Furthermore, this is influenced by the fluctuating torque requirement of the internal combustion engine in the compression and expansion phases. It is therefore not possible to operate the battery during startup always at the point of maximum power output. It is also to distinguish between the point of maximum power output at the start of the starting process (breakaway torque) and the maximum power output during the startup process.
  • the load resistance of the starter at standstill is given by the ohmic resistance of the windings and very low (in the range of about 2 milliohms to 5 milliohms).
  • the usually used in the vehicle battery is thus operated at the start of the boot almost in the short circuit and near the maximum power point and the terminal voltage is well below the rated or operating voltage at about 8 - 10 V.
  • an optimal power adjustment internal resistance of Battery equal load resistance (sum of all line resistances, including cable and starter windings)
  • the reverse voltage generated by induction is converted into a current-dependent or speed-dependent load resistance approx. 10 to 50 milliohms (m ⁇ ) and is thus much higher than at the beginning of the starting process.
  • the maximum power of the battery used could then be removed if the internal resistance of the battery at the respective currents flowing corresponds to the load resistance, that is to say the resistance of the starter during the starting process.
  • the internal resistance of a conventional lead-acid battery with 12 V nominal voltage is significantly lower in design and technology due to the currents flowing during the starting process, so that the battery does not output its maximum power and is significantly oversized and too heavy for the starting process.
  • a lightweight portable startup device that can provide a high starting current for a few seconds, wherein the peak current required within the first approximately 0.1 second need not be fully provided by a start-up aid system, since an existing (lead starter ) Battery can also provide a high current for a short time in the aged state and deep discharge.
  • an existing (lead starter ) Battery can also provide a high current for a short time in the aged state and deep discharge.
  • the possibility of a direct reloading of the auxiliary starting memory after the jump start via the electrical system of the motor vehicle would also be desirable, the charging time should be low.
  • the present invention is therefore an object of the invention to solve the above-mentioned problems and to provide a start-up system that allows a maximum power output of the battery or other energy storage, which flows at about 50% of its nominal voltage, this power can be optimally used and that it can be recharged both via the on-board network and via the public supply network.
  • a start-up assistance system characterized in that at least one internal starting aid memory with a predetermined, also provided below and above the nominal or operating voltage of the electrical system voltage rated voltage and the at least one circuit breaker is automatically switched by a control logic , At the same time with the current flow through an intended for starting electric drive and / or upon detection of a voltage drop below a predeterminable, dependent on the rest voltage of the starter battery threshold, the internal starting assistance memory for assisting in the power requirement during the startup to the starter battery is connected in parallel or switched ,
  • the object is achieved in that when connecting one or the jump start system to the electrical system of a vehicle, the vehicle electrical system voltage is measured at rest, a control logic of the starting assistance system is powered, the time for switching on the voltage of the auxiliary starting memory falls below a predeterminable threshold based on the voltage measured during clamping vehicle voltage reduced by an occurring voltage jump of n volts calculated or signaled by receiving a
  • a start assist system in which by providing the Start Decorated Grande, a start assist system is created, in which by providing the Start Decorated Grande, a start assist system is created, in which by providing the Start Decorated Itemss parallel to the starter battery this in the power requirement during a boot process or during the boot-initiating functions required by the operation. Discharging the booster battery and charging the starter battery before starting the boot process is prevented by the targeted connection, so that no unwanted charge balance between the memories occurs.
  • the nominal voltage of the internal auxiliary starting memory can differ significantly from the nominal or operating voltage of the vehicle electrical system.
  • the parallel connection of internal starting aid storage and starter battery takes place at very different voltages of both energy storage without previous voltage adjustment. This is an advantage that the prior art systems do not have.
  • the term "at the same time” not only means an absolutely simultaneous connection, but is also regarded as a simultaneous connection, in which a time delay for detecting a voltage dip is taken into account and in which there is a time delay due to the required computing time of a microcontroller
  • To trigger the switching of the circuit breaker is the signal of detecting a voltage dip as well as the activation with a signal from the engine control.
  • a load jump or voltage jump can be detected. It is also possible to query a corresponding signal of an engine control unit and in response thereto switch on the starting assistance memory.
  • a connection of the startup memory is in each case only when it is really necessary, a shutdown after the boot process. Compensating charges between the starter battery and the auxiliary battery in the form of the auxiliary starting memory are therefore not available.
  • the starting aid memory can be recharged via the vehicle electrical system to a specified end-of-charge voltage by closing the circuit breakers and direct recharging without a DC / DC controller or by recharging via an internal DC / DC controller with the circuit-breaker open.
  • the starting aid system also switches several times on and off; so that whenever the lower or upper threshold is reached, the power supply or the start assistance is turned on or interrupted. An interruption of the power or voltage supply can alternatively be done after a predetermined period of time.
  • the voltage of the auxiliary starting memory and the rated or vehicle electrical system voltage of the vehicle may differ considerably.
  • a rated voltage of at least about 10 V be useful in double-layer capacitors, for example, three double-layer capacitors can be provided with a nominal voltage of about 2.5 to 2.7 V, respectively.
  • the principle of performance adjustment can no longer be used.
  • the rated voltage and / or operating voltage of the auxiliary starting memory it would also be possible for the rated voltage and / or operating voltage of the auxiliary starting memory to correspond to the nominal voltage and / or operating voltage of the vehicle electrical system battery.
  • a starting aid battery or a starting aid memory with a higher rated voltage than is now commonly used so that the required power can be provided with a smallest possible battery.
  • the voltage limits during startup can still be met. If e.g. a battery with 18 V operating voltage and an internal resistance, which corresponds to the load resistance of the starter during startup, is used, the output voltage of the battery or the auxiliary starting memory during startup is about 9 V and the startup process can be performed easily.
  • the voltage of the Start Huaweiiquess with batteries is chosen so large that the optimum charging voltage of the booster battery is about twice as high as the vehicle electrical system voltage while the alternator is running.
  • the memory is made up of a series connection of individual cells with a defined internal resistance. The aim should be to choose the number of cells so that the internal resistance and the load resistance have an equal value, so that a Power adjustment with maximum output power and minimum losses is achieved.
  • a starting aid memory with an unusual rated or operating voltage is used, in particular a battery or a double-layer capacitor, with a nominal voltage of at least approximately 10 V.
  • the capacity of the starting aid battery can amount to at least approximately 2 Ah, in particular 2 to 10 Ah, in particular 6 to 7 Ah. Even a capacity of just under 2 Ah is possible in principle, but usually capacity values of more than 2 Ah will be used.
  • a nickel-metal hydride battery When a nickel-metal hydride battery is used, it may have, for example, a capacity of about 6.5 Ah and an internal resistance of about 1.3 to 1.6 m ⁇ per cell after a millisecond discharge with a discharge current in the range from about 600 to 800 A. ,
  • the internal resistance of the auxiliary starting memory is chosen or selected so that the internal resistance of the auxiliary starting memory corresponds approximately to the internal resistance of the starter in the operating state of a start.
  • the total voltage of the booster battery in the idle state can advantageously be about twice as high as an optimum voltage occurring during the starting process. Regardless of the rated voltage thus has the starting aid memory required for a starting operation on internal resistance area and the electrical system of the vehicle, the jump start is given, can be protected from a nominal voltage outside the permissible range.
  • a control device which controls the connection of the internal start-up memory of the jump start system to the electrical system, so that both batteries or storage, the on-board battery and the starting aid memory, are operated in parallel only during load time. Problems due to the design of the batteries or memory with different voltage can be avoided because due to the low load resistance and the then flowing from both memories currents the common voltage of both energy storage in the allowable voltage range remains. Separating diodes, which prevent a current flow from the auxiliary starting memory with its higher voltage in the electrical system battery with its lower voltage, and which are described in the above-described references of the prior art, are not required under the selected internal resistance conditions. The resulting costs as well as their additional internal resistance can be avoided.
  • the object can also be achieved by a method in which, with a favorable choice of the rated and operating voltage of the auxiliary starting memory, especially if it is below the operating voltage of the electrical system battery, the control logic and the switch operated by it by a passive Component, eg a diode, to be replaced.
  • the function of the control logic and the switch operated by it may thus be controlled by a passive semiconductor switch, e.g. a diode, which only becomes conductive when the voltage of the auxiliary starting memory is above the voltage of the starter battery, which is greatly reduced during the starting process.
  • a diode is connected between a starting aid memory with an operating voltage below the usual electrical system voltage in the idle state and the electrical system, which then allows a flow of current from the starting aid memory, if the vehicle electrical system voltage due to the voltage drop during startup under the voltage of the startup auxiliary memory sinks.
  • the task for a method for starting assistance in a vehicle can be achieved in that the starting assistance memory is manually switched on at low vehicle electrical system voltage or by connection to the Anlagenelektrik is automatically switched on when the starting process of the vehicle is actuated.
  • a boot process via the external start assist system without a built-in system battery is usually not provided, since the vehicle should remain functional after the startup and then running engine even after disconnecting the Jump Start system. This would not be possible without a battery in the vehicle. Further demands on the performance and voltage of the built-in system battery are not set up here.
  • the protective circuit comprises at least one resistor or a diode, via which the starting aid memory is discharged or discharged starting at a predefinable voltage which is above the voltage to be expected during operation of the vehicle electrical system voltage and the load of the vehicle electrical system.
  • the protective circuit is advantageously made of a diode, so that is shorted at a voltage exceeding the inadmissible current through this device.
  • the protective circuit is advantageously connected hard with the output terminals of the starting aid system, so it is always active. Advantageously, it is not engaged when loading the Start Huawei Boulevards. If a continuous load of this protective circuit acting as a bypass is not possible, advantageously an acoustic warning message can be issued, which prompts for disconnecting the starting aid system.
  • At least one device for smoothing the voltage is provided in the case of frequent switching operations by the control logic, in particular in the case of manual activation of the starting aid memory.
  • a smoothing device may e.g. be a smoothing capacitor.
  • An activation of a permanently installed start-up assistance system can take place simultaneously with the activation of the starter motor by the engine control.
  • a Activation of the starter assist system as an external device which is only connected in parallel to the vehicle power supply battery during startup problems, can take place when a load jump is detected by a voltage jump. Therefore, a device for detecting a load jump is advantageously provided, which is advantageously encompassed by the control logic and which emanates from the measured before the start of the vehicle electrical system voltage and switching on or Leitendinate a circuit breaker.
  • the booster battery is automatically connected via the circuit breaker and disconnected, so that a startup process via the Start Huawei Grande and a reload of this is done automatically by the on-board battery.
  • the starting aid battery can also be configured manually switchable when a load jump can not be detected and / or when the vehicle electrical system voltage is so low that the starting process of the vehicle by its control units is no longer einleitbar.
  • the jump start memory can also be automatically connected when connected to the vehicle control via the vehicle control upon application of a signal to start the engine.
  • the starting aid storage can be connected in parallel to the battery of the vehicle and, in particular, disconnected from the battery of the vehicle if the vehicle electrical system voltage rises above a predefinable limit value when the vehicle engine is running. Because at this time the jumper terminals have the same voltage as the on-board battery, there is no sparking when disconnected. Incidentally, no sparking occurs even when connecting the booster with the electrical system, since the terminals of the booster are de-energized. A protection against reverse polarity is automatically ensured by the control unit and the sequence when connecting and disconnecting is not relevant.
  • a circuit arrangement for directly charging the start-up memory in particular two halves of the start-up auxiliary memory or the starting aid battery, provided via the electrical system.
  • the starter assist system can advantageously be connected directly to the starter battery of the vehicle for recharging or remain connected after completion of the jump start, so that recharging takes place via this. There are no discharge and no equalization currents, so that consequently no problems when connecting and disconnecting occur.
  • the jump start memory can advantageously via an external Voltage source or an external charger that provides the desired charging voltage, or be recharged.
  • an internal charger may be provided for charging the start-up memory.
