DE102022121304A1 - Method for operating an on-board electrical system of an at least partially electrically operated motor vehicle, and on-board electrical system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes (10) eines zumindest teilweise elektrische betriebenen Kraftfahrzeugs (12), wobei zumindest ein elektrischer Verbraucher (24) in einem Hochvolt-Zwischenkreis (14) des elektrischen Bordnetzes (10) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die elektrische Energie zumindest von einem Hochvoltenergiespeicher (16) und einer Brennstoffzelleneinrichtung (18) mit elektrischer Energie bereitgestellt wird, und wobei elektrische Energie einer Brennstoffzelle (26) der Brennstoffzelleneinrichtung (18) mittels eines Gleichspannungswandlers (20) in den Hochvolt-Zwischenkreis (14) gespeist wird, wobei in Abhängigkeit von einem Steuersignal einer elektronischen Recheneinrichtung (22) eine Schützeinrichtung (28) der Brennstoffzelleneinrichtung (18) angesteuert wird und ein Stromkreis zwischen dem Gelichspannungswandler (20) und dem Hochvolt-Zwischenkreis (14) zerstörungsfrei und wiederholbar geöffnet wird, und wobei über eine Entladeeinrichtung (30) die Spannung am Gleichspannungswandler (20) dezidiert zerstörungsfrei und wiederholbar minimiert wird. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bordnetz (10).The invention relates to a method for operating an electrical system (10) of an at least partially electrically operated motor vehicle (12), wherein at least one electrical consumer (24) in a high-voltage intermediate circuit (14) of the electrical system (10) is supplied with electrical energy , wherein the electrical energy is provided at least by a high-voltage energy store (16) and a fuel cell device (18) with electrical energy, and wherein electrical energy of a fuel cell (26) of the fuel cell device (18) by means of a DC voltage converter (20) in the high-voltage intermediate circuit ( 14) is fed, a contactor device (28) of the fuel cell device (18) being activated as a function of a control signal from an electronic computing device (22) and a circuit between the DC voltage converter (20) and the high-voltage intermediate circuit (14) being opened in a non-destructive and repeatable manner will, and where practice r a discharge device (30) the voltage at the DC-DC converter (20) is minimized in a dedicated non-destructive and repeatable manner. The invention also relates to an on-board electrical system (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bordnetz.The invention relates to a method for operating an on-board electrical system of an at least partially electrically operated motor vehicle according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to an on-board electrical system.
Bei dem Betrieb von elektrischen Fahrzeugen, welche zusätzlich eine Brennstoffzelle als weitere Energiequelle integriert haben, kann es während des Betriebs zu Zuständen kommen, in denen die begrenzte Leistungsdynamik dieser Brennstoffzelle im Gegensatz zu unmittelbar erfolgenden Aktionen auf der Antriebsstrang- oder Gesamtfahrzeugseite steht. Insbesondere das Abschalten der Brennstoffzelle beziehungsweise des Brennstoffzellensystems stellt dabei eine Herausforderung dar.When operating electric vehicles, which have an additional integrated fuel cell as an additional energy source, conditions can arise during operation in which the limited performance dynamics of this fuel cell stand in contrast to immediate actions on the drive train side or the overall vehicle side. Switching off the fuel cell or the fuel cell system in particular poses a challenge.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein elektrisches Bordnetz zu schaffen, mittels welchen ein verbesserter Betrieb des elektrischen Bordnetzes realisiert werden kann.The object of the present invention is to provide a method and an on-board electrical system by means of which improved operation of the on-board electrical system can be implemented.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch ein elektrisches Bordnetz gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method and by an on-board electrical system according to the independent patent claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, wobei zumindest ein elektrischer Verbraucher an einem Hochvolt-Zwischenkreis des elektrischen Bordnetzes mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die elektrische Energie zumindest von einem Hochvoltenergiespeicher und einer Brennstoffzelleneinrichtung mit elektrischer Energie versorgt wird, und wobei elektrische Energie einer Brennstoffzelle der Brennstoffzelleneinrichtung mittels eines Gleichspannungswandlers in den Hochvolt-Zwischenkreis gespeist wird.One aspect of the invention relates to a method for operating an on-board electrical system of an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least one electrical consumer being supplied with electrical energy in a high-voltage intermediate circuit of the on-board electrical system, with the electrical energy being supplied at least by a high-voltage energy store and a fuel cell device electrical energy is supplied, and wherein electrical energy of a fuel cell of the fuel cell device is fed into the high-voltage intermediate circuit by means of a DC voltage converter.
