CN112135749B - 用于操作机动车辆的高电压车载动力系统的方法以及高电压车载动力系统 - Google Patents

用于操作机动车辆的高电压车载动力系统的方法以及高电压车载动力系统 Download PDF

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Abstract

一种用于操作机动车辆(1)的高电压车载动力系统(2)的方法，其中进行以下步骤：a)生成用于将车载动力系统联接到机动车辆(1)的燃料电池(5)的联接信号(15)；b)根据联接信号(15)进行步骤c)至f)；c)根据联接信号(15)激活燃料电池(5)；d)确定燃料电池(5)的当前操作电压(14)；e)将从燃料电池(5)分离的高电压车载动力系统(2)的操作电压(13)调节到燃料电池(5)的操作电压(14)；和f)将燃料电池(5)联接到高电压车载动力系统(2)。

Description

用于操作机动车辆的高电压车载动力系统的方法以及高电压 车载动力系统
技术领域
本发明涉及一种用于操作机动车辆的高电压车载动力系统的方法。此外，本发明涉及用于机动车辆的对应的高电压车辆车载动力系统，其具有高电压电池和燃料电池。高电压电池经由DC电压转换器连接到机动车辆的电力牵引单元的逆变器。
背景技术
具有高电压电池和燃料电池的已知的高电压车载动力系统通常具有两个DC电压转换器。DC电压转换器通常布置在燃料电池和电力牵引单元的逆变器之间，而另一个DC电压转换器布置在高电压电池和逆变器之间。DC电压转换器中的一个允许调节燃料电池的操作电压，而另一个DC电压转换器用于调节高电压电池的操作电压。
两个DC电压转换器需要安装空间，并且增加了车辆的重量。功率损耗也会由DC电压转换器引发。
发明内容
本发明的目的是创造一种用于操作高电压车载动力系统的方法和高电压车载动力系统，其中或通过该方法和系统，具有燃料电池和高电压电池的高电压车载动力系统可以设计得更紧凑并且更节能地操作。
该目的通过根据独立权利要求的方法和高电压车载动力系统来实现。
在根据本发明的方法中，操作机动车辆的高电压车载动力系统。进行以下步骤：
a)生成用于将机动车辆的燃料电池联接到车载动力系统的联接信号；
b)根据联接信号进行步骤c)至f)；
c)根据联接信号激活燃料电池；
d)确定燃料电池的当前操作电压；
e)将从燃料电池分离的高电压车载动力系统的操作电压调节到燃料电池的操作电压；和
f)将燃料电池联接到高电压车载动力系统。
本发明基于这样的发现：燃料电池也可以直接连接到逆变器，即没有DC变压器，特别是如果在燃料电池联接到高电压车载动力系统之前将高电压车载动力系统的操作电压调节到燃料电池的操作电压。
燃料电池通常在激活后增加其操作电压。这将意味着，假设燃料电池直接连接到逆变器，只有在燃料电池的操作电压与高电压车载动力系统的操作电压匹配时，它才能联接到高电压车载动力系统。因此，燃料电池将需要操作一段时间，直到提供对应的操作电压以联接到高电压车载动力系统。一旦燃料电池联接到高电压车载动力系统，由燃料电池产生的能量仅由机动车辆使用。在联接之前，燃料电池特别是在不使用所产生的能量的情况下操作。
通过调节高电压车载动力系统的操作电压，即特别是降低它，特别是通过在高电压电池和逆变器之间使用DC电压转换器，燃料电池可以比不调节高电压车载动力系统的操作电压的情况更早地直接联接到高电压车载动力系统。因此，最初产生的燃料电池的能量，即在燃料电池的激活之后不久产生的能量，可以更早地被馈入高电压车载动力系统，从而允许高电压车载动力系统或燃料电池更节能地操作。
此外，燃料电池和逆变器之间的连接，特别是仅经由燃料电池连接开关形成的连接，可以以较小的损耗来避免在例如燃料电池的附加DC电压转换器的情况下出现的能量损失。
此外，通过省去燃料电池和逆变器之间的附加DC电压转换器，可以节省机动车辆中的安装空间。
优选地，规定通过燃料电池连接开关在步骤f)中将燃料电池联接到高电压车载动力系统。燃料电池连接开关特别地可以实现为接触器。燃料电池连接开关优选地布置在燃料电池和逆变器之间。为了联接燃料电池，燃料电池连接开关特别地闭合。燃料电池连接开关使得燃料电池能够以节能和节省空间的方式连接到逆变器。
此外，优选地规定，在步骤c)中燃料电池的激活之前，断开燃料电池连接开关。通过断开燃料电池连接开关，燃料电池从高电压车载动力系统分离，并且可以在燃料电池的操作电压和高电压车载动力系统的操作电压之间不存在显著电压差的情况下被激活。
此外，优选的是，在步骤e)中降低高电压车载动力系统的操作电压，以将其调节到燃料电池的当前操作电压。通过降低高电压车载动力系统的操作电压，燃料电池可以在通电状态下或者在燃料电池的操作电压持续增加的启动阶段期间，即早于高电压车载动力系统的操作电压没有降低时，连接到高电压车载动力系统。这允许燃料电池的能量比燃料电池的联接稍后发生时更早地馈入高电压车载动力系统，即仅当燃料电池已经达到与高电压车载动力系统的操作电压相似的操作电压时。
此外，优选地规定，在步骤f)中联接燃料电池之后，增加燃料电池的操作电压和/或高电压车载动力系统的操作电压。通过增加相应的操作电压，逆变器和因此牵引单元可以被供应更高的电压，这使得牵引单元功率更大和更高效。特别地，规定高电压车载动力系统的操作电压对于燃料电池的联接操作暂时降低，并且在联接过程完成之后再次升高，例如升高到原始水平。