  • the charging power is advantageously designed so that in a short time, for example, about one minute, the charge taken in the jump start charge is again largely loaded into the starting aid memory, ie the charging current is for example a few 10 amps.
  • the separation of the starting aid memory in two halves, which can be loaded in parallel with half of the otherwise required voltage, is advantageous for direct charging via the electrical system.
  • the two halves of the Start Vietnamese acidss can be connected to each other via at least one switch and with the electrical system battery via other switches.
  • the one switch can be identical to the circuit breaker of the start assist system, which can be switched on via the control logic.
  • the switch may also be identical to the switch of the starter motor, which connects the starter motor during startup with the electrical system.
  • At least one device can be provided for evaluating the data of the start-up assistance system for assessing the onboard power supply battery. About such an evaluation can be quickly and easily determined whether, if necessary, the electrical system battery is damaged and, if necessary, must be replaced or whether a short circuit in the electrical system is present.
  • a data logger is advantageously designed as an independent unit of the start-up assistance system in order to be able to evaluate data and to be able to record further data even after the starting process and disconnection of the start-up assistance system. With a connected start-up assistance system, if necessary, an engine hood of a vehicle can no longer be closed, which is why the start-up assistance system should be removed in order to drive the vehicle into a workshop or other location.
  • the datalogger measures the voltage of the vehicle electrical system and stores it with a high temporal resolution, such as 1 kHz. It can be switched on manually and either begins to save the data by means of another manual intervention or it starts to save as soon as the voltage changes by more than a predefinable value, eg 0.5 V when switching on control units. For this purpose, a corresponding query and evaluation of the voltage values is provided.
  • the starting aid system is modular. Depending on the type of vehicle, the integrated starting aid memory can be individually adapted with regard to energy content, continuous power output, peak power, voltage, temperature behavior, etc.
  • the other components of the start-up assistance system can be used independently of the start-up assistance store in all embodiments of start-up assistance systems.
  • the housing With regard to the structure of the starting aid system, it proves to be advantageous to make the housing so that it is designed in the manner of a cover, which is in particular adapted to shape, can be placed on the weak electrical system battery. In case of an explosion there would be protection against splinters.
  • 1 shows a diagram with internal resistances of different NiMH modules with 6 cells at different current amplitudes
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the structure and the coupling of a starting aid according to the invention to a vehicle electrical system
  • FIG. 3 shows a diagram showing the voltage curve during a starting process (low-level battery) with indicated switching thresholds (U1, U2) of the starting assistance system,
  • 4a, 4b is a schematic representation of a direct charge circuit for recharging the booster battery, wherein the state of the circuit breaker between the on-board battery and the two halves of the booster battery during the startup process ( Figure 4a) and during the recharge ( Figure 4b) are shown
  • FIG. 5a, 5b is a schematic representation of a start-up procedure (FIG. 5a) and a charging process (FIG. 5b) for recharging the starting aid battery, wherein the state of the power switches between the onboard power supply battery and the two halves of the starting aid battery during the starting process (FIG. 5a) and during the recharging (FIG. 5b), and FIG. 6 shows a schematic representation of a device according to the invention
  • Figure 1 shows a diagram showing the internal resistances of various nickel-metal hydride modules with six cells at different current amplitudes. Values up to approx. 200 A represent the usual field of application for modules of hybrid vehicle applications.
  • the six cells of the nickel-metal hydride modules have a nominal voltage of 7.2 V in the example shown.
  • nickel-metal hydride modules or batteries having a capacity of approximately 6.5 Ah in the range of approximately 600 A have an internal resistance of approximately 1.3 to 1.6 m ⁇ per cell after one millisecond Have discharge. After one second, the value increases to approx. 2 to 2.3 m ⁇ per cell.
  • FIG 2 shows schematically the structure of a starting aid system 10 according to the invention, which can be connected to an electrical system 11 of a motor vehicle, including a starter, and a starter battery 12, when the starting process with the built-in electrical system battery alone can not be performed successfully.
  • the starting aid system 10 comprises a control logic 1 and an internal starting aid memory 2, for example, with a rated voltage above 12 V, which can be connected in parallel with the starter battery to assist in the power request during the startup process.
  • the switch-on and switch-off thresholds or criteria for the internal start help memory can be specified exactly to the control logic, so that the switching thresholds for the memory technology used can be adjusted accordingly.
  • the switching thresholds are dynamically changeable by the logic unit or control logic depending on the terminal voltage of the electrical system.
  • a schematic representation of the voltage curve during a starting operation of a weak battery can be seen together with the switching thresholds LM and U2 of the starting aid system in FIG.
  • control logic 1 is supplied with power by the starting aid memory 2. Therefore, the control logic 1 is provided with a switch or circuit breaker 7 for manually disconnecting the control logic of the starting aid memory 2, so that the starting aid memory in the form of a battery is not discharged at a standstill.
  • the start-up assistance system comprises a data logger 4, which is integrated between the starter battery and the control logic.
  • This data logger can be designed as a separate unit that can be separated from the other components of the startup assistance system.
  • Current, voltage and possibly temperature values can be recorded via this data logger 4 and stored with high temporal resolution, eg with a resolution of 1 kHz.
  • the data stored in the data logger 4 data can be read, for example via a USB port.
  • An evaluation can be made via a normal PC, which is not shown in Figure 2.
  • the start-up assistance system also has a 12 V vehicle electrical equipment 6.
  • this is not essential.
  • the 12 V onboard power supply device can generate a required vehicle electrical system voltage in the permissible range instead of the starting aid memory or in addition to this.
  • the onboard power supply 6 can be connected via a switch 8 to the electrical system 11.
  • the internal starting aid memory 2 usually has a different terminal voltage than the starter battery 12.
  • the voltage will be above the vehicle electrical system voltage, so that they can be operated in the range of their maximum power.
  • DSC double-layer capacitors
  • a lower voltage can be used to minimize the cost of the double-layer capacitors.
  • a voltage which is significantly above the maximum permissible vehicle electrical system voltage is usually not possible since very large double-layer capacitors close to the short circuit initially show only a small voltage dip.
  • the starting aid memory 2 normally has a significantly higher rated voltage than the vehicle electrical system.
  • the voltage of the auxiliary starting memory 2 will be in the range of about 20 V to about 26 V.
  • 20 V are provided by eg 15 NiMH cells with a rest voltage of about 1.32 V / cell
  • 26 V are realized by eg 18 NiMH cells with a voltage of about 1.45 V / cell, measured a short time after disconnection from the charge sustaining voltage.
  • the values are twice as high, that is, at about 40 V to about 52 V.
  • a protective circuit is provided (not visible in FIG. 2) which starts at a predefinable voltage which exceeds the expected during operation vehicle electrical system voltage and the consumer On-board network damaging voltage is, for example a voltage of about 15 V, the starting aid memory, e.g. a battery, discharges through a resistor.
  • the starting aid memory e.g. a battery
  • a Zener diode may be provided, which becomes conductive from a certain voltage.
  • Such a device may be a DC / DC converter, which uses the voltage of the electrical system, as soon as the electrical system has a voltage above about 13V.
  • a plug-in power supply or a conventional charger can be used as a device, the cigarette lighter of a vehicle and a DC / DC converter or a 240 V socket, a plug-in power supply or a conventional charger can be used.
  • the control logic monitors the charging process and releases the DC / DC converter. An overload of the memory is also prevented by the control logic.
  • the charging can also take place directly through the vehicle electrical system battery 16, as outlined in FIGS. 4a and 4b.
  • a circuit breaker 13 is inserted between the two halves of Start Decorate Grandes. This is closed during the starting process for connecting the two halves 20, 21 of the booster battery or the memory ( Figure 4a) and is for the reloading process opened ( Figure 4b).
  • the switch 13 corresponds to the switch 7.
  • Two other circuit breakers 14, 15, the two halves 20, 21 of the start-up memory 2 are connected to the electrical system battery at the two ends or poles.
  • the two circuit breakers 14, 15 are open during startup and are closed for reloading.
  • the vehicle electrical system voltage rises very quickly to over 13 V, so that then the booster battery can be charged.
  • FIGS. 5a and 5b correspond in principle to FIGS. 4a and 4b.
  • the starter motor 17 is shown in addition to the structure in FIGS. 4a and 4b, as is the internal resistance 18 of the vehicle electrical system battery 16.
  • the starter motor 17 is in each case parallel to the series connection of the two halves 20, 21 the booster battery and the circuit breaker 13 switched.
  • the starting assistance system is thus installed in the immediate vicinity of the starter motor 17 and loads the vehicle electrical system battery 16, so that they only have to deliver a comparatively small proportion of electricity during the starting process.
  • the power switch 13 may also be identical to the magnet switch of the starter motor, which is actuated via the engine control unit or the ignition key for switching on the starter motor.
  • FIG. 6 shows this variant.
  • the power switch 13 is formed as a magnetic switch and has a coil 19 for actuating the magnetic switch.
  • a parallel to the power switch 15 provided diode 22 is provided only in the event that the coil 19 of the magnetic switch 13 of the starter motor 17 and all other consumers of the circuit are not sufficiently high impedance, so for example, about 50 m ⁇ below, corresponding to a load current of 60 A. ,
  • the two power switches 14,15 for charging the two halves 20,21 of the booster battery can also be looped into the circuit for actuating the magnetic switch 13.
  • the charging voltage of a NiMH battery is for example in the range of 1, 4 to 1, 6 V / cell, ie in a nine-cell battery with a rated voltage of 10.8 V at a vehicle electrical system voltage between 12.6 and 14.4 V.
  • the advantage of in Figure 4a, b outlined charging circuit is that this does not require a DC / DC converter and thus is easier and cheaper.
  • the recharging of the auxiliary starting memory takes place immediately after the end of the starting process until the starting aid system is disconnected.
  • the charging circuit also has the advantage that standard chargers can be used for 12 V vehicle electrical systems.
  • the current of the starting aid memory is also advantageous to measure the current of the starting aid memory by the voltage drop across the circuit breakers 7 or 13, so that without additional components of the data logger can detect the power of the booster, and / or the battery current through a clamp meter.
  • the determination of the charging and discharging current is possible here in order to enable a monitoring of the state of charge, which is calculated via the current integral.
  • the starting aid memory can be used.
  • the smoothing capacitor can be charged to a voltage necessary for the initiation of the starting process voltage, for example 10 V.
  • the voltage will fluctuate relatively high for small and inexpensive capacitors. It is therefore also possible to use a small replacement battery, namely the onboard power supply unit 6, if the engine control units do not work properly with such high and large voltage fluctuations, even if they are within the permissible voltage range.
  • This replacement battery is capable of supplying a sufficiently high current for a short time, eg 10 seconds, eg a current of about 50 amps without the on-board voltage dropping below the voltage level at which the controller turns off.
  • 10 series-connected 2.5 Ah high-rate NiCd or NiMH cells or a 12V lead-acid battery in the capacity range of approx. 2-6 Ah or a small lithium battery (3 cells) are already sufficient for this purpose. From the voltage curve of the vehicle electrical system during and after the starting process can already be concluded without current measurement, but better with current measurement, on the state of the electrical system battery. If the voltage of the generator increases to the set voltage value of the electrical system, then it can be assumed that the charging capacity of the battery is low and it is sulphated.
  • the control logic 1 is first switched on and supplied by the booster battery when connecting the jump start system to the electrical system of a vehicle.
  • the on-board voltage of the weak starter battery is measured. If the vehicle electrical system battery has too low a voltage or load capacity, then the power is supplied via the on-board power supply battery or the smoothing capacitor charged via the starting auxiliary storage.
  • a manual switch is provided.
  • the control logic calculates the voltage U1 at which the switch is to be switched off from the vehicle electrical system voltage measured during clamping by a voltage jump of n volts, for example 2 volts.
  • Such a voltage jump or break is associated with a high current load of the electrical system battery, as it exists during the starting process.
  • the voltage supply is interrupted again, so the start assist system off as soon as the voltage is above a voltage U2, for example, of about 13 V, but at the latest after a predetermined time, such as 5 seconds.