Es ist dabei vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einem Steuersignal einer elektronischen Recheneinrichtung eine Schützeinrichtung der Brennstoffzelleneinrichtung angesteuert wird und ein Stromkreis zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Hochvolt-Zwischenkreis zerstörungsfrei und wiederholbar geöffnet wird, und wobei über eine Entladeeinrichtung die Spannung am Gleichspannungswandler dezidiert zerstörungsfrei und wiederholbar minimiert wird.It is provided that, depending on a control signal from an electronic computing device, a contactor device of the fuel cell device is activated and a circuit between the DC-DC converter and the high-voltage intermediate circuit is opened non-destructively and repeatably, and the voltage at the DC-DC converter is specifically non-destructively and repeatably opened via a discharge device is minimized.
Insbesondere kann somit ein spezifisches Abschalten der Brennstoffzelle im Kraftfahrzeug realisiert werden. So ist für einen optimalen Betrieb des Hochvolt-Systems ein schnelles Herunterfahren aus sicherheitstechnischen Aspekten wünschenswert. Jedoch ergeben sich bei Kraftfahrzeugen mit einer Brennstoffzelle als zusätzlicher Energiequelle für das Hochvolt-System besondere Schwierigkeiten resultierend aus deren komponentenspezifischen Verhalten während des Abschaltvorgangs. Der Brennstoffzellenstapel behindert einen sofortigen Leistungsabfall im Hochvolt-System, aufgrund der weiterhin erzeugten Leistung als Teil seiner Abschaltprozedur und der Notwendigkeit, dass diese Leistung durch das Hochvolt-System aufgenommen werden muss.In particular, a specific shutdown of the fuel cell in the motor vehicle can thus be implemented. For optimal operation of the high-voltage system, rapid shutdown is desirable for safety reasons. However, in motor vehicles with a fuel cell as an additional energy source for the high-voltage system, particular difficulties arise as a result of their component-specific behavior during the shutdown process. The fuel cell stack impedes an immediate drop in power in the high-voltage system due to the continued power being generated as part of its shutdown procedure and the need for that power to be absorbed by the high-voltage system.
Die Brennstoffzelle kann leistungsdynamisch nur sehr begrenzt agieren und benötigt ein langsames Herunterfahren, um die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems zu optimieren. Dies inkludiert eine Konditionierungsphase für die Elektroden der Bipolarplatten und mehrere Stufen der Restgasverwertung in dem Stack gegen Ende des Herunterfahrprozesses der Brennstoffzelle. Die überschüssige Energie wird dem Hochvolt-System zugeführt und von den Verbraucher- und Speicherkomponenten aufgenommen. Während dieser Zeitspanne ist das Hochvolt-System noch weiterhin mit dem Brennstoffzellensystem verbunden. Infolgedessen verzögert sich die Entkopplung zwischen Hochvolt-System und Brennstoffzellensystem, wodurch im gesamten Hochvoltzwischenkreis weiterhin die hohe Betriebsspannung anliegt. Aufgrund dieser Besonderheit der Brennstoffzelle kann die Anforderung als Hochvolt-System nach einem schnellen Abschaltvorgang nicht erfüllt und gleichzeitig die Brennstoffzelle schonend abgeschaltet werden. Durch die Erfindung wird eine frühzeitige Entkopplung des Hochvolt-Systems von dem Brennstoffzellensystem ermöglicht. Zusätzlich wird der Brennstoffzellen-Stack weiterhin optimal und geregelt heruntergefahren.The fuel cell can only act to a very limited extent in terms of performance dynamics and needs to be shut down slowly in order to optimize the service life of the fuel cell system. This includes a conditioning phase for the electrodes of the bipolar plates and several stages of residual gas utilization in the stack towards the end of the fuel cell shutdown process. The excess energy is fed to the high-voltage system and absorbed by the consumer and storage components. During this period of time, the high-voltage system is still connected to the fuel cell system. As a result, the decoupling between the high-voltage system and the fuel cell system is delayed, which means that the high operating voltage is still present in the entire high-voltage intermediate circuit. Due to this special feature of the fuel cell, the requirement as a high-voltage system for a quick switch-off process cannot be met and at the same time the fuel cell can be switched off gently. The invention enables early decoupling of the high-voltage system from the fuel cell system. In addition, the fuel cell stack continues to be shut down optimally and in a controlled manner.