DE102017006159A1 - Discharge device for an electrical voltage source, in particular a fuel cell stack, of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Entladevorrichtung (1) für eine elektrische Spannungsquelle (2), insbesondere einen Brennstoffzellenstapel, eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Halbleiterschalter (TH1), mittels welchem zum Entladen der Spannungsquelle (2) Versorgungsanschlüsse (HV+, HV-) der Spannungsquelle (2) elektrisch verbindbar sind, und mit einer ersten Steuerschaltung (3a) zum Ansteuern des ersten Halbleiterschalters (TH1), wobei die Entladevorrichtung (1) einen zweiten Halbleiterschalter (TH2), mittels welchem zum Entladen der Spannungsquelle (2) die Versorgungsanschlüsse (HV+, HV-) der Spannungsquelle (2) unabhängig von dem ersten Halbleiterschalter (TH1) elektrisch verbindbar sind, und eine zweite Steuerschaltung (3b) zum Ansteuern des zweiten Halbleiterschalters (TH2) aufweist, wobei die zweite Steuerschaltung (3b) separat zur ersten Steuerschaltung (3a) ausgebildet ist. The invention relates to a discharge device (1) for an electrical voltage source (2), in particular a fuel cell stack of a motor vehicle, having a first semiconductor switch (TH1), by means of which supply terminals (HV +, HV-) of the voltage source (2) for discharging the voltage source (2). 2) are electrically connectable, and with a first control circuit (3a) for driving the first semiconductor switch (TH1), wherein the discharge device (1) a second semiconductor switch (TH2), by means of which for discharging the voltage source (2) the supply terminals (HV +, HV) of the voltage source (2) independently of the first semiconductor switch (TH1) are electrically connected, and a second control circuit (3b) for driving the second semiconductor switch (TH2), wherein the second control circuit (3b) separately from the first control circuit (3a ) is trained.
Description
Die Erfindung betrifft eine Entladevorrichtung für eine elektrische Spannungsquelle, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder eine Brennstoffzelle, eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Halbleiterschalter, mittels welchem zum Entladen der Spannungsquelle Versorgungsanschlüsse der Spannungsquelle elektrisch verbindbar sind, und mit einer ersten Steuerschaltung zum Ansteuern des ersten Halbleiterschalters.The invention relates to a discharge device for an electrical voltage source, in particular a fuel cell stack or a fuel cell, a motor vehicle having a first semiconductor switch, by means of which for discharging the voltage source supply terminals of the voltage source are electrically connected, and having a first control circuit for driving the first semiconductor switch.
Vorliegend gilt das Interesse elektrischen Spannungsquellen, welche im Automobilbereich verwendet werden. Solche Spannungsquellen können insbesondere als Brennstoffzellenstapel ausgebildet sein. Aus dem Stand der Technik sind Entladevorrichtungen für elektrische Spannungsquellen, insbesondere Brennstoffzellenstapel, bekannt, welche bei der Abschaltung das Entladen dieser elektrischen Spannungsquelle zur Aufgabe haben. Eine solche Entladevorrichtung kann einen ersten Halbleiterschalter, beispielsweise einen Thyristor, aufweisen, mittels welchem die Versorgungsanschlüsse des Brennstoffzellenstapels zum Entladen niederohmig miteinander verbunden werden können. Dieser erste Halbleiterschalter, der auch als Hauptentladeschalter bezeichnet werden kann, kann mit einer ersten Steuerschaltung angesteuert werden. Durch das Ansteuern des Halbleiterschalters kann dieser elektrisch leitend geschaltet werden.In the present case, the interest of electrical voltage sources, which are used in the automotive sector. Such voltage sources can be designed in particular as a fuel cell stack. Discharge devices for electrical voltage sources, in particular fuel cell stacks, are known from the prior art, which have the task of discharging this electrical voltage source during the disconnection. Such an unloading device may comprise a first semiconductor switch, for example a thyristor, by means of which the supply terminals of the fuel cell stack can be connected to one another in a low-resistance manner for discharging. This first semiconductor switch, which can also be referred to as the main discharge switch, can be driven by a first control circuit. By driving the semiconductor switch, this can be switched electrically conductive.