特别地，燃料电池的联接在机动车辆不需要牵引单元的全功率时进行，但是优选地在预测将来需要燃料电池的功率时进行。因此，可以生成联接信号，并且可以根据该方法进行燃料电池与车载动力系统的联接。
此外，优选地规定，在燃料电池的联接之后生成分离信号，并且根据分离信号将高电压车载动力系统的操作电压调节到燃料电池的操作电压，其中在基于分离信号的调节之后，燃料电池在断电状态下操作，即燃料电池和高电压车载动力系统之间的电压差为零。然后，在断电的操作中，燃料电池从高电压车载动力系统分离。特别地，燃料电池在分离之后被关闭或停用。通过升高高电压车载动力系统的操作电压，燃料电池在断电状态下操作，并且通过断开燃料电池连接开关，燃料电池可以从高电压车载动力系统分离。
还规定步骤a)至f)按照规定的顺序进行。通过使用给定的顺序，燃料电池以节能的方式联接到高电压车载动力系统，并且基本上没有电压浪涌。
本发明还涉及一种用于机动车辆的高电压车载动力系统。根据本发明的高电压车载动力系统具有高电压电池和燃料电池。高电压电池经由DC电压转换器电连接到机动车辆的电力牵引单元的逆变器。一个重要的想法是燃料电池直接电连接到逆变器，即没有DC电压转换器。
在这种情况下，燃料电池与逆变器的直接连接描述了这样的事实，在燃料电池和逆变器之间没有布置DC电压转换器，即在燃料电池和逆变器之间没有发生电压调节。
然而，直接可以意味着开关(特别是燃料电池连接开关)布置在燃料电池和逆变器之间。
由于燃料电池和逆变器之间的直接连接，高电压车载动力系统可以设计得更紧凑和更节能。此外，高电压车载动力系统的无源部件可以减小尺寸或完全取消。
优选地，燃料电池连接开关布置在燃料电池和高电压车载动力系统的动力连接点之间，并且动力连接点直接电连接到DC电压转换器、逆变器和燃料电池连接开关。燃料电池和高电压电池特别地通过动力连接点并联连接。然后，高电压车载动力系统可以从燃料电池和高电压电池两者被供应能量。
此外，优选地规定，高电压车载动力系统具有控制单元，该控制单元被配置成生成联接信号和/或分离信号，通过该联接信号燃料电池联接到高电压车载动力系统，通过该分离信号燃料电池从高电压车载动力系统分离。然后，控制单元还可以优选地调节高电压车载动力系统的操作电压。高电压车载动力系统的操作电压的调节优选地经由DC电压转换器来进行。为此，控制单元可以连接到DC电压转换器，用于控制信号传输。
根据本发明的方法的有利实施例将被视为高电压车载动力系统的有利实施例。高电压车载动力系统的相关部件各自被设计为进行相应的方法步骤。
本发明的另外的特征从权利要求书、附图和附图的描述中显现出来。
附图说明
下面借助于示意图更详细地解释本发明的示例性实施例。
图1示出了具有根据本发明的高电压车载动力系统的示例性实施例的机动车辆的示意性平面图。
具体实施方式
该图示出了机动车辆1的示意性平面图。机动车辆1具有高电压车载动力系统2和牵引单元3。
牵引单元3可以被设计为例如电动马达。牵引单元3特别地提供机动车辆1的主驱动功率。
高电压车载动力系统2具有逆变器4、燃料电池5、高电压电池6、DC电压转换器7和燃料电池连接开关8。
燃料电池5经由燃料电池连接开关8电连接到高电压车载动力系统2。更准确地说，通过闭合燃料电池连接开关8，包括燃料电池5的第一高电压车载动力系统部段9电连接到包括高电压电池6和DC电压转换器7的第二高电压车载动力系统部段10。
根据示例性实施例，高电压电池6仅经由DC电压转换器7连接到逆变器4。
动力连接点11布置在燃料电池连接开关8、逆变器4和DC变压器7之间。根据示例性实施例，燃料电池连接开关8又直接布置在燃料电池5和动力连接点11之间。
此外，高电压车载动力系统具有控制单元12，根据示例性实施例，控制单元12连接到DC变压器7。例如，控制单元12可以控制DC变压器7，以便调节、特别是增加或降低高电压车载动力系统3的操作电压13，特别是第二高电压车载动力系统部段10的操作电压。
操作电压14由燃料电池5提供。如果燃料电池连接开关8断开，则燃料电池5的操作电压14仅施加到第一高电压车载动力系统部段9。
例如，一种用于操作高电压车载动力系统2的方法现在进行如下。生成联接信号15，用于将燃料电池5联接到车载动力系统。然后，根据示例性实施例，进行检查以确定燃料电池连接开关8是否断开。如果是这种情况，燃料电池5根据联接信号15被激活。确定燃料电池5的当前操作电压14。根据示例性实施例，高电压车载动力系统2的操作电压13然后通过DC电压转换器7被调节到燃料电池5的操作电压14，或者被带到相同的电压水平。高电压车载动力系统2由此被配置成在步骤e)中将高电压车载动力系统2的操作电压13调节到燃料电池5的操作电压14。这特别地意味着可以降低高电压车载动力系统2(特别是第二高电压车载动力系统部段10)的操作电压13。特别地，在调节高电压车载动力系统2的操作电压13之后，燃料电池5直接联接到高电压车载动力系统2，换句话说，燃料电池连接开关8闭合。
特别地，将高电压车载动力系统2的操作电压13调节到燃料电池5的操作电压14意味着获得了电势均衡，并且燃料电池连接开关8可以在没有电流流动的情况下闭合。燃料电池5现在可以为牵引单元3或机动车辆1的传动系馈电，而没有DC变压器的损失。
附图标记列表
1 机动车辆
2 高电压车载动力系统
3 牵引单元
4 逆变器
5 燃料电池
6 高电压电池
7 DC电压转换器
8 燃料电池连接开关
9 第一高电压车载动力系统部段
10 第二高电压车载动力系统部段
11 动力连接点
12 控制单元
13 高电压车载动力系统的操作电压
14 燃料电池的操作电压
15 联接信号。

Claims (8)

1.一种用于操作机动车辆(1)的高电压车载动力系统(2)的方法，其中进行以下步骤：
a)生成用于将所述机动车辆(1)的燃料电池(5)联接到所述车载动力系统的联接信号(15)；
b)根据所述联接信号(15)进行步骤c)至f)；
c)根据所述联接信号(15)激活所述燃料电池(5)；
d)确定所述燃料电池(5)的当前操作电压(14)；
e)将从所述燃料电池(5)分离的所述高电压车载动力系统(2)的操作电压(13)调节到所述燃料电池(5)的操作电压(14)；
f)将所述燃料电池(5)直接联接到所述高电压车载动力系统(2)；
g)在联接所述燃料电池(5)之后生成分离信号；
h)根据所述分离信号将所述高电压车载动力系统(2)的所述操作电压(13)调节到所述燃料电池(5)的所述操作电压(14)，其中，在基于所述分离信号的所述调节之后，所述燃料电池(5)在没有电流的状态下操作；并且
i)在没有电流的操作中，所述燃料电池(5)从所述高电压车载动力系统(2)分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
在步骤f)中所述燃料电池(5)通过燃料电池连接开关(8)联接到所述高电压车载动力系统(2)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中
在步骤c)中所述燃料电池(5)被激活之前，所述燃料电池连接开关(8)被断开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中
在步骤e)中降低所述高电压车载动力系统(2)的所述操作电压(13)，以将其调节到所述燃料电池(5)的所述操作电压(14)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中
在步骤f)中联接所述燃料电池(5)之后，增加所述燃料电池(5)的所述操作电压(14)和/或所述高电压车载动力系统(2)的所述操作电压(13)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中
所述步骤a)至f)以规定的顺序进行。
7.一种用于机动车辆(1)的高电压车载动力系统(2)，其具有高电压电池(6)和燃料电池(5)，所述高电压电池(6)经由DC电压转换器(7)连接到所述机动车辆(1)的电力牵引单元(3)的逆变器(4)，
其中，所述燃料电池(5)直接电连接到所述逆变器(4)，
其特征在于
所述高电压车载动力系统(2)被配置成将所述高电压车载动力系统(2)的操作电压(13)调节到所述燃料电池(5)的操作电压(14)，
其中，所述高电压车载动力系统(2)具有控制单元(12)，所述控制单元被配置成生成联接信号(15)和/或分离信号，通过所述联接信号，所述燃料电池(5)联接到所述高电压车载动力系统(2)，通过所述分离信号，所述燃料电池(5)从所述高电压车载动力系统(2)分离，并且其中，所述联接信号(15)和/或所述分离信号触发所述高电压车载动力系统(2)的所述操作电压(13)的调节。
8.根据权利要求7所述的高电压车载动力系统，其中
燃料电池连接开关(8)布置在所述燃料电池(5)和所述高电压车载动力系统(2)的动力连接点(11)之间，并且所述动力连接点(11)直接电连接到所述DC电压转换器(7)、所述逆变器(4)和所述燃料电池连接开关(8)。
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