  • the respective switching thresholds can be specified by the manufacturer, as can the time values, so that an adaptation to any on-board network topologies and starting aid memory is possible.
  • the voltage and Time values are no longer changed by the user, so that no damage to the electrical system of the vehicle by an incorrect setting of the values occur. Basically, however, a user-side adjustability of the voltage and time values can be provided.
  • the switch 7 can be operated manually, so that the starting assistance memory 2 is switched to the electrical system.
  • the vehicle electrical system voltage then rises immediately steeply and the switch 7 is operated via the control logic 1 so that the vehicle electrical system voltage remains in a likewise predeterminable voltage range, for example, a range between about 8 V and about 12 V.
  • the power switch 7 should conduct high currents with low loss and be inexpensive, which is why the use of eg a MOSFET proves to be suitable. Losses when switching on and off can usually be neglected. Because of the maximum low duty cycle of eg 5 seconds no special cooling is needed.
  • a particularly favorable structure results in the provision of a parallel connection of MOSFETs, since then also modules with a maximum current of well over 1000 A can be built by simply connecting several MOSFETs in parallel using a driver.
  • the start-up assistance system is placed on the battery to be started, e.g. with a shape-adapted housing, it is possible to make the cables used 5 for the connection of the start-up assistance system to the electrical system and the starter battery or vehicle power supply very short, e.g. to be provided with a length of about 30 cm.
  • cables can advantageously be saved and inductive overvoltages, which can have a negative effect on the electrical system, be avoided. Due to the small length, the cables can be relatively thin.
  • starting assistance systems and methods for starting aid can be formed numerous other, in each of which at least one circuit breaker, in particular semiconductor switches and at least one internal starting aid memory are provided, the starting auxiliary memory connected in parallel to the starter battery of the vehicle is or can be switched.
  • the nominal voltage or operating voltage of the auxiliary starting memory is higher than usual and differs in particular from the vehicle electrical system voltage.
  • the starting aid system described here can completely replace a starter battery, for example in vehicles in which, in addition to a vehicle power supply battery, a starter battery used only for the starting process is used, or in emergency power systems.
  • a DC / DC converter in combination with a small battery which does not have to be designed for high starting power, in this case provides for the stabilization of the low voltage electrical system and the starting process of the internal combustion engine is using a modified Version of the start assist system presented here.
  • the start assist system described here in the immediate vicinity of the starter motor can be permanently installed and load the onboard power supply battery, so that they only have to deliver a relatively small proportion of electricity during startup.

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Abstract

Bei einem Starthilfesystem (10) für ein Fahrzeug, ist zumindest ein interner Starthilfespeicher (2) mit einer vorgebbaren Nennspannung, vorgesehen, wobei der interne Starthilfespeicher (2) zum Unterstützen bei der Leistungsanforderung während des Startvorgangs zur Starterbatterie (12) des Fahrzeugs parallel schaltbar oder geschaltet ist. Das Starthilfesystem (10) wird in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis des Startvorgangs automatisch zugeschaltet. Bei einem Verfahren zur Starthilfe bei einem Fahrzeug wird beim Anklemmen eines oder des Starthilfesystems an das Bordnetz eines Fahrzeugs die Bordnetzspannung gemessen, wird eine Steuerlogik (1) des Starthilfesystems mit Strom versorgt, der Zeitpunkt des Zuschaltens der Spannung des Starthilfespeichers (2) aus der beim Anklemmen gemessenen Bordnetzspannung verringert um einen Spannungssprung von n Volt berechnet, und wird die Spannungszufuhr unterbrochen, sobald die Bordnetzspannung über eine vorgebbare Spannung (U2) steigt.

Description

STARTHILFESYSTEM FÜR EIN FAHRZEUG
Die Erfindung betrifft ein Starthilfesystem für ein Fahrzeug, umfassend zumindest einen Leistungsschalter, insbesondere Halbleiterschalter, sowie ein Verfahren zur Starthilfe bei einem Fahrzeug.
In der Pannenstatistik des ADAC finden sich startunwillige Batterien all-winterlich auf dem vordersten Platz. Fast 850.000 Mal mussten die ADAC- Straßenwachtfahrer im letzten Jahr Starthilfe wegen entladener oder defekter Batterien geben - und das keineswegs nur bei älteren Autos. Zum Einsatz kommen in der Regel relativ große und schwere Starthilfegeräte, die mit einer Bleibatterie ausgerüstet sind. Für einen mobilen Einsatz sind diese Geräte somit nur begrenzt geeignet. Zudem können diese Art von Starthilfegeräten in der Regel nicht schnell über das Bordnetz eines Fahrzeugs nachgeladen werden.
Im Stand der Technik ist beispielsweise ein tragbares Mehrzweckstartergerät aus der DE 20 2007 004 272 U1 bekannt. Dieses weist ein Gehäuse zur Aufnahme einer aufladbaren Batterie auf, wobei im Gehäuse elektrische Anschlusselemente zur Verbindung der Batterie mit im Gehäuse vorgesehenen elektrischen Komponenten vorgesehen sind.
Aus der DE 299 09 348 U1 ist ein tragbarer Batterie-Energiespeicher mit einem integrierten Wechselrichter und einer netzunabhängigen Wiederauflade- einrichtung, die mittels Solar- und/oder Windgeneratoren wieder aufgeladen werden kann, bekannt.
Die DE 199 51 094 C2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherung eines eine Batterie enthaltenden Netzes gegen Verpolung, Kurzschluss und/oder Überspannung, wobei ein reduzierter Stromfluss von einem Fremdstartstützpunkt zur Batterie erfasst und lediglich im Falle der Einhaltung vorgegebener Grenzwerte eine direkte Anschaltung des Fremdstartstützpunktes zur Batterie und zum Bordnetz vorgenommen wird. Die DE 100 49 321 A1 offenbart eine Vorrichtung zur externen Stromeinspeisung in ein Kraftfahrzeug zur Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern, die intern an einen Stromspeicher eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes angeschlossen sind, wobei eine induktive Empfangseinrichtung im Fahrzeug und eine von außen induktiv elektrischen Strom einkoppelnde Einrichtung vorgesehen sind.
Ein weiteres System zur Starthilfe ist aus der US 6,212,054 B1 bekannt. Dieses System kann ein falsches Anschließen detektieren und dadurch die Gefahr insbesondere des Explodierens einer Batterie aufgrund eines Vertauschens der Pole vermeiden. Das System umfasst einen Schalter, der die Spannung ein- und ausschaltet. Das System erkennt über seine Klemmen selbständig eine falsche Polarität der angeschlossenen Kabel und schaltet diese spannungsfrei, sofern eine falsche Polarität festgestellt wird. Ferner werden die Klemmen auch spannungsfrei geschaltet, sobald die Kabel von diesen getrennt werden.
Bei allen diesen Produkten und Verfahren wird ein zweiter Energiespeicher angeschlossen, dessen Nennspannung bzw. Betriebsspannung der des Bordnetzes entspricht, um die Problematik beim Parallelschalten von Spannungsquellen mit unterschiedlicher Spannung zu vermeiden.
Neben Starthilfesystemen, die bei Versagen der Startfunktion eines Verbrennungsmotors zusätzlich angeschlossen werden, sind auch fest montierte Startsysteme zur Verbesserung der Startleistung bekannt, bei denen zusätzlich zur Bordnetzbatterie ein zweiter Energiespeicher, i.a. ein auf hohe Leistung ausgelegter Speicher auf Basis von Doppelschichtkondensatoren verwendet wird. Diese Startsysteme, z.B. beschrieben in US 5,818,115, DE 10 2004 016 292 A1 , DE 196 01 241 A1 und DE 41 35 025 A1 , haben ebenfalls gemeinsam, dass der zusätzliche Energiespeicher die gleiche Nennspannung wie der für die Energieversorgung des Bordnetzes weiterhin erforderliche Speicher hat.
In der DE 10 2004 032 197 A1 sowie der DE 196 01 241 A1 und der DE 197 09 298 A1 wird ein Startsystem, im Gegensatz zu einem Starthilfesystem fest eingebaut, offenbart, in dem der für den Startvorgang primär eingesetzte Energiespeicher eine höhere Spannung hat. Die Leistung des zweiten, für das Bordnetz verantwortlichen Energiespeichers wird während des Startvorgangs entweder nicht genutzt oder nur in dem Maße, in dem die Leistung eines DC/DC- Wandlers zur Spannungsanpassung dies erlaubt, oder sie wird erst ermöglicht, sobald die Spannung des Speichers mit hoher Nennspannung auf das Spannungsniveau des zweiten Energiespeichers abfällt. Auch in der EP 1 424 494 A1 , die ein Hybridantriebssystem zur gemeinsamen Aufbringung von Antriebsdrehmoment aus zwei unterschiedlichen Speichern mit stark unterschiedlicher Nennspannung beschreibt, wird die Leistung der beiden Speicher nicht unmittelbar parallel geschaltet, solange die Spannungen unterschiedlich hoch sind, sondern über einen, die Leistung begrenzenden DC/DC-Steller, der Zusatzkosten und Zusatzgewicht verursacht.
Die Frage, wie die maximale Leistung eines zweiten Energiespeichers, die etwa bei 50 % seiner Nennspannung fließen würde, für den Startvorgang zur Unterstützung der sowieso bereits vorhandenen Bordnetz- und Starterbatterie genutzt werden kann, wird in keiner dieser Druckschriften des Standes der Technik gelöst.
Beim Startvorgang eines Fahrzeugs fließen Ströme von mehreren hundert Ampere, beispielsweise von über 1.000 A bei großen Diesel-Pkw- und über 2.000 A bei Lkw-Motoren und anderen großen Motoren. Unmittelbar zu Beginn des Startvorgangs bei stehendem Anlassermotor liefert die Starterbatterie einen Batteriestrom, der im wesentlichen durch den ohmschen Wicklungswiderstand des Anlassermotors, der das Mehrfache des Innenwiderstands einer neuen Batterie beträgt, begrenzt wird, bis sich durch die Drehung des Anlassermotors eine Gegenspannung aufbaut und den Batteriestrom deutlich verringert. Der sich dabei einstellende Strom beträgt ca. 30 - 50 % des Spitzenstroms. Durch die Kompressionsvorgänge im Verbrennungsmotor ergeben sich große Leistungsschwankungen. In der Regel dauert ein Startvorgang nicht länger als ca. eine Sekunde. Die benötigte Ladungsmenge liegt oft deutlich unter ca. 1.000 As und die Energiemenge je nach Spannungslage deutlich unter 10.000 Ws. Der in den ersten ca. 0,1 Sekunden, also zu Beginn des Anlassvorgangs benötigte Spitzenstrom kann häufig auch von einer gealterten Batterie oder einer Batterie mit sehr geringer Kapazität bzw. Ladezustand geliefert werden. Der danach für ca. 1 bis 2 Sekunden fließende Strom kann dagegen von einer gealterten oder stark entladenen Batterie nicht mehr geliefert werden, insbesondere dann nicht, wenn die Temperatur der Batterie und/oder des Motors sehr niedrig ist.
Die angeforderte elektrische Leistung des Anlassers ist zum einen von der Bauart des Verbrennungsmotors, also Hubraum, Otto-/Dieselmotor, etc., und zum anderen von den Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur, dem Öl, der vorangegangenen Ruhephase, etc., abhängig. Des Weiteren müssen die elektrischen Widerstände zwischen Batterie- und Anlasserklemmen berücksichtigt werden.
Diese Ausführungen machen deutlich, dass bei der Auslegung eines Starthilfegeräts bzw. Starthilfesystems oder Startsystems somit nicht der Energieinhalt des Speichers entscheidend ist, sondern seine Leistungsfähigkeit bzw. sein Hochstromverhalten. Aus diesem Grunde ist auch bereits vorgeschlagen worden, anstelle von Batterien als Energiespeicher Doppelschichtkondensatoren zu nutzen, deren Leistung für wenige Sekunden sehr hoch ist, und deren Energieinhalt gering, aber noch ausreichend ist. Eine hohe Leistungsfähigkeit bietet zudem die Möglichkeit, den Speicher innerhalb weniger Sekunden direkt nach der erfolgten Starthilfe zurück auf einen hohen Ladezustand zu bringen, um für nachfolgende Startvorgänge eine ausreichende Energiemenge zur Verfügung zu haben.