In diesem Zusammenhang beschreibt die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Entladevorrichtung für eine elektrische Spannungsquelle der eingangs genannten Art zuverlässiger ausgestaltet werden kann.It is an object of the present invention to provide a solution as to how a discharge device for an electrical voltage source of the type mentioned can be made more reliable.
Diese Aufgabe wird durch eine Entladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a discharge device having the features of
Eine erfindungsgemäße Entladevorrichtung für eine elektrische Spannungsquelle, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel, eines Kraftfahrzeugs umfasst einen ersten Halbleiterschalter, mittels welchem zum Entladen der Spannungsquelle Versorgungsanschlüsse der Spannungsquelle elektrisch verbindbar sind. Des Weiteren umfasst die Entladevorrichtung eine erste Steuerschaltung zum Ansteuern des ersten Halbleiterschalters. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Entladevorrichtung einen zweiten Halbleiterschalter, mittels welchem zum Entladen der Spannungsquelle die Versorgungsanschlüsse der Spannungsquelle unabhängig von dem ersten Halbleiterschalter elektrisch verbindbar sind, aufweist. Ferner umfasst die Entladevorrichtung eine zweite Steuerschaltung zum Ansteuern des zweiten Halbleiterschalters. Dabei ist die zweite Steuerschaltung separat zur ersten Steuerschaltung ausgebildet.A discharge device according to the invention for an electrical voltage source, in particular a fuel cell stack, of a motor vehicle comprises a first semiconductor switch, by means of which supply terminals of the voltage source can be electrically connected for discharging the voltage source. Furthermore, the discharge device comprises a first control circuit for driving the first semiconductor switch. According to the invention, the discharge device has a second semiconductor switch, by means of which the supply terminals of the voltage source can be electrically connected independently of the first semiconductor switch in order to discharge the voltage source. Furthermore, the discharge device comprises a second control circuit for driving the second semiconductor switch. In this case, the second control circuit is formed separately from the first control circuit.
Im Betrieb der Entladevorrichtung kann der Hauptentladeschalter beziehungsweise der erste Halbleiterschalter ausfallen. Zu diesem Zwecke ist der zweite Halbleiterschalter vorgesehen, welcher in diesem Fehlerfall das sichere Abschalten der elektrischen Spannungsquelle garantiert. Durch den zweiten Halbleiterschalter und die zweite Steuerschaltung, die unabhängig von der ersten Steuerschaltung betrieben werden kann, kann ein zweiter Sicherheitspfad bereitgestellt werden. Insbesondere kann trotz Ausfall der Schaltfunktionen des ersten Halbleiterschalters eine sichere Abschaltung der elektrischen Spannungsquelle gewährleistet werden. Bevorzugt sind der zweite Halbleiterschalter und die zweite Steuerschaltung dazu ausgebildet, die elektrische Spannung der Spannungsquelle in einer vorbestimmten Mindestzeit, beispielsweise kleiner
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass jeder der Halbleiterschalter einen maximal auftretenden Kurzschlussstrom mindestens irreversibel tragen kann. Dies bedeutet, dass beim Überschreiten eines reversibel schaltbaren Kurzschlussstroms der jeweilige Halbleiterschalter in einen dauerhaft niederohmigen Zustand übergeht. Dies kann auch als „durchlegieren“ bezeichnet werden.In this case, it is provided in particular that each of the semiconductor switches can carry a maximum occurring short-circuit current at least irreversibly. This means that when a reversibly switchable short-circuit current is exceeded, the respective semiconductor switch changes to a permanently low-resistance state. This can also be referred to as "alloying out".