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird mittels zumindest eines ohmschen Widerstands als Entladeeinrichtung die Spannung minimiert.According to an advantageous embodiment, the voltage is minimized by means of at least one ohmic resistor as a discharge device.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Entladeeinrichtung aktiv zugeschaltet oder abgeschaltet wird.It is also advantageous if the discharge device is actively switched on or off.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn mittels zumindest einer Varistoreinrichtung als Entladeeinrichtung die Spannung minimiert wird.It is also advantageous if the voltage is minimized by means of at least one varistor device as the discharge device.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass mittels einer Vielzahl von unterschiedlichen Entladeeinrichtungen die Spannung minimiert wird.A further exemplary embodiment provides that the voltage is minimized by means of a large number of different discharge devices.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Hochvolt-Zwischenkreis, einem Hochvolt-Energiespeicher, einer Brennstoffzelleneinrichtung, einem Gleichspannungswandler, einer elektronischen Recheneinrichtung und einer Schützeinrichtung, wobei das elektrische Bordnetz zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels des elektrischen Bordnetzes durchgeführt.Another aspect of the invention relates to an on-board electrical system for an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least one high-voltage intermediate circuit, a high-voltage energy store, a fuel cell device, a DC voltage converter, an electronic computing device and a protection device, the on-board electrical system for carrying out a method is formed according to the preceding aspect. In particular, the method is carried out using the on-board electrical system.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz nach dem vorhergehenden Aspekt.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with an on-board electrical system according to the preceding aspect.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Bordnetzes sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen. Das elektrische Bordnetz sowie das Kraftfahrzeug weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, um entsprechende Verfahrensschritte durchführen zu können.Advantageous configurations of the method are to be regarded as advantageous configurations of the on-board electrical system and of the motor vehicle. For this purpose, the on-board electrical system and the motor vehicle have specific features in order to be able to carry out corresponding method steps.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur 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 result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the single figure can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the frame to abandon the invention.
Dabei zeigt die einzige Fig. ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines elektrischen Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug.The only figure shows a schematic block diagram according to an embodiment of an on-board electrical system for a motor vehicle.
In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figure.
Die Fig. zeigt ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform eines elektrischen Bordnetzes 10 für ein rein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug 12. Das Kraftfahrzeug 12 ist zumindest teilweise elektrisch betrieben. Das elektrische Bordnetz 10 weist hierzu zumindest einen Hochvolt-Zwischenkreis 14, einen Hochvoltenergiespeicher 16, eine Brennstoffzelleneinrichtung 18, einen Gleichspannungswandler 20 sowie eine elektronische Recheneinrichtung 22 auf.The figure shows a schematic block diagram according to an embodiment of an
Bei dem Verfahren zum Betreiben des elektrischen Bordnetzes 10 ist vorgesehen, dass zumindest ein elektrischer Verbraucher 24 in dem Hochvolt-Zwischenkreis 14 mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die elektrische Energie zumindest von dem Hochvoltenergiespeicher 16 und der Brennstoffzelleneinrichtung 18 bereitgestellt wird, und wobei elektrischer Energie einer Brennstoffzelle 26 der Brennstoffzelleneinrichtung 18 mittels des Gleichspannungswandlers 20 in den Hochvolt-Zwischenkreis 14 gespeist wird.The method for operating the vehicle
Es ist dabei vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einem Steuersignal der elektronischen Recheneinrichtung 22 eine Schützeinrichtung 28 der Brennstoffzelleneinrichtung 26 angesteuert wird und ein Stromkreis zwischen dem Gleichspannungswandler 20 und dem Hochvolt-Zwischenkreis 14 zerstörungsfrei und wiederholbar geöffnet wird, und wobei über eine Entladeeinrichtung 30 die Spannung am Gleichspannungswandler 20 dezidiert zerstörungsfrei und wiederholt minimiert wird.Provision is made here for a
Es kann dabei vorgesehen sein, dass mittels zumindest eines ohmschen Widerstands als Entladeeinrichtung 30 die Spannung minimiert wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Entladeeinrichtung 30 aktiv zugeschaltet oder abgeschaltet wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels zumindest einer Varistoreinrichtung als Entladeeinrichtung 30 die Spannung minimiert wird.Provision can be made for the voltage to be minimized by means of at least one ohmic resistor as the
Die Fig. zeigt insbesondere, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Entladeeinrichtungen 30 die Spannung minimieren kann.The figure shows in particular that a large number of
Insbesondere ist ein Verfahren zum schonenden Herunterfahren des Brennstoffzellen-Stacks ohne die Anforderung zur Energieaufnahme an das HV-System, was dem elektrischen Bordnetz 10 entspricht, während dem Abschaltprozesses vorgeschlagen. Sobald der „Shutdown“-Befehl das HV-System erreicht werden die Schütze geöffnet, sodass zwischen Brennstoffzellen-Stack und Hochvolt-Zwischenkreis 14 kein Strom mehr fließen kann. Zusätzlich wird der Betrieb des eingebauten Gleichspannungswandlers 20, welcher auch als DC/DC-Wandler bezeichnet werden kann, unterbrochen, sodass in diesem keine Leistung mehr umgesetzt wird. Damit wird sichergestellt, dass keine Energieeinspeisung mehr in den Hochvolt-Zwischenkreis 14 geschieht. Der Brennstoffzellen-Stack ist damit vom restlichen HV-System galvanisch entkoppelt und ein separates Herunterfahren der beiden Systeme wird ermöglicht.In particular, a method for gently shutting down the fuel cell stack is proposed without requiring the HV system to consume energy, which corresponds to the vehicle
Dadurch kann das HV-System schnell heruntergefahren und spannungsfrei gemacht werden, wodurch eventuelle Vorteile hinsichtlich der Hochvoltsicherheit erreicht werden.This allows the HV system to be quickly shut down and de-energized, which may result in advantages in terms of high-voltage safety.
Anschließend wird der im Brennstoffzellensystem integrierte Gleichspannungswandler 20 als Regelelement verwendet um mit Hilfe der aktiven und passiven Entladungselemente, also der Entladungseinrichtung 30, die restliche Energie, welche während dem Abschaltvorgang des Brennstoffzellen-Stacks abfällt, in Wärme umzuwandeln. Diese Regelung kann dann möglichst variabel zu dem gewünschten Brennstoffzellenverhalten angepasst werden, sodass den komponentenspezifischen Anforderungen an Betrieb und Lebensdauer trotz der Trennung vom HV-System weiterhin optimiert werden können.Subsequently, the DC-
Der DC/DC-Wandler ist aufgrund seiner Funktionsweise ohne weitere Maßnahmen als Regelelement zu verwenden und auch sonst müssen keine weiteren Veränderungen an den Bauteilen oder Schaltkreis vorgenommen werden. Darüber hinaus ist für den hier betrachteten Anwendungsfall es gegebenenfalls sinnvoll den DC/DC mit einem maximal ineffektiven Wirkungsgrad zu betreiben.Due to its mode of operation, the DC/DC converter can be used as a control element without any further measures and no further changes need to be made to the components or circuit. In addition, for the application considered here, it may make sense to operate the DC/DC with a maximum ineffective efficiency.
Die Fig. zeigt den Schaltkreis beim Abschaltvorgang unmittelbar nach der Abschaltanforderung seitens des Systems. Dafür blockiert den DC/DC-Wandler die Leistungsübertragung, indem er den Leistungsdurchsatz unterbricht. Darüber hinaus werden die Schütze geöffnet, sodass der Brennstoffzellen-Stack und der Hochvolt-Zwischenkreis 14 galvanisch getrennt sind. In diesem Fall bleibt die Spannung stackseitig bestehen und eine Konditionierung der Zellen ist aufgrund einer fehlenden Leistungssenke im Stand der Technik nicht möglich. Nach der galvanischen Trennung des Brennstoffzellensystems kann das restliche HV-System heruntergefahren werden.The figure shows the circuit during the shutdown process immediately after the shutdown request from the system. To do this, the DC/DC converter blocks the power transmission by interrupting the power throughput. In addition, the contactors are opened so that the fuel cell stack and the high-voltage
Die Fig. zeigt den Schaltkreis mit geregelten Deenergetisierung über aktive und passive Entladeelemente beim Abschaltvorgang. Die Schütze sind weiterhin geöffnet, damit der Brennstoffzellen-Stack und der Hochvolt-Zwischenkreis 14 weiterhin galvanisch getrennt sind. Zudem wird der Schalter des aktiven Entladebauteils geschlossen, damit im weiteren Zeitverlauf der DCDC-Wandler die überschüssige Energie aus dem Brennstoffzellen-Stack, mittels gezielter Ansteuerung an die aktiven und passiven Entladeelemente übergeben kann.The figure shows the circuit with controlled de-energization via active and passive discharge elements during the shutdown process. The contactors are still open so that the fuel cell stack and the high-voltage
Vor dem Zeitpunkt des Abschaltens setzten die aktiven Entladungselemente keine Leistung um, da der Schalter geschlossen ist. Ab dem Zeitpunkt des Abschaltens, werden die Schalter der aktiven Entladungselemente geschlossen und die Regelung der DCDC Anlage setzt ein. Es wird in geschickter Weise, unter Berücksichtigung der komponentenspezifischen Anforderungen und der derzeitigen Thermik, die Leistungsabgabe an die aktiven Entladungselemente geregelt, sodass der Brennstoffzellen-Stack schonend heruntergefahren werden kann, samt einer Konditionierungsphase und Restgasverwertung. Beispielhaft ist hier der Verlauf der Leistung der aktiven Entladungselemente über die Zeit als Treppenstufen dargestellt.Before the turn-off time, the active discharge elements were not dissipating any power since the switch is closed. From the point in time of switching off, the switches of the active discharge elements are closed and the regulation of the DCDC system begins. The power output to the active discharge elements is controlled in a skilful manner, taking into account the component-specific requirements and the current thermal conditions, so that the fuel cell stack can be shut down gently, including a conditioning phase and residual gas utilization. As an example, the course of the power of the active discharge elements over time is shown as steps.
Darüber hinaus sind ebenfalls weitere Ausführungsstufen des vorgestellten grundsätzlichen Konzepts zur Entkopplung des Herunterfahrprozesses der Brennstoffzelle von dem restlichen HV-System und dieser geregelten Entladung denkbar.In addition, further implementation stages of the presented basic concept for decoupling the shutdown process of the fuel cell from the rest of the HV system and this controlled discharge are also conceivable.
Zusätzlich könnte das Einbringen weiterer aktiver Entladewiderstände ergänzende technische Vorteile mit sich bringen. So könnten mehrere aktive Entladewiderstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten für unterschiedliche Leistungen vorgesehen werden und beliebig kombiniert werden, welche über externe Signale zu- und abgeschaltet werden. Sowie ein weiterer aktiver Entladewiderstand dediziert für die konventionelle Entladung vorhandener Kapazitäten.In addition, the introduction of further active discharge resistors could bring additional technical advantages. For example, several active discharge resistors with different resistance values for different power levels could be provided and combined as desired, which could be switched on and off via external signals. As well as an additional active discharge resistor dedicated to the conventional discharge of existing capacities.
Eine weitere Ausführung kann über eventuelle Halbleiterelektrik realisiert werden wie über Varistor-Elemente, welche erst bei hohen Spannungen leiten und einen spannungsabhängigen Widerstand aufweisen. Über die ausgehende Spannung des DC/DC-Wandlers besteht so ein zusätzlicher Freiheitsgrad das System zu regeln und die gewünschte Entladeleistung für den Brennstoffzellenstack zur Verfügung zu stellen.A further embodiment can be implemented using any semiconductor electronics such as varistor elements, which only conduct at high voltages and have a voltage-dependent resistance. There is an additional degree of freedom to regulate the system via the outgoing voltage of the DC/DC converter and to provide the desired discharge capacity for the fuel cell stack.
Alternativ kann auch ein Halbleiter, welcher abhängig von der Spannungslage leitfähig wird, verwendet werden, sodass die dedizierte Entladeschaltung für das Herunterfahren direkt über die Ausgangsspannung des DC/DC initial gestartet werden kann. Dazu ist beispielsweise der Einsatz eines Halbleiters mit einer Zündspannung von 600V denkbar für ein Fahrzeug, welches eine maximale Systemspannung von 450V im Normalbetrieb aufweist.Alternatively, a semiconductor that becomes conductive depending on the voltage level can also be used, so that the dedicated discharge circuit for shutting down can be initially started directly via the output voltage of the DC/DC. For example, the use of a semiconductor with an ignition voltage of 600V is conceivable for a vehicle that has a maximum system voltage of 450V in normal operation.
Ebenfalls denkbar wäre die Entladung über einen internen Brückenkurzschluss im DC/DC-Wandler.Discharging via an internal bridge short circuit in the DC/DC converter would also be conceivable.
Darüber hinaus ist auch eine Mischung aus dem derzeitigen Stand der Technik und dem vorgestellten Konzept in den verschiedenen Ausführungsformen denkbar, sodass erst nachdem die Brennstoffzelle während ihrem Abschaltvorgang eine bestimmte Leistungsschwelle unterschritten hat diese galvanisch vom restlichen Hochvolt-Zwischenkreis 14 getrennt wird. Erst nach dieser Trennung wird die verbleibende, geringere Energiemenge über das beschriebene Konzept intern im Brennstoffzellensystem in Wärme gewandelt. Dafür spricht, dass die meiste Energie weiterhin in die Batterie fließen kann ohne den Nachteil einen übermäßig langen Betrieb des HV-Systems für Stack-Konditionierung und Restgasverwertung in Kauf nehmen zu müssen.In addition, a mixture of the current state of the art and the concept presented in the various embodiments is conceivable, so that only after the fuel cell has fallen below a certain power threshold during its shutdown process is it electrically isolated from the remaining high-voltage
Durch das Verfahren wird ein Sicherheitsgewinn durch ein frühzeitiges Abstellen des HV-Systems erzielt. Zusätzlich lassen sich aufgrund der Spannungsregelung des DC/DC definierte Ströme einstellen, wodurch ein schonendes Herunterfahren der Brennstoffzellen-Stacks erst ermöglicht wird. Im Falle der Abschaltung kann frühzeitig das sicherheitsnotwendige schnelle Entkoppeln des HV-Systems erreicht werden und gleichzeitig ein schonender Abschaltvorgang des Brennstoffzellen-Stacks, durch gezielte Regelung des DC/DC-Wandlers, durchgeführt werden. Weiterhin werden hierfür keine zusätzlichen Komponenten benötigt insofern der DC/DC-Wandler sowohl im Hochsetzsteller-, als auch im Tiefsetzstellerbetrieb arbeiten kann.The method increases safety by switching off the HV system at an early stage. In addition, defined currents can be set due to the voltage regulation of the DC/DC, which makes gentle shutdown of the fuel cell stack possible in the first place. In the event of a shutdown, the safety-required rapid decoupling of the HV system can be achieved at an early stage and at the same time a gentle shutdown process for the fuel cell stack can be carried out through targeted control of the DC/DC converter. Furthermore, no additional components are required for this, insofar as the DC/DC converter can work both in step-up converter mode and in step-down mode.
Kritisch bleibt an dieser Stelle, dass die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle und die geregelte Umwandlung über den DC/DC-Wandler für den Stack weiterhin weniger schonend ablaufen, als mit verbundener Batterie. Jedoch stellt dieses Verfahre für den Fall einer notwendigen galvanischen Trennung des Brennstoffzellensystems aus sicherheitstechnischen Gründen eine deutliche Verbesserung zu derzeit existierenden dar.At this point, it remains critical that the power generation in the fuel cell and the controlled conversion via the DC/DC converter for the stack continue to be less gentle than with a connected battery. However, in the case of a necessary galvanic isolation of the fuel cell system for safety reasons, this procedure represents a significant improvement over the currently existing ones.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- elektrisches Bordnetzelectrical system
- 1212
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 1414
- Hochvolt-ZwischenkreisHigh-voltage intermediate circuit
- 1616
- elektrischer Hochvoltenergiespeicherelectric high-voltage energy storage
- 1818
- Brennstoffzelleneinrichtungfuel cell device
- 2020
- GleichspannungswandlerDC converter
- 2222
- elektronische Recheneinrichtungelectronic computing device
- 2424
- Verbraucherconsumer
- 2626
- Brennstoffzellefuel cell
- 2828
- Schützeinrichtungprotective device
- 3030
- Entladeeinrichtungunloading device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R230 | Request for early publication |