Bei modernen Fahrzeugen darf eine untere Grenzspannung während des Startvorgangs nicht unterschritten werden, damit die Motorsteuerung noch funktionsfähig bleibt. Die Bordnetzspannung muss also auch während des Startvorgangs ständig oberhalb dieses Grenzwertes liegen. Zudem wird der Batterie bei einigen Fahrzeugen bereits vor dem Startvorgang für wenige Sekunden ein hoher Strom für einige für den Start erforderliche Funktionen entnommen, wie z.B. über 100 A für das Vorglühen eines Dieselmotors oder ca. 50 A für das Motorsteuergerät und andere Steuergeräte. Vor Abgabe der Startleistung muss also ein Starthilfesystem auch eine gewisse Mindestenergie ohne nennenswerte Reduzierung der Startleistung abgeben können. Es ist bekannt, dass grundsätzlich die maximale Leistung, die von Batterien und Doppelschichtkondensatoren abgegeben werden kann, dann erreicht ist, wenn der Innenwiderstand und der Lastwiderstand gleich groß sind. Hier ist jedoch zu beachten, dass insbesondere bei Batterien der Innenwiderstand vom Strom abhängig ist. Dies bedeutet, dass je höher der Strom ist, desto geringer der Innenwiderstand sein wird. Ferner ändert sich der Innenwiderstand während des Startvorgangs. Die Unterschiede des Innenwiderstands sind vom Alter der Batterie und der Bedeutung von Diffusions- und Transportvorgängen abhängig. Diese können innerhalb von einer Sekunde den Innenwiderstand deutlich erhöhen. Zudem wird der Widerstand des Anlassermotors (Lastwiderstand) maßgeblich von der durch Induktion verursachten Gegenspannung des Anlassermotors beeinflusst, die wiederum drehzahlabhängig ist. Des Weiteren wird dieser von der schwankenden Drehmomentanforderung des Verbrennungsmotors in der Kompressions- und der Expansionsphase beeinflusst. Es ist somit nicht möglich, die Batterie während des Startvorgangs immer im Punkt der maximalen Leistungsabgabe zu betreiben. Dabei ist auch zwischen dem Punkt der maximalen Leistungsabgabe bei Beginn des Startvorgangs (Losreißmoment) und der maximalen Leistungsabgabe während des Startvorgangs zu unterscheiden.
Bei Beginn des Startvorgangs ist der Lastwiderstand des Anlassers im Stillstand durch den ohmschen Widerstand der Wicklungen gegeben und sehr gering (im Bereich von ca. 2 Milliohm bis 5 Milliohm). Die üblicherweise im Fahrzeug eingesetzte Batterie wird somit bei Beginn des Startvorgangs nahezu im Kurzschluss und in der Nähe des maximalen Leistungspunkts betrieben und die Klemmenspannung liegt deutlich unterhalb der Nenn- bzw. Betriebsspannung bei ca. 8 - 10 V. Bei einer optimalen Leistungsanpassung (Innenwiderstand der Batterie gleich Lastwiderstand (Summe aller Leitungswiderstände, inkl. Kabel und Anlasserwicklungen)) würde die Spannung bei einer vollgeladenen Bleibatterie mit 12 V Nennspannung ca. 6,5 V betragen.
Während des Startvorgangs beträgt bei der für den Motorstart erforderlichen Drehzahl des Anlassers die durch Induktion erzeugte Gegenspannung umgerechnet in einen stromabhängigen bzw. drehzahlabhängigen Lastwiderstand ca. 10 bis 50 Milliohm (mΩ) und ist somit viel höher als zu Beginn des Startvorgangs. Die maximale Leistung der verwendeten Batterie könnte dann entnommen werden, wenn der Innenwiderstand der Batterie bei den jeweils fließenden Strömen dem Lastwiderstand, also dem Widerstand des Anlassers während des Startvorgangs, entspricht. Der Innenwiderstand einer konventionellen Bleistarterbatterie mit 12 V Nennspannung ist konstruktions- und technologiebedingt bei den während des Startvorgangs fließenden Strömen aber deutlich niedriger, so dass die Batterie nicht ihre maximale Leistung abgibt und für den Startvorgang deutlich überdimensioniert und zu schwer ist. Die Nutzung einer kleineren Batterie mit höherem Innenwiderstand führt dazu, dass diese im Bereich ihrer maximalen Leistungsabgabe betrieben würde, wobei die maximale Leistung wegen des höheren Innenwiderstands umgekehrt proportional zur Erhöhung des Innenwiderstands sinken würde. Es sänke dann aber die Spannung zu Beginn des Startvorgangs wegen des kurzschlussähnlichen Betriebs fast auf Null ab und die für den Motorstart erforderliche Mindestspannung würde nicht eingehalten. Außerdem läge während des Startvorgangs die Spannung bei ca. 50 % der Ausgangsspannung. Die Spannungsuntergrenze für den Motorstart würde dann, wenn überhaupt, nur knapp überschritten. Unter diesen Bedingungen erscheint eine bzgl. der maximal möglichen Leistungsabgabe überdimensionierte Batterie die einzige Lösung für die genannte Problematik.
Es wäre jedoch wünschenswert, ein leichtes portables Starthilfegerät vorzusehen, welches einen hohen Startstrom für wenige Sekunden zur Verfügung stellen kann, wobei der innerhalb der ersten ca. 0,1 Sekunden notwendige Spitzenstrom bei einem Starthilfesystem nicht vollständig bereitgestellt werden muss, da eine vorhandene (Bleistarter)Batterie auch im gealterten Zustand und bei tiefer Entladung kurzzeitig ebenfalls einen hohen Strom liefern kann. Die Möglichkeit eines direkten Nachladens des Starthilfespeichers nach der erfolgten Starthilfe über das Bordnetz des Kraftfahrzeugs wäre ebenfalls wünschenswert, wobei die Ladezeit gering sein sollte. Ebenso wären die Abgabe einer maximalen Leistung der Batterie und eine optimale Nutzung der abgegebenen Leistung wünschenswert. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Probleme zu lösen und ein Starthilfesystem zu schaffen, das eine maximale Leistungsabgabe der Batterie oder eines anderen Energiespeichers ermöglicht, die etwa bei 50 % ihrer oder seiner Nennspannung flösse, wobei diese Leistung optimal genutzt werden kann, und das sowohl über das Bordnetz als auch über das öffentliche Versorgungsnetz wieder aufladbar ist.
Die Aufgabe wird für ein Starthilfesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zumindest ein interner Starthilfespeicher mit einer vorgebbaren, auch unter und über der Nenn- bzw. Betriebsspannung des Bordnetzes liegenden Nennspannung vorgesehen und der zumindest eine Leistungsschalter durch eine Steuerlogik automatisch zuschaltbar ist, zeitgleich mit dem Stromfluss durch einen zum Starten vorgesehenen elektrischen Antrieb und/oder bei Feststellen eines Spannungseinbruchs unter einen vorbestimmbaren, von der Ruhespannung der Starterbatterie abhängigen Schwellwert, wobei der interne Starthilfespeicher zum Unterstützen bei der Leistungsanforderung während des Startvorgangs zur Starterbatterie parallel schaltbar oder geschaltet ist. Für ein Verfahren zur Starthilfe bei einem Fahrzeug wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass beim Anklemmen eines oder des Starthilfesystems an das Bordnetz eines Fahrzeugs die Bordnetzspannung im Ruhezustand gemessen wird, eine Steuerlogik des Starthilfesystems mit Strom versorgt wird, der Zeitpunkt zum Zuschalten der Spannung des Starthilfespeichers bei Unterschreiten eines vorggebbaren Schwellwerts basierend auf der beim Anklemmen gemessenen Bordnetzspannung verringert um einen auftretenden Spannungssprung von n Volt berechnet oder durch Erhalt eines Signals von einem Motorsteuergerät des Fahrzeugs signalisiert wird, unabhängig von der Höhe der Spannung des Starthilfespeichers des Starthilfesystems dieser der Bordnetzbatterie parallel geschaltet, und die Spannungszufuhr unterbrochen wird, sobald die Bordnetzspannung über eine vorgebbare Spannung steigt. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Dadurch wird ein Starthilfesystem geschaffen, bei dem durch das Vorsehen des Starthilfespeichers parallel zur Starterbatterie diese bei der Leistungsanforderung während eines Startvorgangs oder während der betriebsnotwendigen Funktionen zur Initiierung des Startvorgangs unterstützt wird. Ein Entladen der Starthilfebatterie und Laden der Starterbatterie vor Beginn des Startvorgangs wird durch die gezielte Zuschaltung verhindert, so dass kein unerwünschter Ladungsausgleich zwischen den Speichern auftritt. Die Nennspannung des internen Starthilfespeichers kann sich deutlich von der Nenn- oder Betriebsspannung des Bordnetzes unterscheiden. Die Parallelschaltung von internem Starthilfespeicher und Starterbatterie erfolgt bei sehr unterschiedlichen Spannungen beider Energiespeicher ohne vorhergehende Spannungsanpassung. Dies ist ein Vorteil, den die Systeme des Standes der Technik nicht aufweisen. Unter dem Begriff „zeitgleich" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur eine absolut gleichzeitige Zuschaltung verstanden, sondern auch als zeitgleiche Zuschaltung eine solche angesehen, bei der eine Zeitverzögerung zum Erkennen eines Spannungseinbruchs berücksichtigt ist und bei der eine Zeitverzögerung durch die benötigte Rechenzeit eines Mikrocontrollers berücksichtigt ist. Zum Auslösen des Schaltens des Leistungsschalters dient das Signal eines Erkennens eines Spannungseinbruchs ebenso wie die Freischaltung mit einem Signal aus der Motorsteuerung.
Bei dem Verfahren zur Starthilfe bei einem Fahrzeug kann ein Lastsprung bzw. Spannungssprung detektiert werden. Ebenso ist es möglich, ein entsprechendes Signal eines Motorsteuergeräts abzufragen und in Reaktion hierauf den Starthilfespeicher zuzuschalten. Ein Zuschalten des Starthilfespeichers erfolgt in jedem der Fälle nur dann, wenn es wirklich erforderlich ist, ein Abschalten nach erfolgtem Startvorgang. Ausgleichsladungen zwischen der Starterbatterie und der Hilfsbatterie in Form des Starthilfespeichers kommen daher nicht vor. Nach erfolgtem Startvorgang kann der Starthilfespeicher über das Bordnetz auf eine vorgegebene Ladeschlussspannung nachgeladen werden, indem die Leistungsschalter geschlossen werden und eine direkte Nachladung ohne DC/DC-Steller erfolgt oder indem über einen internen DC/DC-Steller bei geöffneten Leistungsschalter nachgeladen wird.
Fällt die Bordnetzspannung während des Startvorgangs mehrmals unter einen vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellwert, schaltet das Starthilfesystem auch mehrmals ein und aus; so dass immer dann, wenn der untere bzw. obere Schwellwert erreicht wird, die Leistungszufuhr bzw. die Startunterstützung eingeschaltet bzw. unterbrochen wird. Eine Unterbrechung der Leistungs- bzw. Spannungszufuhr kann alternativ auch nach einer vorgebbaren Zeitspanne erfolgen.
Die Spannung des Starthilfespeichers und die Nenn- bzw. Bordnetzspannung des Fahrzeugs können sich erheblich unterscheiden. Bei Batterien kann z.B. eine Nennspannung von zumindest etwa 10 V sinnvoll sein, bei Doppelschichtkondensatoren können beispielsweise drei Doppelschichtkondensatoren mit einer Nennspannung von je etwa 2,5 bis 2,7 V vorgesehen sein. Allerdings kann in diesen Fällen das Prinzip der Leistungsanpassung nicht mehr genutzt werden. Grundsätzlich wäre es auch möglich, dass die Nennspannung und/oder Betriebsspannung des Starthilfespeichers der Nennspannung und/oder Betriebsspannung der Bordnetzbatterie entspricht.
Vorteilhaft wird eine Starthilfebatterie bzw. ein Starthilfespeicher mit höherer Nennspannung als jetzt üblich verwendet, so dass die geforderte Leistung mit einer kleinstmöglichen Batterie bereitgestellt werden kann. Die Spannungsgrenzen beim Startvorgang können dabei dennoch eingehalten werden. Wenn z.B. eine Batterie mit 18 V Betriebsspannung und einem Innenwiderstand, der dem Lastwiderstand des Anlassers während des Startvorgangs entspricht, verwendet wird, beträgt die Ausgangsspannung der Batterie bzw. des Starthilfespeichers während des Startvorgangs etwa 9 V und der Startvorgang kann problemlos durchgeführt werden.
Vorteilhaft wird die Spannung des Starthilfespeichers mit Batterien so groß gewählt, dass die optimale Ladespannung der Starthilfebatterie etwa doppelt so hoch ist wie die Bordnetzspannung bei laufender Lichtmaschine. Zu berücksichtigen ist dabei, dass der Speicher aus einer Reihenschaltung von Einzelzellen mit einem definierten Innenwiderstand aufgebaut ist. Ziel sollte es sein, die Anzahl der Zellen so zu wählen, dass die Innenwiderstände und der Lastwiderstand einen gleich großen Wert aufweisen, so dass eine Leistungsanpassung mit maximaler Ausgangsleistung und minimalen Verlusten erreicht wird.
Beim Starthilfevorgang wird somit ein Starthilfespeicher mit unüblicher Nenn- bzw. Betriebsspannung verwendet, insbesondere eine Batterie oder ein Doppelschichtkondensator, mit einer Nennspannung von zumindest ca. 10 V. Die Kapazität der Starthilfebatterie kann zumindest etwa 2 Ah betragen, insbesondere 2 bis 10 Ah, insbesondere 6 bis 7 Ah. Auch eine Kapazität von etwas unter 2 Ah ist grundsätzlich möglich, jedoch werden üblicherweise Kapazitätswerte von über 2 Ah verwendet werden. Wird eine Nickelmetallhydrid-Batterie verwendet, kann diese beispielsweise eine Kapazität von etwa 6,5 Ah und dabei einen Innenwiderstand von etwa 1 ,3 bis 1 ,6 mΩ pro Zelle nach einer Millisekunde Entladung mit einem Entladestrom im Bereich von etwa 600 - 800 A aufweisen.
Vorteilhaft ist der Innenwiderstand des Starthilfespeichers so gewählt oder wählbar, dass der Innenwiderstand des Starthilfespeichers etwa dem Innenwiderstand des Anlassers im Betriebszustand eines Starts entspricht. Die Gesamtspannung der Starthilfebatterie im Ruhezustand kann dabei vorteilhaft etwa doppelt so hoch wie eine beim Startvorgang auftretende optimale Spannung sein. Unabhängig von der Nennspannung weist somit der Starthilfespeicher einen für einen Startvorgang erforderlichen Innenwiderstandsbereich auf und das Bordnetz des Fahrzeugs, dem Starthilfe gegeben wird, kann vor einer Nennspannung außerhalb des zulässigen Bereichs geschützt werden.
Da die existierende Starter- und Bordnetzbatterie im Auto verbleibt, werden somit zwei Batterien mit unterschiedlicher Spannung parallel geschaltet. Daher ist vorteilhaft eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die das Zuschalten des internen Starthilfespeichers des Starthilfesystems auf das Bordnetz kontrolliert, so dass beide Batterien bzw. Speicher, die Bordnetzbatterie und der Starthilfespeicher, nur zur Belastungszeit parallel betrieben werden. Probleme aufgrund der Auslegung der Batterien bzw. Speicher mit unterschiedlicher Spannung können dadurch vermieden werden, weil durch den geringen Lastwiderstand und die dann aus beiden Speichern fließenden Ströme die gemeinsame Spannung beider Energiespeicher im zulässigen Spannungsbereich bleibt. Trenndioden, die einen Stromfluss vom Starthilfespeicher mit seiner höheren Spannung in die Bordnetzbatterie mit ihrer geringeren Spannung verhindern, und die in den oben beschriebenen Druckschriften des Standes der Technik beschrieben werden, sind unter den gewählten Innenwiderstandsbedingungen nicht erforderlich. Die dadurch verursachten Kosten ebenso wie ihr zusätzlich zu berücksichtigender Innenwiderstand können vermieden werden.
Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann die Aufgabe auch durch ein Verfahren gelöst werden, bei dem bei günstiger Wahl der Nenn- und Betriebsspannung des Starthilfespeichers, insbesondere wenn diese unter der Betriebsspannung der Bordnetzbatterie liegt, die Steuerlogik und der von ihr betätigte Schalter durch ein passives Bauelement, z.B. eine Diode, ersetzt werden. Alternativ kann somit die Funktion der Steuerlogik und des von ihr betätigten Schalters durch einen passiven Halbleiterschalter, z.B. eine Diode, ersetzt werden, die nur dann leitend wird, wenn die Spannung des Starthilfespeichers über der beim Startvorgang stark reduzierten Spannung der Starterbatterie liegt. Wird anstelle der Steuerlogik und des von dieser betätigten Schalters ein passives Bauelement vorgesehen, ermöglicht dieses den Stromfluss vom Starthilfespeicher zum Anlasser zu dem Zeitpunkt, zu dem der Anlassermotor mit Strom durchflössen ist, und unterbricht den Stromfluss wieder, sobald der Anlassermotor vom Bordnetz getrennt wird.
Als weiter vorteilhaft erweist es sich, wenn zwischen einen Starthilfespeicher mit einer Betriebsspannung unter der üblichen Bordnetzspannung im Ruhezustand und dem Bordnetz eine Diode geschaltet wird, die dann einen Stromfluss aus dem Starthilfespeicher zulässt, wenn die Bordnetzspannung aufgrund des Spannungseinbruchs beim Starten unter die Spannung des Starthilfespeichers sinkt.
Weiter kann die Aufgabe für ein Verfahren zur Starthilfe bei einem Fahrzeug dadurch gelöst werden, dass der Starthilfespeicher bei niedriger Bordnetzspannung manuell zugeschaltet wird oder durch Anschluss an die Fahrzeugelektrik automatisch zugeschaltet wird, wenn der Startvorgang des Fahrzeugs betätigt wird.
Ein Startvorgang über das externe Starthilfesystem ohne eine eingebaute Bordnetzbatterie ist üblicherweise nicht vorgesehen, da das Fahrzeug nach Ende des Startvorgangs und bei dann laufendem Motor auch nach Abklemmen des Starthilfesystems funktionsfähig bleiben sollte. Dies wäre ohne eine Batterie im Fahrzeug nicht möglich. Weitere Anforderung an die Leistung und Spannung der eingebauten Bordnetzbatterie werden hier jedoch nicht aufgestellt.
Um im Falle eines Versagens der Steuerlogik und/oder eines Leistungsschalters zwischen Starthilfesystem und Bordnetz dieses vor einer zu hohen Spannung des Starthilfespeichers zu schützen, ist vorteilhaft eine Schutzbeschaltung vorgesehen. Vorteilhaft umfasst die Schutzbeschaltung zumindest einen Widerstand oder eine Diode, über den bzw. die der Starthilfespeicher ab einer vorgebbaren Spannung, die über der im Betrieb zu erwartenden Bordnetzspannung und unter der Verbraucher des Bordnetzes schädigenden Spannung liegt, entladbar ist oder entladen wird. Die Schutzbeschaltung besteht vorteilhaft aus einer Diode, so dass bei einer Spannungsüberschreitung der unzulässige Strom über dieses Bauelement kurzgeschlossen wird. Die Schutzbeschaltung ist vorteilhaft hart mit den Ausgangsklemmen des Starthilfesystems verbunden, wird also in jedem Falle aktiv. Vorteilhaft ist sie beim Laden des Starthilfespeichers nicht im Eingriff. Wenn eine Dauerbelastung dieser als Bypass wirkenden Schutzbeschaltung nicht möglich ist, kann vorteilhaft eine akustische Warnmeldung abgegeben werden, die zum Abklemmen des Starthilfesystems auffordert.
Vorteilhaft ist zumindest eine Einrichtung zur Glättung der Spannung bei häufigen Schaltvorgängen durch die Steuerlogik vorgesehen, insbesondere bei manuellem Zuschalten des Starthilfespeichers. Eine solche Glättungseinrichtung kann z.B. ein Glättungskondensator sein.
Eine Aktivierung eines fest eingebauten Starthilfesystems kann durch die Motorsteuerung zeitgleich mit der Aktivierung des Anlassermotors erfolgen. Eine Aktivierung des Starthilfesystems als externes Gerät, das nur bei Startproblemen parallel zur Bordnetzbatterie angeklemmt wird, kann bei Detektieren eines Lastsprungs durch einen Spannungssprung erfolgen. Daher ist vorteilhaft eine Einrichtung zum Erkennen eines Lastsprungs vorgesehen, die vorteilhaft von der Steuerlogik umfasst ist und die von der vor Beginn des Startvorgangs gemessenen Bordnetzspannung ausgeht und dem Einschalten oder Leitendmachen eines Leistungsschalters. Hierdurch wird die Starthilfebatterie automatisch über den Leistungsschalter hinzugeschaltet und getrennt, so dass ein Startvorgang über den Starthilfespeicher und ein Nachladen von diesem durch die Bordnetzbatterie automatisch erfolgt. Die Starthilfebatterie kann jedoch auch manuell zuschaltbar ausgebildet sein, wenn ein Lastsprung nicht detektiert werden kann oder wird und/oder wenn die Bordnetzspannung so niedrig ist, dass der Startvorgang des Fahrzeugs durch dessen Steuergeräte nicht mehr einleitbar ist. Der Starthilfespeicher kann ferner bei Verbindung mit der Fahrzeugsteuerung über die Fahrzeugsteuerung automatisch zugeschaltet werden bei Anliegen eines Signals zum Starten des Verbrennungsmotors. Der Starthilfespeicher kann bei Bedarf parallel zur Batterie des Fahrzeugs angeklemmt und insbesondere von der Batterie des Fahrzeugs getrennt werden, wenn die Bordnetzspannung über einen vorgebbaren Grenzwert bei laufendem Fahrzeugmotor ansteigt. Weil zu diesem Zeitpunkt die Klemmen des Starthilfegeräts die gleiche Spannung haben wie die Bordnetzbatterie, gibt es beim Abklemmen keine Funkenbildung. Im Übrigen tritt auch beim Verbinden des Starthilfegeräts mit dem Bordnetz keine Funkenbildung auf, da die Klemmen des Starthilfegeräts spannungslos sind. Ein Schutz vor einem Verpolen ist durch das Steuergerät automatisch sichergestellt und die Reihenfolge beim An- und Abklemmen ist nicht relevant.
Vorteilhaft ist eine Schaltungsanordnung zum direkten Laden des Starthilfespeichers, insbesondere zweier Hälften des Starthilfespeichers bzw. der Starthilfebatterie, über das Bordnetz vorgesehen. Das Starthilfesystem kann zum Nachladen vorteilhaft direkt an die Starterbatterie des Fahrzeugs angeschlossen werden bzw. nach Abschluss der Starthilfe angeschlossen bleiben, so dass ein Nachladen über diese erfolgt. Es treten keine Entladung und keine Ausgleichströme auf, so dass infolgedessen auch keine Probleme beim An- und Abklemmen auftreten. Der Starthilfespeicher kann vorteilhaft über eine externe Spannungsquelle bzw. ein externes Ladegerät, die oder das die gewünschte Ladespannung zur Verfügung stellt, nachgeladen werden. Ferner kann ein internes Ladegerät zum Laden des Starthilfespeichers vorgesehen sein. Die Ladeleistung ist vorteilhaft so ausgelegt, dass in kurzer Zeit, z.B. etwa einer Minute, die bei der Starthilfe entnommene Ladung wieder weitgehend in den Starthilfespeicher geladen wird, d.h. der Ladestrom beträgt z.B. einige 10 Ampere. Die Trennung des Starthilfespeichers in zwei Hälften, die parallel mit der Hälfte der sonst erforderlichen Spannung geladen werden können, ist für die direkte Ladung über das Bordnetz vorteilhaft. Die beiden Hälften des Starthilfespeichers können untereinander über zumindest einen Schalter und mit der Bordnetzbatterie über weitere Schalter verbunden sein. Der eine Schalter kann hierbei identisch sein mit dem Leistungsschalter des Starthilfesystems, der über die Steuerlogik einschaltbar ist. Der Schalter kann ferner identisch sein mit dem Schalter des Anlassermotors, der den Anlassermotor während des Startvorgangs mit dem Bordnetz verbindet.
Es kann vorteilhaft zumindest eine Einrichtung zum Auswerten der Daten des Starthilfesystems zur Beurteilung der Bordnetzbatterie vorgesehen sein. Über eine solche Auswerteeinrichtung kann auf schnelle und einfache Weise auch festgestellt werden, ob ggf. die Bordnetzbatterie geschädigt ist und ggf. ausgetauscht werden muss oder ob ein Kurzschluss im Bordnetz vorhanden ist. Ein solcher Datenlogger ist vorteilhaft als eigenständige Einheit des Starthilfesystems ausgebildet, um Daten bewerten zu können und auch nach dem Startvorgang und Abklemmen des Starthilfesystems weitere Daten aufnehmen zu können. Mit einem angeschlossenen Starthilfesystem kann ggf. eine Motorhaube eines Fahrzeugs nicht mehr geschlossen werden, weswegen zum Fahren des Fahrzeugs in eine Werkstatt oder an einen sonstigen Platz das Starthilfesystem entfernt werden sollte. Der Datenlogger misst die Spannung des Bordnetzes und speichert diese mit einer hohen zeitlichen Auflösung, wie z.B. 1 kHz. Er kann manuell eingeschaltet werden und beginnt entweder durch einen weiteren manuellen Eingriff die Daten zu speichern oder er beginnt die Speicherung, sobald sich die Spannung um mehr als einen vorgebbaren Wert ändert, wie z.B. 0,5 V bei Einschalten von Steuergeräten. Hierzu ist eine entsprechende Abfrage und Auswertung der Spannungswerte vorgesehen. Als weiter vorteilhaft erweist es sich, dass das Starthilfesystem modular aufgebaut ist. Dadurch kann der integrierte Starthilfespeicher je nach Fahrzeugtyp bzgl. Energieinhalt, kontinuierliche Leistungsabgabe, Spitzenleistung, Spannung, Temperaturverhalten etc. individuell angepasst werden. Die übrigen Komponenten des Starthilfesystems können hingegen unabhängig von dem Starthilfespeicher bei allen Ausführungsformen von Starthilfesystemen verwendet werden.
Bezüglich des Aufbaus des Starthilfesystems erweist es sich als vorteilhaft, dessen Gehäuse so zu gestalten, dass es nach Art einer Abdeckung gestaltet ist, die insbesondere formangepasst ist, über die schwache Bordnetzbatterie gelegt werden kann. Im Falle einer Explosion gäbe es dann einen Schutz gegen Splitter.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel von dieser anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in:
Figur 1 ein Diagramm mit Innenwiderständen verschiedener NiMH-Module mit 6 Zellen bei verschiedenen Stromamplituden,
Figur 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus und der Kopplung eines erfindungsgemäßen Starthilfegeräts an ein Fahrzeugbordnetz,
Figur 3 ein Diagramm mit Darstellung des Spannungsverlaufs während eines Startvorgangs (schwache Batterie) mit eingezeichneten Schaltschwellen (U1 , U2) des Starthilfesystems,
Figuren 4a, 4b eine schematische Darstellung einer Direktladeschaltung zur Wiederaufladung der Starthilfebatterie, wobei der Zustand der Leistungsschalter zwischen der Bordnetzbatterie und den beiden Hälften der Starthilfebatterie während des Startvorgangs (Figur 4a) und während der Nachladung (Figur 4b) gezeigt sind,
Figuren 5a, 5b eine schematische Darstellung eines Startvorgangs (Figur 5a) und eines Ladevorgangs (Figur 5b) zur Wiederaufladung der Starthilfebatterie, wobei der Zustand der Leistungsschalter zwischen der Bordnetzbatterie und den beiden Hälften der Starthilfebatterie während des Startvorgangs (Figur 5a) und während der Nachladung (Figur 5b) gezeigt sind, und Figur 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Zuschaltung der beiden Hälften einer Starthilfebatterie beim Startvorgang eines Fahrzeugs.
Figur 1 zeigt ein Diagramm mit der Darstellung von Innenwiderständen verschiedener Nickel-Metallhydridmodule mit sechs Zellen bei verschiedenen Stromamplituden. Werte bis ca. 200 A stellen den üblichen Einsatzbereich von Modulen von Hybridfahrzeuganwendungen dar. Die sechs Zellen der Nickel- Metallhydridmodule weisen in dem gezeigten Beispiel eine Nennspannung von 7,2 V auf.
Der Figur 1 kann weiter entnommen werden, dass Nickel-Metallhydridmodule bzw. -batterien mit einer Kapazität von etwa 6,5 Ah im Bereich von ca. 600 A einen Innenwiderstand von ca. 1 ,3 - 1 ,6 mΩ pro Zelle nach einer Millisekunde Entladung aufweisen. Nach einer Sekunde steigt der Wert auf ca. 2 bis 2,3 mΩ pro Zelle an.
Bei fünfzehn in Reihe geschalteten Zellen mit einer Nennspannung von 18 V und einer Betriebsspannung von ca. 20 V im vollständig geladenen Zustand haben diese dann in etwa einen Innenwiderstand, der dem Lastwiderstand des Anlassers, Anschlussklemmen, Verkabelung etc. während des Startvorgangs entspricht. Die Batterien werden unter diesen Bedingungen im Startvorgang mit ihrer maximalen Leistung betrieben. Im Stillstand des Anlassers ist der Widerstand des Ankers hingegen viel geringer als der Innenwiderstand der Batterie. Die Batterie wird deshalb beim Einschalten fast im Kurzschluss betrieben. Der Strom ist hierbei viel höher als in anderen Betriebszuständen. Dabei sackt die Spannung ein, sollte aber weiterhin über der unteren Grenzspannung für den Startvorgang bleiben. Dies wird durch das Schalten vieler Zellen der Batterie in Reihe sowie die Starterbatterie des Bordnetzes ermöglicht. Diese kann zwar nicht mehr die erforderliche Leistung liefern, trägt aber weiterhin dazu bei, dass die Bordnetzspannung nicht zusammenbricht. Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Starthilfesystems 10, das an ein Bordnetz 11 eines Kraftfahrzeugs, enthaltend u.a. einen Anlasser, und eine Starterbattehe 12 angeschlossen werden kann, wenn der Startvorgang mit der eingebauten Bordnetzbatterie alleine nicht mehr erfolgreich durchgeführt werden kann. In Figur 2 ist dieses im angeschlossenen Zustand gezeigt. Das Starthilfesystem 10 umfasst eine Steuerlogik 1 und einen internen Starthilfespeicher 2 z.B. mit einer Nennspannung über 12 V, der zur Starterbatterie parallel geschaltet werden kann, um diese bei der Leistungsanforderung während des Startvorgangs zu unterstützen. Die Ein- und Ausschaltschwellen bzw. -kriterien für den internen Starthilfespeicher können der Steuerlogik exakt vorgegeben werden, so dass die Schaltschwellen für die eingesetzte Speichertechnologie entsprechend angepasst werden können. Die Schaltschwellen sind von der Logikeinheit bzw. Steuerlogik je nach Klemmenspannung des Bordnetzes dynamisch veränderbar. Eine schematische Darstellung des Spannungsverlaufs während eines Startvorgangs einer schwachen Batterie ist zusammen mit den Schaltschwellen LM und U2 des Starthilfesystems in Figur 3 zu sehen.
Wie Figur 2 weiter entnommen werden kann, wird die Steuerlogik 1 vom Starthilfespeicher 2 mit Strom versorgt. Daher ist die Steuerlogik 1 mit einem Schalter bzw. Leistungsschalter 7 zum manuellen Trennen der Steuerlogik von dem Starthilfespeicher 2 versehen, damit der Starthilfespeicher in Form einer Batterie im Stillstand nicht entladen wird.
Zum Laden des Starthilfespeichers ist ein externes oder internes Ladegerät 3 vorgesehen und mit dem Starthilfespeicher 2 verbunden. Ferner umfasst das Starthilfesystem einen Datenlogger 4, der zwischen die Starterbatterie und die Steuerlogik eingebunden ist. Dieser Datenlogger kann als selbständige Einheit ausgebildet sein, die von den übrigen Komponenten des Starthilfesystems getrennt werden kann. Über diesen Datenlogger 4 können Strom-, Spannungsund ggf. Temperaturwerte erfasst und mit hoher zeitlicher Auflösung gespeichert werden, z.B. mit einer Auflösung von 1 kHz. Die in dem Datenlogger 4 gespeicherten Daten können beispielsweise über einen USB-Anschluss ausgelesen werden. Eine Auswertung kann über einen normalen PC erfolgen, der jedoch in Figur 2 nicht gezeigt ist.
Das Starthilfesystem weist entsprechend Figur 2 ferner eine 12 V- Bordnetzersatzeinrichtung 6 auf. Diese ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Jedoch kann die 12 V-Bordnetzersatzeinrichtung dann, wenn die Bordnetzbatterie eine so geringe Spannung aufweist, dass nicht einmal die Steuergeräte für den Motorstart eingeschaltet werden können, anstelle des Starthilfespeichers oder zusätzlich zu diesem eine erforderliche Bordnetzspannung im zulässigen Bereich erzeugen. Die Bordnetzersatzeinrichtung 6 kann über einen Schalter 8 mit dem Bordnetz 11 verbunden werden.
Der interne Starthilfespeicher 2 weist üblicherweise eine andere Klemmenspannung als die Starterbatterie 12 auf. Bei Batterien als Starthilfespeicher wird die Spannung über der Bordnetzspannung liegen, damit sie im Bereich ihrer maximalen Leistung betrieben werden können. Bei Doppelschichtkondensatoren (DSK) als Starthilfespeicher kann eine geringere Spannung verwendet werden, um die Kosten für die Doppelschichtkondensatoren zu minimieren. Bei sehr großen Doppelschichtkondensatoren ist eine Spannung, die deutlich über der maximal zulässigen Bordnetzspannung liegt, üblicherweise nicht möglich, da sehr große Doppelschichtkondensatoren nahe am Kurzschluss anfänglich nur einen kleinen Spannungseinbruch zeigen. Beispielsweise werden sechs Doppelschichtkondensatoren mit einer Ladespannung von 2,7 V pro Zelle realisiert, da ihre maximale Spannung von 16,2 V bei Beginn des Startvorgangs gleich unter 16 V sinken wird, vorausgesetzt, eine derartige hohe Spannung ist überhaupt für den jeweiligen Anwendungsfall zulässig. Darüber hinausgehende Nennspannungen von sehr großen Doppelschichtkondensatoren mit sehr kleinem Innenwiderstand sind bei einem 12 V-Bordnetz normalerweise nicht möglich. Beispielsweise wäre die Verwendung von 600 F Doppelschichtkondensatoren bezüglich des Innenwiderstandsverhältnisses unproblematisch, hingegen würden 3000 F Doppelschichtkondensatoren zu einer Spannungsüberflutung für die Batterie und das Bordnetz führen. Der Starthilfespeicher 2 weist im Normalfall eine deutlich höhere Nennspannung auf als das Bordnetz. Bei einem 12 V-Bordnetz wird die Spannung des Starthilfespeichers 2 im Bereich von etwa 20 V bis etwa 26 V liegen. 20 V werden vorgesehen durch z.B. 15 NiMH-Zellen mit einer Ruhespannung von etwa 1 ,32 V/Zelle, wohingegen 26 V durch z.B. 18 NiMH-Zellen mit einer Spannung von etwa 1 ,45 V/Zelle realisiert werden, gemessen kurze Zeit nach Abklemmen von der Ladeerhaltungsspannung. Bei 24 V-Bordnetzen sind die Werte doppelt so hoch, liegen also bei etwa 40 V bis etwa 52 V.
Um im Falle eines Versagens der Steuerlogik 1 das Bordnetz 11 vor zu hohen Spannungen zu schützen, ist eine Schutzbeschaltung vorgesehen (in Figur 2 nicht zu sehen), die ab einer vorgebbaren Spannung, die über der im Betrieb zu erwartenden Bordnetzspannung und unter der Verbraucher des Bordnetzes schädigenden Spannung liegt, z.B. einer Spannung von etwa 15 V, den Starthilfespeicher, z.B. eine Batterie, über einen Widerstand entlädt. Hier kann z.B. eine Zenerdiode vorgesehen sein, die ab einer bestimmten Spannung leitend wird.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist das Vorsehen einer Einrichtung zum Nachladen des Starthilfespeichers sinnvoll. Eine solche Einrichtung kann ein DC/DC-Wandler sein, der die Spannung des Bordnetzes nutzt, sobald das Bordnetz eine Spannung über ca. 13 V aufweist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, als Einrichtung den Zigarettenanzünder eines Fahrzeugs und einen DC/DC- Wandler vorzusehen oder eine 240 V-Steckdose, wobei ein Steckernetzgerät bzw. ein konventionelles Ladegerät verwendet werden können. Die Steuerlogik überwacht dabei den Ladevorgang und gibt den DC/DC-Wandler frei. Eine Überladung des Speichers wird ebenfalls durch die Steuerlogik verhindert.
Alternativ oder zusätzlich kann bei entsprechender Wahl der Nennspannung des Starthilfespeichers 2 das Laden auch direkt durch die Bordnetzbatterie 16 erfolgen, wie in Figuren 4a und 4b skizziert. Hierbei ist zwischen die beiden Hälften des Starthilfespeichers ein Leistungsschalter 13 eingefügt. Dieser ist beim Startvorgang zum Verbinden der beiden Hälften 20 ,21 der Starthilfebatterie bzw. des -Speichers geschlossen (Figur 4a) und wird für den Nachladevorgang geöffnet (Figur 4b). Von der Funktion her entspricht der Schalter 13 dem Schalter 7. Über zwei weitere Leistungsschalter 14, 15 sind die beiden Hälften 20, 21 des Starthilfespeichers 2 mit der Bordnetzbatterie an deren beiden Enden bzw. Polen verbunden. Die beiden Leistungsschalter 14, 15 sind beim Startvorgang geöffnet und werden für den Nachladevorgang geschlossen. Unmittelbar nach Ende des Startvorgangs steigt die Bordnetzspannung sehr schnell auf über 13 V an, so dass dann die Starthilfebatterie geladen werden kann.
Die Figuren 5a und 5b entsprechen im Prinzip den Figuren 4a und 4b. Bei den Schaltungsaufbauten nach Figur 5a und 5b ist jeweils zusätzlich zu dem Aufbau in Figur 4a und 4b der Anlassermotor 17 mit gezeigt, ebenso wie der Innenwiderstand 18 der Bordnetzbatterie 16. Der Anlassermotor 17 ist jeweils parallel zu der Reihenschaltung aus den beiden Hälften 20,21 der Starthilfebatterie und dem Leistungsschalter 13 geschaltet. Das Starthilfesystem ist somit in unmittelbarer Nähe des Anlassermotors 17 eingebaut und belastet die Bordnetzbatterie 16, so dass diese nur einen vergleichsweise geringen Stromanteil beim Startvorgang liefern muss.
Bei festem Einbau des Starthilfespeichers kann der Leistungsschalter 13 auch identisch mit dem Magnetschalter des Anlassermotors sein, der über das Motorsteuergerät bzw. den Zündschlüssel zum Einschalten des Anlassermotors betätigt wird. Figur 6 zeigt diese Variante. Hierbei ist der Leistungsschalter 13 als Magnetschalter ausgebildet und weist eine Spule 19 zum Betätigen des Magnetschalters auf. Eine parallel zu dem Leistungsschalter 15 vorgesehene Diode 22 ist lediglich für den Fall vorgesehen, dass die Spule 19 des Magnetschalters 13 des Anlassermotors 17 und alle anderen Verbraucher des Schaltkreises nicht ausreichend hochohmig sind, also beispielsweise etwa 50 mΩ unterschreiten, entsprechend einem Belastungsstrom von 60 A.
Die beiden Leistungsschalter 14,15 zum Laden der beiden Hälften 20,21 der Starthilfebatterie können auch in den Schaltkreis zum Betätigen des Magnetschalters 13 eingeschleift werden. Die Ladespannung einer NiMH Batterie liegt z.B. im Bereich von 1 ,4 bis 1 ,6 V/Zelle, d.h. bei einer neunzelligen Teilbatterie mit einer Nennspannung von 10,8 V bei einer Bordnetzspannung zwischen 12,6 und 14,4 V. Der Vorteil der in Figur 4a, b skizzierten Ladeschaltung ist, dass diese ohne einen DC/DC-Wandler auskommt und damit leichter und preiswerter ist. Die Wiederaufladung des Starthilfespeichers erfolgt sofort nach Ende des Startvorgangs bis zum Abklemmen des Starthilfesystems. Die Ladeschaltung hat auch den Vorteil, dass Standardladegeräte für 12 V Bordnetze verwendet werden können.
Vorteilhaft ist ferner das Messen des Stroms des Starthilfespeichers durch den Spannungsabfall an den Leistungsschaltern 7 oder 13 möglich, so dass ohne Zusatzkomponenten der Datenlogger den Strom des Starthilfegeräts erfassen kann, und/oder des Batteriestroms durch eine Strommesszange. Vorteilhaft ist hier die Bestimmung des Lade- und Entladestroms möglich, um eine Überwachung des Ladezustands zu ermöglichen, der über das Stromintegral berechnet wird.
Um die für das Einleiten des Startvorgangs zumindest erforderliche Bordnetzspannung zu erzeugen, kann der Starthilfespeicher genutzt werden. Bei entsprechend hoher Schaltfrequenz, mit der die Spannung des Starthilfespeichers, ggf. auf einen Glättungskondensator, zu- und abgeschaltet wird, kann der Glättungskondensator auf eine für die Einleitung des Startvorgangs notwendige Spannung, z.B. 10 V aufgeladen werden. Die Spannung wird bei kleinen und preiswerten Kondensatoren relativ stark schwanken. Es kann deshalb auch eine kleine Ersatzbatterie, nämlich die Bordnetzersatzeinrichtung 6, verwendet werden, wenn die Motorsteuergeräte bei derartig hohen und großen Spannungsschwankungen, selbst wenn diese im zulässigen Spannungsbereich liegen, nicht ordnungsgemäß arbeiten. Diese Ersatzbatterie ist in der Lage, für kurze Zeit, z.B. 10 Sekunden, einen ausreichend hohen Strom zu liefern, z.B. einen Strom von etwa 50 Ampere, ohne dass die Bordnetzspannung unter den Spannungswert absinkt, bei dem das Steuergerät ausschaltet. 10 in Reihe geschaltete 2,5 Ah high rate NiCd- oder NiMH-Zellen oder eine 12V Bleibatterie im Kapazitätsbereich von ca. 2 - 6 Ah bzw. eine kleine Lithiumbatterie (3 Zellen) reichen dafür bereits aus. Aus dem Spannungsverlauf des Bordnetzes während des und nach dem Startvorgang kann bereits ohne Strommessung, besser aber mit Strommessung, auf den Zustand der Bordnetzbatterie geschlossen werden. Wenn die Spannung der Lichtmaschine auf den eingestellten Spannungswert des Bordnetzes steigt, dann ist davon auszugehen, dass die Ladefähigkeit der Batterie gering ist und sie sulphatiert ist. Sie ist dann in einem schlechteren Zustand als eine Batterie, die einen hohen Ladestrom bei geringerer Spannung zieht. Aus dem Spannungsrauschen der Batterie, verursacht durch Lastfluktuationen des Fahrzeugs, kann darüber hinaus auch der Innenwiderstand abgeschätzt werden. Eine geschädigte Batterie hat einen deutlich höheren Innenwiderstand als eine nur sehr tief entladene Batterie. Bei Verwendung einer Strommesszange, wie sie vorstehend bereits erwähnt ist, werden die entsprechenden Auswertungen genauer.
Nachfolgend wird nun das Vorgehen beim Startvorgang sowie beim Nachladen des Starthilfespeichers beschrieben. Für den Starthilfevorgang wird beim Anklemmen des Starthilfesystems an das Bordnetz eines Fahrzeugs zunächst die Steuerlogik 1 eingeschaltet und von der Starthilfebatterie versorgt. Als nächstes wird die Bordnetzspannung der schwachen Starterbatterie gemessen. Wenn die Bordnetzbatterie eine zu geringe Spannung bzw. Belastbarkeit hat, dann erfolgt die Stromversorgung über die Bordnetzersatzbatterie bzw. den über den Starthilfespeicher geladenen Glättungskondensator. Hier ist ein manuelles Einschalten vorgesehen. Die Steuerlogik berechnet die Spannung U1 , bei der der Schalter eingeschaltet werden soll, aus der beim Anklemmen gemessenen Bordnetzspannung verringert um einen Spannungssprung von n Volt, z.B. 2 Volt. Ein derartiger Spannungssprung bzw. -einbruch ist mit einer Hochstrombelastung der Bordnetzbatterie, so wie sie beim Startvorgang vorliegt, verbunden. Die Spannungszufuhr wird wieder unterbrochen, also das Starthilfesystem ausgeschaltet, sobald die Spannung über einer Spannung U2 liegt z.B. von ca. 13 V, spätestens jedoch nach einer vorgebbaren Zeit, wie z.B. 5 Sekunden. Die jeweiligen Schaltschwellen können vor allem herstellerseitig vorgegeben werden, ebenso die Zeitwerte, so dass eine Anpassung an beliebige Bordnetztopologien und Starthilfespeicher möglich ist. Vorteilhaft können die Spannungs- und Zeitwerte seitens des Anwenders nicht mehr verändert werden, damit keine Schäden am Bordnetz des Fahrzeugs durch eine falsche Einstellung der Werte auftreten. Grundsätzlich kann allerdings auch eine anwenderseitige Einstellbarkeit der Spannungs- und Zeitwerte vorgesehen werden. Möglich ist hier z.B. eine dynamische Vorgabe der Schwell- und Zeitwerte je nach Höhe der Bordnetzspannung. Bei einer hohen Klemmenspannung kann von einer noch relativ guten Batterie ausgegangen werden, so dass eine intensive Unterstützung, verbunden mit einer langen Einschaltdauer, nicht erforderlich ist. Bei geringer Bordnetzspannung kann von einer schlechten Starterbatterie ausgegangen werden, so dass die Einschaltdauer zu verlängern ist.
Bei sehr niedriger Spannung, die beispielsweise bei ca. 0 - 6 Volt liegt, kann u.U. kein Lastsprung mehr erkannt werden bzw. die Motorsteuergeräte leiten den Startvorgang nicht mehr ein. Dann kann der Schalter 7 manuell betätigt werden, so dass der Starthilfespeicher 2 auf das Bordnetz aufgeschaltet wird. Die Bordnetzspannung steigt sodann sofort steil an und der Schalter 7 wird über die Steuerlogik 1 so betätigt, dass die Bordnetzspannung in einem ebenfalls vorgebbaren Spannungsbereich bleibt, beispielsweise einem Bereich zwischen ca. 8 V und ca. 12 V. Ferner kann es sich als sinnvoll erweisen, einen kleinen Kondensator über die Klemmen des Starthilfespeichers 2 zu verbinden, damit die Spannung nicht so schnell zwischen den beiden Grenzwerten hin- und herschaltet.
Der Leistungsschalter 7 sollte hohe Ströme verlustarm leiten und kostengünstig sein, weswegen sich die Verwendung z.B. eines MOSFETs als geeignet erweist. Verluste beim Ein- und Ausschalten können dabei zumeist vernachlässigt werden. Wegen der maximalen geringen Einschaltdauer von z.B. 5 Sekunden wird keine besondere Kühlung benötigt. Vorteilhaft ist die Montage der Schaltelemente direkt am Gehäuse, um die Verlustleistung in Form von Wärme direkt nach außen ableiten zu können. Grundsätzlich kann selbstverständlich eine Kühlung vorgesehen sein, wenn dies anwendungsspezifisch gewünscht wird oder sich als vorteilhaft erweisen sollte. Ein besonders günstiger Aufbau ergibt sich beim Vorsehen einer Parallelschaltung von MOSFETs, da dann auch Module mit einem maximalen Strom von deutlich über 1.000 A durch einfache Parallelschaltung mehrerer MOSFETs unter Verwendung eines Treibers aufgebaut werden können.
Für Starthilfe bei 24 V-Bordnetzen wären die als Beispiele für ein 12 V-Bordnetz genannten Spannungswerte zu verdoppeln. Die genannten beispielhaften Zeitwerte können dabei jedoch gleich den vorstehend genannten bleiben.
Wird das Starthilfesystem auf die zu startende Batterie gelegt, z.B. mit einem formangepassten Gehäuse, ist es möglich, die verwendeten Kabel 5 für den Anschluss des Starthilfesystems an das Bordnetz und die Starterbatterie bzw. Bordnetzbatterie sehr kurz auszulegen, z.B. mit einer Länge von etwa 30 cm zu versehen. Hierdurch kann vorteilhaft Kabel gespart und können induktive Überspannungen, die sich negativ auf das Bordnetz auswirken können, vermieden werden. Aufgrund der geringen Länge können die Kabel dabei verhältnismäßig dünn sein.
Neben den im Vorstehenden genannten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen von Starthilfesystemen und Verfahren zur Starthilfe können noch zahlreiche weitere gebildet werden, bei denen jeweils zumindest ein Leistungsschalter, insbesondere Halbleiterschalter und zumindest ein interner Starthilfespeicher vorgesehen sind, wobei der Starthilfespeicher parallel zur Starterbatterie des Fahrzeugs geschaltet wird bzw. geschaltet werden kann. Insbesondere ist dabei die Nennspannung bzw. Betriebsspannung des Starthilfespeichers höher als bislang üblich und unterscheidet sich insbesondere von der Bordnetzspannung. Darüber hinaus sind auch Anwendungen möglich, bei denen das hier beschriebene Starthilfesystem eine Starterbatterie völlig ersetzen kann, z.B. bei Fahrzeugen, bei denen neben einer Bordnetzbatterie zusätzlich eine, nur für den Startvorgang verwendete Starterbatterie verwendet wird, oder bei Netzersatzanlagen. Insbesondere bei Hybrid-Fahrzeugen, bei denen eine Traktionsbatterie und eine Starterbatterie vorgesehen sind, kann auf die zweitgenannte verzichtet werden. Ein DC/DC-Wandler in Kombination mit einer kleinen Batterie, die nicht für hohe Startleistungen ausgelegt werden muss, sorgt in diesem Falle für die Stabilisierung des Niederspannungsbordnetzes und der Startvorgang des Verbrennungsmotors wird unter Verwendung einer modifizierten Version des hier vorgestellten Starthilfesystems durchgeführt. Auch bei Fahrzeugen mit Start-Stop-System kann das hier beschriebene Starthilfesystem in unmittelbarer Nähe des Anlassermotors fest eingebaut werden und die Bordnetzbatterie belasten, so dass diese nur einen vergleichsweise geringen Stromanteil beim Startvorgang liefern muss.
Bezugszeichenliste
1 Steuerlogik
2 Starthilfespeicher
3 externes oder internes Ladegerät
4 Datenlogger
5 Kabel zum Anschluss an Batterien
6 Bordnetzersatzeinrichtung
7 Leistungsschalter
8 Schalter
10 Starthilfesystem
11 Bord netz
12 Starterbatterie
13 Leistungsschalter
14 Leistungsschalter
15 Leistungsschalter
16 Bordnetzbatterie
17 Anlassermotor
18 Innenwiderstand
19 Spule
20 Hälfte Starthilfebatterie
21 Hälfte Starthilfebatterie
22 Diode

Claims

Ansprüche
1. Starthilfesystem (10) für ein Fahrzeug, umfassend zumindest einen Leistungsschalter (7,13), insbesondere Halbleiterschalter, und ein Bordnetz (11) dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein interner Starthilfespeicher (2) mit einer vorgebbaren, auch unter und über der Nenn- bzw. Betriebsspannung des Bordnetzes liegenden Nennspannung vorgesehen und der zumindest eine Leistungsschalter durch eine Steuerlogik automatisch zuschaltbar ist, zeitgleich mit dem Stromfluss durch einen zum Starten vorgesehenen elektrischen Antrieb und/oder bei Feststellen eines Spannungseinbruchs unter einen vorbestimmbaren, von der Ruhespannung einer Starterbatterie (12) abhängigen Schwellwert, wobei der interne Starthilfespeicher (2) zum Unterstützen bei der Leistungsanforderung während des Startvorgangs zur Starterbatterie (12) des Fahrzeugs parallel schaltbar oder geschaltet ist.
2. Starthilfesystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Starthilfespeicher eine Nennspannung von zumindest etwa 10 V aufweist.
3. Starthilfesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Doppelschichtkondensatoren zumindest drei Doppelschichtkondensatoren mit einer Nennspannung von etwa 2,5 bis 2,7 V vorgesehen sind.
4. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität der Starthilfebatterie zumindest etwa 2 Ah beträgt, insbesondere 2 bis 10 Ah, insbesondere 6 bis 7 Ah.
5. Starthilfesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand des Starthilfespeichers (2) so gewählt oder wählbar ist, dass der Innenwiderstand des Starthilfespeichers (2) etwa dem Innenwiderstand des Anlassers des Fahrzeugs im Betriebszustand eines Starts entspricht, und die Gesamtspannung der Starthilfebatterie im Ruhezustand etwa doppelt so hoch ist wie eine beim Startvorgang auftretende optimale Spannung.
6. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzbeschaltung vorgesehen ist zum Schutz des Bordnetzes (11) vor einer zu hohen Spannung des Starthilfespeichers (2) bei Versagen der Steuerlogik (1) und/oder eines Leistungsschalters (7, 13) zwischen Starthilfesystem (10) und Bordnetz (11).
7. Starthilfesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzbeschaltung zumindest einen Widerstand oder eine Diode umfasst, über den bzw. die der Starthilfespeicher (2) ab einer vorgebbaren Spannung, die über der im Betrieb zu erwartenden Bordnetzspannung und unter der Verbraucher des Bordnetzes (11) schädigenden Spannung liegt, entladbar ist oder entladen wird.
8. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (1) zum Erkennen eines Lastsprungs, ausgehend von der vor Beginn des Startvorgangs gemessenen Bordnetzspannung, und Einschalten oder Leitendmachen eines Leistungsschalters vorgesehen ist.
9. Starthilfesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Starthilfespeicher (2) manuell zuschaltbar ist, wenn der Lastsprung nicht detektierbar ist oder wenn die Bordnetzspannung so niedrig ist, dass der Startvorgang des Fahrzeugs durch dessen Steuergeräte nicht mehr einleitbar ist.
10. Starthilfesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Starthilfespeicher (2) bei Verbindung mit der Fahrzeugsteuerung über die Fahrzeugsteuerung automatisch zuschaltbar ist bei Anliegen eines Signals zum Starten des Verbrennungsmotors.
11. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Starthilfespeicher bei Bedarf parallel zur Batterie des Fahrzeugs anklemmbar und von der Batterie des Fahrzeugs trennbar ist, wenn die Bordnetzspannung über einen vorgebbaren Grenzwert bei laufendem Fahrzeugmotor ansteigt.
12. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltungsanordnung zum direkten Laden des Starthilfespeichers (2), über das Bordnetz vorgesehen ist.
13. Starthilfesystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Hälften des Starthilfespeichers untereinander über zumindest einen Schalter (13) und mit der Bordnetzbatterie (16) über weitere Schalter (14,15) verbunden sind.
14. Starthilfesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Schalter (13) identisch ist mit dem Leistungsschalter (7).
15. Starthilfesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (13) identisch ist mit dem Schalter des Anlassermotors, der den Anlassermotor während des Startvorgangs mit dem Bordnetz verbindet.
16. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein externes Ladegerät zum Laden des Starthilfespeichers (2) vorgesehen ist.
17. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein internes Ladegerät zum Laden des Starthilfespeichers (2) vorgesehen ist.
18. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einrichtung zum Auswerten der Daten des Starthilfesystems zur Beurteilung der Bordnetzbatterie vorgesehen ist.
19. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Starthilfesystem modular aufgebaut ist.
20. Starthilfesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse des Starthilfesystems nach Art einer Abdeckung gestaltet ist, die formangepasst über eine schwache Batterie des Fahrzeugs legbar ist.
21. Verfahren zur Starthilfe bei einem Fahrzeug, insbesondere unter Verwendung des Starthilfesystems nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anklemmen eines oder des Starthilfesystems an das Bordnetz eines
Fahrzeugs die Bordnetzspannung im Ruhezustand gemessen wird, eine Steuerlogik (1) des Starthilfesystems mit Strom versorgt wird, der Zeitpunkt des Zuschaltens der Spannung des Starthilfespeichers (2) bei Unterschreiten eines vorggebbaren Schwellwerts basierend auf der beim Anklemmen gemessenen Bordnetzspannung verringert um einen auftretenden Spannungssprung von n Volt berechnet oder durch Erhalt eines Signals von einem Motorsteuergerät des Fahrzeugs signalisiert wird, unabhängig von der Höhe der Spannung des Starthilfespeichers des Starthilfesystems dieser der Bordnetzbatterie parallel geschaltet, und die Spannungszufuhr unterbrochen wird, sobald die Bordnetzspannung über eine vorgebbare Spannung (U2) steigt.
22. Verfahren zur Starthilfe bei einem Fahrzeug, insbesondere unter Verwendung des Starthilfesystems nach einem der Ansprüche 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Starthilfespeicher bei niedriger Bordnetzspannung manuell zugeschaltet wird oder durch Anschluss an die Fahrzeugelektrik automatisch zugeschaltet wird, wenn der Startvorgang des Fahrzeugs betätigt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Starthilfesystem bei Detektieren eines Lastsprungs durch einen Spannungssprung aktiviert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 21 , 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Steuerlogik (1) und eines von dieser betätigten Schalters ein passives Bauelement, insbesondere ein passiver Halbleiterschalter vorgesehen ist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Bauelement eine Diode ist.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einen Starthilfespeicher (2) mit einer Betriebsspannung unter der üblichen Bordnetzspannung im Ruhezustand und dem Bordnetz eine Diode geschaltet wird, die dann einen Stromfluss aus dem Starthilfespeicher (2) zulässt, wenn die Bordnetzspannung aufgrund des Spannungseinbruchs beim Starten unter die Spannung des Starthilfespeichers (2) sinkt.
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