Dabei ergeben sich beispielsweise vier unterschiedliche Varianten der Ausgestaltung der Halbleiterschalter. Beispielsweise können der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter jeweils auf einen vorbestimmten maximalen Kurzschlussstrom reversibel ausgelegt sein. Alternativ dazu kann der erste Halbleiterschalter reversibel auf den vorbestimmten maximalen Kurzschlussstrom ausgelegt sein und der zweite Halbleiterschalter kann irreversibel auf den vorbestimmten maximalen Kurzschlussstrom ausgelegt sein. Alternativ dazu können der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter gemeinsam auf den vorbestimmten maximalen Kurzschlussstrom ausgelegt sein. Eine weitere Alternative sieht vor, dass der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter jeweils auf den vorbestimmten maximalen Kurzschlussstrom irreversibel ausgelegt sind. In this case, for example, four different variants of the embodiment of the semiconductor switches. For example, the first semiconductor switch and the second semiconductor switch may each be designed to be reversible to a predetermined maximum short-circuit current. Alternatively, the first semiconductor switch can be reversibly designed for the predetermined maximum short-circuit current and the second semiconductor switch can be irreversibly designed for the predetermined maximum short-circuit current. Alternatively, the first semiconductor switch and the second semiconductor switch may be configured together to the predetermined maximum short-circuit current. A further alternative provides that the first semiconductor switch and the second semiconductor switch are each designed to be irreversible to the predetermined maximum short-circuit current.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter jeweils einen ersten Arbeitsanschluss, einen zweiten Arbeitsanschluss und einen Steueranschluss auf. Dabei ist es vorgesehen, dass die ersten Arbeitsanschlüsse und die zweiten Arbeitsanschlüsse der jeweiligen Halbleiterschalter elektrisch miteinander verbunden sind. Der erste Arbeitsanschluss kann eine Kathode sein, der zweite Arbeitsanschluss kann eine Anode sein und der Steueranschluss kann auch als Gate-Anschluss bezeichnet werden. Dabei können die Anoden und die Kathoden der Halbleiterschalter jeweils elektrisch leitend verbunden sein. Die jeweiligen Halbleiterschalter können also elektrisch parallel geschaltet sein. Bei den Halbleiterschaltern kann es sich beispielsweise um Thyristoren oder selbst leitende Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp, handeln. According to a further advantageous embodiment, the first semiconductor switch and the second semiconductor switch each have a first working port, a second working port and a control port. It is provided that the first working ports and the second working ports of the respective semiconductor switches are electrically connected to each other. The first working port may be a cathode, the second working port may be an anode, and the control port may also be referred to as a gate port. In this case, the anodes and the cathodes of the semiconductor switches can each be electrically conductively connected. The respective semiconductor switches can therefore be electrically connected in parallel. The semiconductor switches may, for example, be thyristors or self-conducting transistors, in particular depletion type field-effect transistors.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Entladevorrichtung eine Verspanneinrichtung zur Druckkontaktierung des ersten Halbleiterschalters und des zweiten Halbleiterschalters aufweist. Zudem sind die Verspanneinrichtung und/oder die Halbleiterschalter ohne eine Isolierschicht ausgebildet. Diese Verspanneinrichtung kann einen Spannverband beziehungsweise in Verspannkäfig aufweisen, der aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist. Dieser kann elektrisch mit dem ersten Arbeitsanschluss beziehungsweise der Kathode der jeweiligen Halbleiterschalter verbunden sein. Dieser Verspannkäfig kann nach Art eines Gehäuses ausgebildet sein, in welchem der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter mittels einer Spannfeder gehalten sind. Die Halbleiterschalter können so in dem Verspannkäfig angeordnet sein, dass die jeweiligen zweiten Arbeitsanschlüsse beziehungsweise Anoden einander zugewandt sind und jeweils mit einem Anschlusselement elektrisch leitend verbunden sind. Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass die zweiten Arbeitsanschlüsse über den Verspannkäfig elektrisch leitend verbunden sind und die ersten Arbeitsanschlüsse über das Anschlusselement elektrisch leitend verbunden sind.Furthermore, it is advantageous if the unloading device has a clamping device for pressure-contacting the first semiconductor switch and the second semiconductor switch. In addition, the bracing device and / or the semiconductor switches are formed without an insulating layer. This bracing device may have a clamping dressing or in Verspannkäfig, which is formed of an electrically conductive material. This can be electrically connected to the first working port or the cathode of the respective semiconductor switch. This Verspannkäfig may be formed in the manner of a housing in which the first semiconductor switch and the second semiconductor switch are held by a tension spring. The semiconductor switches may be arranged in the Verspannkäfig that the respective second working ports or anodes are facing each other and are each electrically connected to a connecting element. Alternatively, it can be provided that the second working connections are electrically conductively connected via the Verspannkäfig and the first working ports are electrically connected via the connecting element.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:
-
1 eine Entladevorrichtung für eine elektrische Spannungsquelle in einer schematischen Darstellung; -
2 die elektrische Spannungsquelle, welche als Brennstoffzellenstapel ausgebildet ist, sowie einen ersten Halbleiterschalter und einen zweiten Halbleiterschalter der Entladevorrichtung; und -
3 den ersten Halbleiterschalter und den zweiten Halbleiterschalter, welche in einer Verspanneinrichtung gehalten sind.
-
1 a discharge device for an electrical voltage source in a schematic representation; -
2 the electrical voltage source, which is designed as a fuel cell stack, and a first semiconductor switch and a second semiconductor switch of the discharge device; and -
3 the first semiconductor switch and the second semiconductor switch, which are held in a clamping device.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Darüber hinaus umfasst die Entladevorrichtung
Die Entladevorrichtung
Alle Funktionen zur Aktivierung der Halbleiterschalter
Grundsätzlich sind vier beispielhafte Möglichkeiten zu optimierten Gestaltung beziehungsweise Auslegung der Halbleiterschalter
Eine zweite Variante sieht vor, dass der erste Halbleiterschalter
Gemäß einer dritten Variante ist die Gesamtanordnung so ausgelegt, dass ein maximal auftretender Kurzschlussstrom nur bei voller Funktion beider Halbleiterschalter
Eine vierte Variante bezüglich der Optimierung sieht vor, dass eine bewusste Unterdimensionierung der reversibel schaltbaren Stromtragfähigkeit beider Halbleiterschalter
Hierzu zeigt
Ferner werden die ersten Arbeitsanschlüsse
Vorliegend sind die beiden zweiten Arbeitsanschlüsse
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Entladevorrichtungunloader
- 22
- Spannungsquellevoltage source
- 3a3a
- erste Steuerschaltungfirst control circuit
- 3b3b
- zweite Steuerschaltungsecond control circuit
- 4a4a
- Spannungsversorgungpower supply
- 4b4b
- Spannungsversorgungpower supply
- 5a5a
- Auslöseeinrichtungtriggering device
- 5b5b
- Auslöseeinrichtungtriggering device
- 6a6a
- Gate-TreiberGate Driver
- 6b6b
- Gate-TreiberGate Driver
- 77
- Oder-GliedOR gate
- 88th
- Diagnoseeinrichtungdiagnostic device
- 99
- Deaktivierungseinrichtungdeactivation device
- 1010
- Niedervolt-SchnittstelleLow-voltage interface
- 1111
- Arbeitsanschlussworking port
- 1212
- Arbeitsanschlussworking port
- 1313
- Steueranschlusscontrol connection
- 1414
- Verspanneinrichtungtensioning device
- 1515
- VerspannkäfigVerspannkäfig
- 1616
- Spannfedertension spring
- 1717
- Anschlusselementconnecting element
- 1818
- Anschlusselementconnecting element
- HV+HV +
- Versorgungsanschlusssupply terminal
- HV-HV
- Versorgungsanschlusssupply terminal
- TH1TH1
- HalbleiterschalterSemiconductor switches
- TH2TH2
- HalbleiterschalterSemiconductor switches
- UU
- Spannungtension
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE102017006159.9A DE102017006159A1 (en) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | Discharge device for an electrical voltage source, in particular a fuel cell stack, of a motor vehicle |
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ID=64661589
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---|---|---|---|---|
DE102020002283A1 (en) | 2020-04-15 | 2021-10-21 | Marquardt Gmbh | Switching element |
Citations (1)
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DE102012016246A1 (en) | 2012-08-16 | 2013-03-14 | Daimler Ag | Switching circuit for voltage source e.g. fuel cell stack, has semiconductor switch that generates conductive switching signal, when predetermined condition is not satisfied operation of voltage source |
-
2017
- 2017-06-29 DE DE102017006159.9A patent/DE102017006159A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |