DE102012000598A1

DE102012000598A1 - High-voltage system of motor vehicle for supplying to electric drive unit, has safety switch controlled by safety control that is attached with high-voltage vehicle electrical system, where safety control is provided as voltage function

Info

Publication number: DE102012000598A1
Application number: DE201210000598
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dinser; Jörg Weigold
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-01-14
Filing date: 2012-01-14
Publication date: 2013-07-18

Abstract

The motor vehicle high-voltage system has a safety switch (13) for limiting a voltage in a high-voltage vehicle electrical system (12) in an inactive state of an electric drive unit (10). The safety switch is controlled by a safety control (14) that is attached to technical supply with the high-voltage vehicle electrical system. The electrically inseparable high-voltage vehicle electrical system is connected with a fuel cell unit (11). The safety control is provided as a function of the voltage of the high-voltage vehicle electrical system applied for controlling the safety switch. An independent claim is included for a method for safeguarding the absence of voltage in the high-voltage vehicle electrical system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeughochvoltsystem zu einer Versorgung zumindest einer elektrischen Antriebseinheit.The invention relates to a motor vehicle high-voltage system for supplying at least one electric drive unit.

Aus der DE 101 28 836 A1 ist bereits ein Kraftfahrzeughochvoltsystem zu einer Versorgung einer elektrischen Antriebseinheit, mit einer Brennstoffzelleneinheit, mit einem Hochvoltbordnetz, das zu einer elektrischen Anbindung der elektrischen Antriebseinheit vorgesehen ist, und mit einem Sicherheitsschalter, der dazu vorgesehen ist, die Brennstoffzelleneinheit bei Gefahr elektrisch von dem Hochvoltbordnetz zu trennen, bekannt.From the DE 101 28 836 A1 is already a motor vehicle high-voltage system for supplying an electric drive unit, with a fuel cell unit, with a high-voltage electrical system, which is provided for electrical connection of the electric drive unit, and with a safety switch, which is intended to electrically disconnect the fuel cell unit at risk from the high-voltage electrical system , known.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Kraftfahrzeughochvoltsystem mit einem hohen Schutz zumindest vor einem gefährlichen elektrischen Schlag bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention is in particular the object of providing a cost-effective motor vehicle high-voltage system with a high level of protection, at least before a dangerous electric shock. This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further embodiments emerge from the subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeughochvoltsystem zu einer Versorgung zumindest einer elektrischen Antriebseinheit vorgeschlagen, mit einer Brennstoffzelleneinheit, mit einem elektrisch untrennbar mit der Brennstoffzelleneinheit verbundenen Hochvoltbordnetz, das zu einer elektrischen Anbindung wenigstens der elektrischen Antriebseinheit vorgesehen ist, mit zumindest einem Sicherheitsschalter, der dazu vorgesehen ist, zumindest in einem inaktiven Zustand der Antriebseinheit eine Spannung in dem Hochvoltbordnetz wenigstens zu begrenzen, und mit einer zu einer Ansteuerung des Sicherheitsschalters vorgesehenen Sicherheitsansteuerung, die versorgungstechnisch an das Hochvoltbordnetz angebunden ist. Durch die elektrisch untrennbare Ausführung der Brennstoffzelleneinheit kann ein besonders kostengünstiges und robustes Kraftfahrzeughochvoltsystem bereitgestellt werden. Durch den Sicherheitsschalter und die Sicherheitsansteuerung kann ein Schutz vor einem elektrischen Schlag, insbesondere vor einem lebensgefährlichen elektrischen Schlag, erhöht werden. Dadurch kann eine Spannungsfreiheit sichergestellt werden, wodurch Wartungsarbeiten ohne Gefährdung durch einen elektrischen Schlag durchgeführt werden können, ohne dass eine Absicherung notwendig ist. Dadurch kann ein kostengünstiges Kraftfahrzeughochvoltsystem, und damit ein kostengünstiges Kraftfahrzeug, mit einem hohen Schutz zumindest vor einem gefährlichen elektrischen Schlag bereitgestellt werden. Unter einem „Kraftfahrzeughochvoltsystem” soll insbesondere ein elektrisches System verstanden werden, das für eine Spannung, die größer als eine Berührspannung ist, vorgesehen ist, wobei eine Spannung zumindest über einer Berührspannung von 60 Volt Gleichspannung oder 25 Volt Wechselspannung liegt. Grundsätzlich sind aber auch Spannungen von mehreren hundert Volt Gleichspannung und/oder Wechselspannung denkbar. Unter einer „Brennstoffzelleneinheit” soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest einen Brennstoffzellenstack zu einer Bereitstellung einer elektrischen Energie aufweist. Unter „elektrisch untrennbar” soll insbesondere verstanden werden, dass die Brennstoffzelleneinheit in einem beschädigungs- und/oder zerstörungsfreien Zustand des Kraftfahrzeug hochvoltsystems ständig mit dem Hochvoltbordnetz elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise fehlt dem Kraftfahrzeughochvoltsystem ein Schalter, Insbesondere ein Schütz, der dazu vorgesehen ist, die Brennstoffzelleneinheit zerstörungsfrei und/oder wiederherstellbar von dem Hochvoltbordnetz zu trennen. Die Brennstoffzelleneinheit ist vorteilhaft lediglich zerstörungsbehaftet und/oder durch eine Demontage von dem Hochvoltbordnetz trennbar. Unter „zerstörungsbehaftet” soll insbesondere durch eine Zerstörung und/oder eine Beschädigung von zumindest einem Element des Kraftfahrzeughochvoltsystems, beispielsweise einer spannungsführenden Leitung, verstanden werden, wie dies beispielsweise durch einen Unfall, Vandalismus, Manipulation oder Ähnliches erfolgen kann. Vorzugsweise fehlt dem Kraftfahrzeughochvoltsystem eine steuerungstechnische und/oder eine regelungstechnische Trennung der Brennstoffzelleneinheit von dem Hochvoltbordnetz. Unter einem „Sicherheitsschalter” soll insbesondere ein Element verstanden werden, das durch eine Ansteuerung gesteuert und/oder geregelt wird, wobei das Element vorzugsweise, insbesondere zwei, diskrete Schaltzustände aufweist. Vorzugsweise begrenzt der Sicherheitsschalter die Spannung in dem Hochvoltbordnetz durch Herstellen eines Kurzschlusses. Unter einem „Sicherheitsschalter” und/oder einer ”Sicherheitsansteuerung” sollen insbesondere Elemente und/oder Einheiten verstanden werden, die erst bei Erkennen einer bevorstehenden Gefahr und/oder ab einer Spannungsschwelle aktiv werden und vorzugsweise die Spannung erst dann wenigstens begrenzen. Unter einem „inaktiven Zustand der Antriebseinheit” soll insbesondere ein Zustand verstanden werden, in dem die Antriebseinheit abgestellt und vorteilhaft das Kraftfahrzeughochvoltsystem dadurch inaktiv ist, wie beispielsweise bei Wartungsarbeiten. Vorzugsweise ist ein Zustand der Antriebseinheit abhängig von einem Zündschlosssignal. Unter versorgungstechnisch soll insbesondere verstanden werden, dass die Sicherheitsansteuerung eine benötigte Energie direkt aus dem Hochvoltbordnetz entnimmt und/oder direkt von dem Hochvoltbordnetz mit Energie versorgt wird. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.According to the invention, a motor vehicle high-voltage system is proposed for supplying at least one electric drive unit with a fuel cell unit having a high-voltage electrical system inseparably connected to the fuel cell unit, which is provided for electrical connection of at least the electric drive unit, with at least one safety switch provided for this purpose in an inactive state of the drive unit to limit a voltage in the high-voltage vehicle electrical system at least, and provided with a control of the safety switch safety control, the supply technology is connected to the high-voltage vehicle electrical system. Due to the electrically non-separable design of the fuel cell unit, a particularly cost-effective and robust motor vehicle high-voltage system can be provided. By means of the safety switch and the safety control, protection against an electric shock, in particular against a life-threatening electric shock, can be increased. As a result, a freedom from voltage can be ensured, whereby maintenance work can be carried out without being endangered by an electric shock, without the need for protection. Thereby, a low-cost motor vehicle high-voltage system, and thus a low-cost motor vehicle, can be provided with a high degree of protection, at least before a dangerous electric shock. A "vehicular high-voltage system" is to be understood in particular as meaning an electrical system which is provided for a voltage which is greater than a contact voltage, wherein a voltage is at least above a contact voltage of 60 V DC or 25 V AC. In principle, however, voltages of several hundred volts DC and / or AC voltage are conceivable. A "fuel cell unit" is to be understood in particular as a unit which has at least one fuel cell stack for providing electrical energy. By "electrically inseparable" is to be understood in particular that the fuel cell unit in a damage and / or non-destructive state of the motor vehicle high-voltage system is constantly electrically connected to the high-voltage electrical system. Preferably, the motor vehicle high-voltage system lacks a switch, in particular a contactor, which is provided to disconnect the fuel cell unit non-destructively and / or recoverably from the high-voltage vehicle electrical system. The fuel cell unit is advantageously only destructive and / or separable from the high-voltage vehicle electrical system by disassembly. By "destructive" is to be understood in particular by a destruction and / or damage of at least one element of the motor vehicle high-voltage system, such as a live line, as can be done for example by an accident, vandalism, manipulation or the like. Preferably, the motor vehicle high-voltage system lacks a control-technical and / or a control-technical separation of the fuel cell unit from the high-voltage on-board electrical system. A "safety switch" should in particular be understood to mean an element which is controlled and / or regulated by a drive, the element preferably having, in particular two, discrete switching states. Preferably, the safety switch limits the voltage in the high-voltage vehicle electrical system by establishing a short circuit. A "safety switch" and / or a "safety control" should be understood to mean, in particular, elements and / or units which become active only upon detection of an imminent danger and / or as of a voltage threshold and preferably at least limit the voltage. An "inactive state of the drive unit" is to be understood, in particular, as a state in which the drive unit is turned off and, as a result, the motor vehicle high-voltage system is inactive, for example during maintenance work. Preferably, a state of the drive unit is dependent on an ignition lock signal. Under supply technology is to be understood in particular that the safety control takes a required energy directly from the high-voltage electrical system and / or is supplied directly from the high-voltage electrical system with energy. "Provided" is to be understood in particular specially programmed, designed, equipped and / or arranged.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitsansteuerung dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit von der in dem Hochvoltbordnetz anliegenden Spannung den Sicherheitsschalter anzusteuern. Dadurch kann die Sicherheitsansteuerung einen Anstieg der Spannung in dem Hochvoltbordnetz selbstständig erkennen, wodurch ein Aufbau einer lebensgefährlichen Spannung besonders vorteilhaft vermieden werden kann. Unter „in Abhängigkeit von einer Spannung” soll insbesondere in Abhängigkeit von einer Höhe der Spannung und/oder eines Spannungswerts verstanden werden. Unter „ansteuern” soll insbesondere einstellen und/oder schalten eines Schaltzustands des Sicherheitsschalters verstanden werden. Vorzugsweise steuert die Sicherheitsansteuerung den Sicherheitsschalter in Abhängigkeit von einer Spannung an, mit der die Sicherheitsansteuerung versorgt wird. It is further proposed that the safety control is provided to control the safety switch in dependence on the voltage applied in the high-voltage vehicle electrical system. As a result, the safety control can automatically detect an increase in the voltage in the high-voltage vehicle electrical system, as a result of which a build-up of life-threatening voltage can be avoided in a particularly advantageous manner. By "as a function of a voltage" should be understood in particular as a function of a level of the voltage and / or a voltage value. "Activation" is to be understood in particular setting and / or switching a switching state of the safety switch. Preferably, the safety controller controls the safety switch in response to a voltage supplied to the safety driver.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitsansteuerung eine Aktivierungsspannungsschwelle aufweist, die kleiner ist als eine Berührspannung, wodurch eine Sicherheit besonders einfach gewährleistet werden kann. Unter einer „Aktivierungsspannungsschwelle” soll insbesondere eine Spannung oder ein Spannungswert verstanden werden, ab und/oder oberhalb derer die Sicherheitsansteuerung aktiv ist. Vorzugsweise benötigt die Sicherheitsansteuerung zur Ansteuerung des Sicherheitsschalters mindestens die Aktivierungsspannungsschwelle. Die Aktivierungsspannungsschwelle weist vorzugsweise einen Wert auf, der zwischen 5 und 40 Volt Gleichspannung, vorteilhaft zwischen 10 und 30 Volt Gleichspannung und besonders vorteilhaft zwischen 15 und 20 Volt Gleichspannung liegt. Unter einer „Berührspannung” soll insbesondere eine Spannung verstanden werden, die ein Körper bei Berührung überbrückt, ohne dauerhafte Gesundheitsschäden zu erleiden. Die Berührspannung weist vorzugsweise einen Wert auf, der zwischen 50 und 70 Volt Gleichspannung, vorteilhaft zwischen 55 und 65 Volt Gleichspannung und besonders vorteilhaft zwischen 58 und 62 Volt Gleichspannung liegt.It is also proposed that the safety drive has an activation voltage threshold which is smaller than a contact voltage, whereby safety can be ensured in a particularly simple manner. An "activation voltage threshold" should be understood to mean, in particular, a voltage or a voltage value, from and / or above which the safety control is active. Preferably, the safety control for controlling the safety switch requires at least the activation voltage threshold. The activation voltage threshold preferably has a value which is between 5 and 40 volts DC, advantageously between 10 and 30 volts DC, and more preferably between 15 and 20 volts DC. A "touch voltage" is to be understood in particular a voltage that bridges a body when touched, without suffering permanent damage to health. The contact voltage preferably has a value which is between 50 and 70 volts DC, advantageously between 55 and 65 volts DC, and most advantageously between 58 and 62 volts DC.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Sicherheitsansteuerung den Sicherheitsschalter bei einer Zuschaltspannungsschwelle, die zwischen der Aktivierungsspannungsschwelle und der Berührspannung liegt, in einen geschlossenen Zustand schaltet. Dadurch kann ein weiterer Anstieg der Spannung verhindert werden, wodurch ein sicherer Zustand eingestellt werden kann. Unter einer „Zuschaltspannungsschwelle” soll insbesondere eine Spannung oder ein Spannungswert verstanden werden, ab und/oder oberhalb derer die Sicherheitsansteuerung den Sicherheitsschalter zur Begrenzung der Spannung ansteuert und/oder zuschaltet und/oder einen Abbau der Spannung aktiviert. Vorzugsweise stellt die Sicherheitsansteuerung durch Zuschalten des Sicherheitsschalters einen Kurzschluss her.In particular, it is advantageous if the safety control switches the safety switch to a closed state at a switch-on voltage threshold which is between the activation voltage threshold and the touch voltage. Thereby, a further increase of the voltage can be prevented, whereby a safe state can be set. A "switch-on voltage threshold" is to be understood in particular as meaning a voltage or a voltage value, from and / or above which the safety control activates and / or switches on the safety switch for limiting the voltage and / or activates a reduction of the voltage. Preferably, the safety control produces a short circuit by switching on the safety switch.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Sicherheitsansteuerung den Sicherheitsschalter bei einer Abschaltspannungsschwelle, die zwischen der Aktivierungsspannungsschwelle und der Zuschaltspannungsschwelle liegt, in einen offenen Zustand schaltet, wodurch eine aktive Sicherheitsansteuerung und damit eine Überwachung der Spannung in dem Hochvoltbordnetz aufrechterhalten werden kann. Unter einer „Abschaltspannungsschwelle” soll insbesondere eine Spannung oder ein Spannungswert verstanden werden, ab und/oder unterhalb derer die Sicherheitsansteuerung den Sicherheitsschalter zu einer Aufrechterhaltung eines aktiven Zustands der Sicherheitsansteuerung ansteuert und/oder abschaltet.Further, it is advantageous if the safety control switches the safety switch to an open state at a switch-off voltage threshold which lies between the activation voltage threshold and the switch-on voltage threshold, whereby an active safety activation and thus monitoring of the voltage in the high-voltage vehicle electrical system can be maintained. A "switch-off voltage threshold" should be understood in particular as meaning a voltage or a voltage value, from and / or below which the safety control activates and / or switches off the safety switch in order to maintain an active state of the safety control.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeughochvoltsystem zumindest einen leistungselektronischen Wandler aufweist, der dazu vorgesehen ist, eine Spannung der Brennstoffzelleneinheit in ein höheres Spannungsniveau zu wandeln, und der den zumindest einen Sicherheitsschalter und/oder die Sicherheitsansteuerung aufweist. Dadurch kann der Sicherheitsschalter in eine Leistungselektronik des Kraftfahrzeughochvoltsystems integriert werden. Unter einem „leistungselektronischen Wandler soll insbesondere ein Spannungswandler verstanden werden.Furthermore, it is advantageous if the motor vehicle high-voltage system has at least one power-electronic converter which is provided to convert a voltage of the fuel cell unit to a higher voltage level, and which has the at least one safety switch and / or the safety drive. As a result, the safety switch can be integrated into power electronics of the motor vehicle high-voltage system. A "power electronic converter is to be understood in particular as a voltage converter.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist der zumindest eine leistungselektronische Wandler zumindest einen als Transistor ausgebildeten Schalter auf und der zumindest eine Sicherheitsschalter ist wenigstens teilweise einstückig mit dem als der Transistor ausgebildeten Schalter ausgebildet, wodurch ein bereits vorhandener Schalter als der Sicherheitsschalter genutzt werden kann. Unter einem „Sicherheitsschalter, der einstückig mit dem als der Transistor ausgebildeten Schalter ausgebildet ist,” soll insbesondere verstanden werden, dass der als der Transistor ausgebildete Schalter des Wandlers den Sicherheitsschalter ausbildet. Vorzugsweise wird der Transistor des Wandlers zumindest in dem inaktiven Zustand der zumindest einen Antriebseinheit als der Sicherheitsschalter genutzt und/oder verwendet.In a particularly advantageous embodiment, the at least one power electronic converter has at least one transistor-designed switch and the at least one safety switch is formed at least partially integral with the switch formed as the transistor, whereby an existing switch can be used as the safety switch. A "safety switch, which is formed integrally with the switch designed as a transistor," should in particular be understood that the switch designed as the transistor of the converter forms the safety switch. Preferably, the transistor of the converter is used and / or used at least in the inactive state of the at least one drive unit as the safety switch.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Hochvoltbordnetz zumindest einen Zwischenkreis aufweist, der den zumindest einen leistungselektronischen Wandler elektrisch mit zumindest einem Hochvoltverbraucher verbindet, und die Sicherheitsansteuerung versorgungstechnisch an den Zwischenkreis angebunden ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Spannung in dem Hochvoltbordnetz überwacht werden.In particular, it is advantageous if the high-voltage vehicle electrical system has at least one intermediate circuit which electrically connects the at least one power-electronic converter to at least one high-voltage consumer, and the safety drive is connected to the intermediate circuit in terms of supply technology. As a result, a particularly advantageous voltage in the high-voltage vehicle electrical system can be monitored.

Weiter wird ein Verfahren zu einer Sicherstellung einer Spannungsfreiheit in einem Kraftfahrzeughochvoltsystem, insbesondere in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeughochvoltsystem, vorgeschlagen, bei dem ein Sicherheitsschalter, der eine Spannung in einem elektrisch untrennbar mit einer Brennstoffzelleneinheit verbundenen Hochvoltbordnetz wenigstens begrenzt, mittels einer Sicherheitsansteuerung, die versorgungstechnisch an das Hochvoltbordnetz angebunden ist, angesteuert wird. Dadurch kann ein ungewollter Anstieg der Spannung in dem Hochvoltbordnetz, insbesondere während Wartungsarbeiten, erkannt werden, wodurch eine Gefährdung zumindest von Wartungspersonal verhindert werden kann.Next is a method for ensuring a lack of voltage in a Automotive high-voltage system, in particular in a motor vehicle high-voltage system according to the invention, proposed in which a safety switch which limits a voltage in a high-voltage electrical system inseparably connected to a fuel cell unit at least, by means of a safety control, which is connected supply technology to the high-voltage electrical system, is controlled. As a result, an unwanted increase in the voltage in the high-voltage on-board electrical system, in particular during maintenance work, can be detected, as a result of which a hazard can be prevented, at least by maintenance personnel.

Weiter wird für das Verfahren vorgeschlagen, dass der Sicherheitsschalter mittels der Sicherheitsansteuerung in Abhängigkeit von der in dem Hochvoltbordnetz anliegenden Spannung angesteuert wird. Dadurch kann die Spannung in dem Hochvoltbordnetz besonders einfach erkannt werden.Furthermore, it is proposed for the method that the safety switch is actuated by means of the safety control as a function of the voltage present in the high-voltage vehicle electrical system. As a result, the voltage in the high-voltage vehicle electrical system can be detected particularly easily.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Anspreche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, an embodiment of the invention is shown. The drawings, the description and the appeal contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Dabei zeigen:Showing:

1 teilweise ein Kraftfahrzeughochvoltsystem mit einem Sicherheitsschalter und einer Sicherheitsansteuerung und 1 partly a motor vehicle high-voltage system with a safety switch and a safety control and

2 einen zeitlichen Ablauf einer Begrenzung einer Spannung durch die Sicherheitsansteuerung mittels des Sicherheitsschalters. 2 a time sequence of a limitation of a voltage by the safety control by means of the safety switch.

Die 1 zeigt einen Teil eines Kraftfahrzeughochvoltsystems zu einer Versorgung einer elektrischen Antriebseinheit 10 eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinheit 10 stellt eine Antriebsleistung bereit, durch die nicht näher dargestellte Antriebsräder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Sie ist als ein Elektromotor ausgebildet. Die Antriebseinheit 10 ist als eine dreiphasige Antriebseinheit ausgebildet. Zur Anbindung der Antriebseinheit 10 weist das Kraftfahrzeughochvoltsystem einen Wechselrichter 10' auf. In der 1 ist ein Teilsystem des Kraftfahrzeughochvoltsystems dargestellt. Das Kraftfahrzeug ist als ein Brennstoffzellenkraftfahrzeug ausgebildet. Es ist als ein Personenkraftfahrzeug ausgebildet. Grundsätzlich kann das Kraftfahrzeug auch als ein Hybridkraftfahrzeug ausgebildet sein.The 1 shows a part of a motor vehicle high-voltage system for supplying an electric drive unit 10 of a motor vehicle. The drive unit 10 provides a drive power, are driven by the non-illustrated drive wheels of the motor vehicle. It is designed as an electric motor. The drive unit 10 is designed as a three-phase drive unit. For connection of the drive unit 10 The motor vehicle high-voltage system has an inverter 10 ' on. In the 1 is a subsystem of the motor vehicle high-voltage system shown. The motor vehicle is designed as a fuel cell motor vehicle. It is designed as a passenger vehicle. In principle, the motor vehicle can also be designed as a hybrid motor vehicle.

Zu einer Bereitstellung einer elektrischen Energie weist das Kraftfahrzeughochvoltsystem eine Brennstoffzelleneinheit 11 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 11 weist einen Brennstoffzellenstack auf, der eine chemische Energie in eine elektrische Energie umwandelt. Der Brennstoffzellenstack ist als ein Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellenstack ausgebildet, der eine Reaktionsenergie eines als Wasserstoff ausgebildeten Brennstoffs und eines als Sauerstoff ausgebildeten Oxidationsmittels in die elektrische Energie wandelt. Die Brennstoffzelleneinheit 11 weist weiter systembedingte Nebenaggregate auf. Grundsätzlich kann der Brennstoffzellenstack auch einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Brennstoff und/oder ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Oxidationsmittel verwenden.To provide an electrical energy, the motor vehicle high-voltage system has a fuel cell unit 11 on. The fuel cell unit 11 has a fuel cell stack that converts a chemical energy into electrical energy. The fuel cell stack is formed as a hydrogen-oxygen fuel cell stack, which converts a reaction energy of a fuel formed as hydrogen and an oxidant formed as oxygen into the electrical energy. The fuel cell unit 11 also has system-related ancillaries. In principle, the fuel cell stack can also use another fuel which appears expedient to the person skilled in the art and / or another oxidizing agent which appears expedient to the person skilled in the art.

Zu einer elektrischen Anbindung der elektrischen Antriebseinheit 10 und zweier Hochvoltverbraucher 22, 23 mit der Brennstoffzelleneinheit 11 weist das Kraftfahrzeughochvoltsystem ein Hochvoltbordnetz 12 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 11 und das Hochvoltbordnetz 12 sind elektrisch untrennbar miteinander verbunden. Sie sind lediglich durch eine Zerstörung oder eine Demontage voneinander trennbar. Die Brennstoffzelleneinheit 11 ist ohne ein Trennelement, wie beispielsweise ein Relais, einen Schütz oder einen Halbleiter, mit dem Hochvoltbordnetz 12 verbunden. Sie ist trennelementfrei mit dem Hochvoltbordnetz 12 verbunden. Grundsätzlich kann das Kraftfahrzeughochvoltsystem weitere Hochvoltverbraucher aufweisen.To an electrical connection of the electric drive unit 10 and two high-voltage consumers 22 . 23 with the fuel cell unit 11 The motor vehicle high-voltage system has a high-voltage on-board electrical system 12 on. The fuel cell unit 11 and the high-voltage on-board electrical system 12 are electrically inseparable. They are separable only by destruction or disassembly. The fuel cell unit 11 is without a separator, such as a relay, a contactor or a semiconductor, with the high-voltage vehicle electrical system 12 connected. It is separate element-free with the high-voltage on-board electrical system 12 connected. In principle, the motor vehicle high-voltage system can have further high-voltage consumers.

Zu einer Sicherstellung einer Spannungsfreiheit des Hochvoltbordnetzes 12 bei Wartungsarbeiten an dem Kraftfahrzeug weist das Kraftfahrzeughochvoltsystem eine Sicherheitseinheit 24 auf. Die Sicherheitseinheit 24 stellt die Spannungsfreiheit eines spannungsfrei geschalteten Hochvoltbordnetzes 12 sicher. Die Sicherheitseinheit 24 begrenzt einen ungewollten und unbemerkten Anstieg der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 auf eine Spannung, die kleiner ist als eine Berührspannung 16. Sie erlaubt einen ungewollten und unbemerkten Anstieg der Spannung bis zu einem Spannungswert, der kleiner ist als die Berührspannung 16. Die Sicherheitseinheit 24 ist in dem Hochvoltbordnetz 12 angeordnet. Sie ist in das Hochvoltbordnetz 12 integriert. Die Sicherheitseinheit 24 begrenzt die Spannung in einem inaktiven Zustand der Antriebseinheit 10. Sie begrenzt die Spannung bei einer abgestellten Antriebseinheit 10. Die Sicherheitseinheit 24 begrenzt die Spannung in Abhängigkeit von einem Zündschlosssignal. Sie überwacht die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 und baut diese ab, sobald die Spannung einen kritischen bzw. gefährlichen Spannungswert erreicht.To ensure a voltage-free of the high-voltage vehicle electrical system 12 During maintenance work on the motor vehicle, the motor vehicle high-voltage system has a safety unit 24 on. The security unit 24 provides the absence of voltage of a voltage-free connected high-voltage vehicle electrical system 12 for sure. The security unit 24 limits an unwanted and unnoticed increase in the voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 to a voltage that is less than a touch voltage 16 , It allows an unwanted and unnoticed increase of the voltage up to a voltage value which is smaller than the contact voltage 16 , The security unit 24 is in the high voltage onboard network 12 arranged. She is in the high-voltage electrical system 12 integrated. The security unit 24 limits the voltage in an inactive state of the drive unit 10 , It limits the voltage when the drive unit is parked 10 , The security unit 24 limits the voltage as a function of an ignition lock signal. It monitors the voltage in the high-voltage on-board electrical system 12 and dismantles it as soon as the voltage reaches a critical or dangerous voltage value.

Zu der Begrenzung und damit zum Abbau der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 weist die Sicherheitseinheit 24 einen Sicherheitsschalter 13 auf. Zum Abbau der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 schließt der Sicherheitsschalter 13 die Brennstoffzelleneinheit 11 kurz. Der Sicherheitsschalter 13 weist einen offenen Zustand und einen geschlossenen Zustand auf. In dem offenen Zustand ist der Sicherheitsschalter 13 nichtleitend geschaltet. In dem geschlossenen Zustand ist der Sicherheitsschalter 13 leitend geschaltet. In dem geschlossenen Zustand des Sicherheitsschalters 13 ist die Brennstoffzelleneinheit 11 kurzgeschlossen. In dem geschlossenen Zustand wird die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 abgebaut. Grundsätzlich kann der Sicherheitsschalter 13 zum Abbau der Spannung zusätzlich oder alternativ einen Widerstand zuschalten.To limit and thus reduce the voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 indicates the security unit 24 a safety switch 13 on. To reduce the voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 closes the safety switch 13 the fuel cell unit 11 short. The safety switch 13 has an open state and a closed state. In the open state is the safety switch 13 switched off. In the closed state is the safety switch 13 switched on. In the closed state of the safety switch 13 is the fuel cell unit 11 shorted. In the closed state, the voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 reduced. Basically, the safety switch 13 to reduce the voltage additionally or alternatively connect a resistor.

Zu einer Ansteuerung des Sicherheitsschalters 13 weist die Sicherheitseinheit 24 eine Sicherheitsansteuerung 14 auf. Die Sicherheitsansteuerung 14 ist versorgungstechnisch an das Hochvoltbordnetz 12 angebunden. Sie wird mit der Spannung aus dem Hochvoltbordnetz 12 direkt versorgt. Die durch das Hochvoltbordnetz 12 versorgte Sicherheitsansteuerung 14 steuert den Sicherheitsschalter 13 an. Die Sicherheitsansteuerung 14 steuert den Sicherheitsschalter 13 in Abhängigkeit von der in dem Hochvoltbordnetz 12 anliegenden Spannung an. Sie schaltet den Sicherheitsschalter 13 in Abhängigkeit von der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12. Die Sicherheitsansteuerung 14 schaltet den Sicherheitsschalter 13 in den offenen Zustand oder in den geschlossenen Zustand, je nachdem welcher Spannungswert in dem Hochvoltbordnetz 12 anliegt. Die Sicherheitsansteuerung 14 schaltet den Sicherheitsschalter 13 in den offenen Zustand oder in den geschlossenen Zustand, je nachdem mit welcher Spannung sie aus dem Hochvoltbordnetz 12 versorgt wird. Die Sicherheitsansteuerung 14 ist unabhängig von einem Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs. Die Sicherheitsansteuerung 14 ist als ein separates Steuergerät ausgebildet. Zur Sicherstellung der Spannungsfreiheit in dem Kraftfahrzeughochvoltsystem bei der inaktiven Antriebseinheit 10 wird der Sicherheitsschalter 13, der die Spannung in dem elektrisch untrennbar mit der Brennstoffzelleneinheit 11 verbundenen Hochvoltbordnetz 12 begrenzt, mittels der versorgungstechnisch an das Hochvoltbordnetz 12 angebundenen Sicherheitsansteuerung 14 angesteuert. Der Sicherheitsschalter 13 wird mittels der Sicherheitsansteuerung 14 in Abhängigkeit von der in dem Hochvoltbordnetz 12 anliegenden Spannung angesteuert. Um eine galvanische Trennung zwischen dem Niedervoltbordnetz und dem Hochvoltbordnetz 12 zu garantieren, werden Steuersignale von der Sicherheitsansteuerung 14 zur Ansteuerung des Sicherheitsschalters 13 potentialgetrennt übertragen. Grundsätzlich kann die Sicherheitsansteuerung 14 aber auch in eine bereits vorhandene Steuer- und/oder Regeleinheit integriert und/oder implementiert sein.To control the safety switch 13 indicates the security unit 24 a security control 14 on. The security control 14 is supply technology to the high-voltage electrical system 12 tethered. It becomes with the voltage from the Hochvoltbordnetz 12 directly supplied. The through the high voltage on-board network 12 supplied security control 14 controls the safety switch 13 at. The security control 14 controls the safety switch 13 depending on the in the high voltage electrical system 12 voltage applied. It switches the safety switch 13 depending on the voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 , The security control 14 switches the safety switch 13 in the open state or in the closed state, depending on which voltage value in the high-voltage vehicle electrical system 12 is applied. The security control 14 switches the safety switch 13 in the open state or in the closed state, depending on what voltage they are from the high-voltage electrical system 12 is supplied. The security control 14 is independent of a low-voltage vehicle electrical system. The security control 14 is designed as a separate control unit. To ensure the absence of voltage in the motor vehicle high-voltage system in the inactive drive unit 10 becomes the safety switch 13 that electrically isolates the voltage in the fuel cell unit 11 connected high-voltage on-board electrical system 12 limited, by means of supply technology to the high-voltage vehicle electrical system 12 connected security control 14 driven. The safety switch 13 is by means of the safety control 14 depending on the in the high voltage electrical system 12 applied voltage applied. For a galvanic isolation between the low-voltage on-board electrical system and the high-voltage on-board electrical system 12 to be guaranteed, control signals from the security control 14 for controlling the safety switch 13 transmitted electrically isolated. Basically, the security control 14 but also be integrated and / or implemented in an already existing control and / or regulating unit.

Die Sicherheitsansteuerung 14 weist eine Aktivierungsspannungsschwelle 15 auf, die kleiner ist als die Berührspannung 16 (vgl. 2). Sie benötigt eine Versorgungsspannung, die kleiner ist als die Berührspannung 16. Die Sicherheitsansteuerung 14 startet bei der Aktivierungsspannungsschwelle 15. Sie überwacht die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12, wenn diese die Aktivierungsspannungsschwelle 15 erreicht. Die Sicherheitsansteuerung 14 wird bei einer Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 aktiv, die kleiner ist als die Berührspannung 16. Die Berührspannung 16 beträgt 60 Volt Gleichspannung. Die Aktivierungsspannungsschwelle 15 beträgt 20 Volt Gleichspannung.The security control 14 has an activation voltage threshold 15 on, which is smaller than the touch voltage 16 (see. 2 ). It requires a supply voltage that is less than the touch voltage 16 , The security control 14 starts at the activation voltage threshold 15 , It monitors the voltage in the high-voltage on-board electrical system 12 if this is the activation voltage threshold 15 reached. The security control 14 becomes at a voltage in the high voltage vehicle electrical system 12 active, which is smaller than the touch voltage 16 , The touch voltage 16 is 60 volts DC. The activation voltage threshold 15 is 20 volts DC.

Zu einer Deaktivierung ist die Sicherheitsansteuerung 14 kommunizierend mit einem nicht näher dargestellten Zündschloss verbunden. Die Sicherheitsansteuerung 14 wird in Abhängigkeit von einem Zündschlosssignal deaktiviert. Sie wird deaktiviert, wenn das Zündschlosssignal einen entsprechenden Wert annimmt. Dieser Wert entspricht beispielsweise einem Zustand, in dem ein Kraftfahrzeugschlüssel in das Zündschloss eingeführt ist.Deactivation is the security control 14 communicating with a not-shown ignition lock connected. The security control 14 is deactivated in response to an ignition lock signal. It is deactivated when the ignition lock signal assumes a corresponding value. This value corresponds, for example, to a state in which a motor vehicle key is inserted in the ignition lock.

Die Sicherheitsansteuerung 14 weist weiter eine Zuschaltspannungsschwelle 17 auf, die zwischen der Aktivierungsspannungsschwelle 15 und der Berührspannung 16 liegt. Sie schaltet den Sicherheitsschalter 13 bei der Zuschaltspannungsschwelle 17 in den geschlossenen Zustand. Die Sicherheitsansteuerung 14 schaltet den Sicherheitsschalter 13 in den geschlossenen Zustand, wenn die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 bis an die Zuschaltspannungsschwelle 17 ansteigt. Sie begrenzt die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 auf die Zuschaltspannungsschwelle 17. Die Sicherheitsansteuerung 14 aktiviert den Abbau der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12, wenn die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 auf einen Spannungswert der Zuschaltspannungsschwelle 17 angestiegen ist. Sie erlaubt einen Anstieg der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 bis zur Zuschaltspannungsschwelle 17. Zur Begrenzung der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 wird der Sicherheitsschalter 13 mittels der Sicherheitsansteuerung 14 in den geschlossenen Zustand geschaltet, wenn die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 die Zuschaltspannungsschwelle 17 erreicht. Die Zuschaltspannungsschwelle 17 beträgt 50 Volt Gleichspannung.The security control 14 also has a switch-on voltage threshold 17 on that between the activation voltage threshold 15 and the touch voltage 16 lies. It switches the safety switch 13 at the switch-on voltage threshold 17 in the closed state. The security control 14 switches the safety switch 13 in the closed state when the voltage in the high-voltage electrical system 12 up to the switch-on voltage threshold 17 increases. It limits the voltage in the high-voltage on-board electrical system 12 to the threshold voltage 17 , The security control 14 activates the reduction of the voltage in the high voltage on-board electrical system 12 when the voltage in the high-voltage electrical system 12 to a voltage value of the Zuschaltpannungsschwelle 17 has risen. It allows an increase in the voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 up to the switch-on voltage threshold 17 , To limit the voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 becomes the safety switch 13 by means of the safety control 14 switched to the closed state when the voltage in the high-voltage electrical system 12 the switch-on voltage threshold 17 reached. The switch-on voltage threshold 17 is 50 volts DC.

Die Sicherheitsansteuerung 14 weist weiter eine Abschaltspannungsschwelle 18 auf, die zwischen der Aktivierungsspannungsschwelle 15 und der Zuschaltspannungsschwelle 17 liegt. Sie schaltet den Sicherheitsschalter 13 bei der Abschaltspannungsschwelle 18 in den offenen Zustand. Die Sicherheitsansteuerung 14 schaltet den Sicherheitsschalter 13 in den offenen Zustand, wenn die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 bis auf die Abschaltspannungsschwelle 18 absinkt. Sie baut mittels des Sicherheitsschalters 13 die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 bis auf die Zuschaltspannungsschwelle 17 ab. Die Sicherheitsansteuerung 14 deaktiviert den Abbau der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12, wenn die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 auf einen Spannungswert der Abschaltspannungsschwelle 18 gesunken ist, Die Abschaltspannungsschwelle 18 beträgt 25 Volt Gleichspannung.The security control 14 further indicates a cut-off voltage threshold 18 on that between the activation voltage threshold 15 and the threshold voltage threshold 17 lies. It switches the safety switch 13 at the switch-off voltage threshold 18 in the open state. The security control 14 switches the safety switch 13 in the open state when the voltage in the high-voltage electrical system 12 to the shutdown threshold 18 decreases. It builds by means of the safety switch 13 the tension in the High-voltage onboard network 12 up to the switch-on voltage threshold 17 from. The security control 14 deactivates the reduction of the voltage in the high-voltage on-board electrical system 12 when the voltage in the high-voltage electrical system 12 to a voltage value of the cut-off voltage threshold 18 has fallen, the switch-off threshold 18 is 25 volts DC.

Um eine Spannung der Brennstoffzelleneinheit 11 auf ein höheres Spannungsniveau zu wandeln weist das Kraftfahrzeughochvoltsystem einen leistungselektronischen Wandler 19 auf. Der leistungselektronische Wandler 19 weist die Sicherheitseinheit 24 und damit den Sicherheitsschalter 13 und die Sicherheitsansteuerung 14 auf. Der Sicherheitsschalter 13 und die Sicherheitsansteuerung 14 sind in dem leistungselektronischen Wandler 19 integriert. Der Wandler 19 weist eine Spule 25, eine Diode 26, einen Schalter 20, einen Kondensator 27 und einen Widerstand 28 auf. Die Spule 25 ist in Reihe mit der Diode 26 geschaltet, hinter der der Kondensator 27 und der Widerstand 28 angeordnet sind. Der Kondensator 27 und der Widerstand 28 sind parallel zueinander geschaltet. Der Widerstand 28 weist eine Sicherheitsfunktion auf, durch die ein Abbau der Spannung in dem Kondensator 27 sichergestellt ist, Der Schalter 20 schaltet die Spule 25 gegen Masse. Der Schalter 20 ist als ein Transistor ausgebildet. Die Diode 26 ist als eine Freilaufdiode ausgebildet. Der Wandler 19 ist unidirektional. Er ist als ein DC/DC-Wandler ausgebildet. Der leistungselektronische Wandler 19 ist als ein Hochsetzsteller ausgebildet. Grundsätzlich kann der Schalter 20 auch als ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Schalter, insbesondere als ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Halbleiterschalter ausgebildet sein. Weiter ist es grundsätzlich denkbar, dass lediglich der Sicherheitsschalter 13 oder lediglich die Sicherheitsansteuerung 14 in dem Wandler 19 integriert ist. Grundsätzlich kann die Sicherheitseinheit 24, und damit der Sicherheitsschalter 13 und die Sicherheitsansteuerung 14, als ein separates und/oder externes Gerät ausgebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, dass der Sicherheitsschalter 13 und/oder die Sicherheitsansteuerung 14 in einem anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Element oder in einer anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Einheit des Hochvoltbordnetzes 12 integriert ist, wie beispielsweise in einem Antriebsumrichter oder in einem Heizer.To a voltage of the fuel cell unit 11 To convert to a higher voltage level, the motor vehicle high-voltage system has a power electronic converter 19 on. The power electronic converter 19 indicates the security unit 24 and thus the safety switch 13 and the security control 14 on. The safety switch 13 and the security control 14 are in the power electronic converter 19 integrated. The converter 19 has a coil 25 , a diode 26 , a switch 20 , a capacitor 27 and a resistance 28 on. The sink 25 is in series with the diode 26 switched, behind which the capacitor 27 and the resistance 28 are arranged. The capacitor 27 and the resistance 28 are connected in parallel. The resistance 28 has a safety function, by which a reduction of the voltage in the capacitor 27 the switch is secure 20 turns on the coil 25 against mass. The desk 20 is formed as a transistor. The diode 26 is designed as a freewheeling diode. The converter 19 is unidirectional. It is designed as a DC / DC converter. The power electronic converter 19 is designed as a boost converter. Basically, the switch 20 also be designed as another switch that appears expedient to the person skilled in the art, in particular as another semiconductor switch which appears to be suitable for the person skilled in the art. Furthermore, it is basically conceivable that only the safety switch 13 or just the security control 14 in the converter 19 is integrated. Basically, the security unit 24 , and thus the safety switch 13 and the security control 14 , be designed as a separate and / or external device. It is basically conceivable that the safety switch 13 and / or the security driver 14 in another, the skilled person appears appropriate element or in another, the expert appears reasonable sense of the high-voltage vehicle electrical system 12 is integrated, such as in a drive inverter or in a heater.

Der Sicherheitsschalter 13 ist einstückig mit dem Schalter 20 des Wandlers 19 ausgebildet. Der als der Transistor ausgebildete Schalter 20 des Wandlers 19 bildet den Sicherheitsschalter 13 aus. Der Sicherheitsschalter 13 ist als der Transistor des leistungselektronischen Wandlers 19 ausgebildet. Er schaltet zur Begrenzung der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 die Spule 25 des Wandlers 19 gegen Masse. Zur Begrenzung der Spannung wird der als der Transistor ausgebildete Schalter 20 des Wandlers 19 angesteuert.The safety switch 13 is integral with the switch 20 of the converter 19 educated. The switch designed as the transistor 20 of the converter 19 forms the safety switch 13 out. The safety switch 13 is as the power electronic converter transistor 19 educated. It switches to limit the voltage in the high-voltage on-board electrical system 12 the sink 25 of the converter 19 against mass. To limit the voltage is the switch formed as the transistor 20 of the converter 19 driven.

Das Hochvoltbordnetz 12 weist einen Zwischenkreis 21 auf, der den leistungselektronischen Wandler 19 elektrisch mit der Antriebseinheit 10 und den Hochvoltverbrauchern 22, 23 verbindet. Die Sicherheitsansteuerung 14 ist versorgungstechnisch an den Zwischenkreis 21 angebunden. Sie entnimmt zur Ansteuerung des Sicherheitsschalters 13 die Spannung direkt aus dem Zwischenkreis 21 des Hochvoltbordnetzes 12. Die Sicherheitsansteuerung 14 steuert den Sicherheitsschalter 13 in Abhängigkeit von der Spannung in dem Zwischenkreis 21. Sie schaltet den Sicherheitsschalter 13 in den offenen Zustand oder in den geschlossenen Zustand, je nach dem welche Spannung in dem Zwischenkreis 21 anliegt. Die Sicherheitsansteuerung 14 ist parallel zu dem Widerstand 28 und damit parallel zu dem Kondensator 27 geschaltet. Sie ist ausgangsseitig angeordnet. Der Zwischenkreis 21 ist als ein Hochvoltzwischenkreis ausgebildet. Grundsätzlich kann die Sicherheitsansteuerung 14 auch eingangsseitig angeordnet sein.The high voltage on-board network 12 has a DC link 21 on top of the power electronic converter 19 electrically with the drive unit 10 and the high-voltage consumers 22 . 23 combines. The security control 14 is supply technology to the DC link 21 tethered. It takes to control the safety switch 13 the voltage directly from the DC link 21 of the high voltage on-board electrical system 12 , The security control 14 controls the safety switch 13 depending on the voltage in the DC link 21 , It switches the safety switch 13 in the open state or in the closed state, depending on which voltage in the DC link 21 is applied. The security control 14 is parallel to the resistor 28 and thus parallel to the capacitor 27 connected. It is arranged on the output side. The DC link 21 is designed as a high-voltage intermediate circuit. Basically, the security control 14 also be arranged on the input side.

Das Kraftfahrzeughochvoltsystem weist weiter eine nicht näher dargestellte Hochvoltbatterie auf, die durch einen nicht näher dargestellten bidirektionalen DC/DC-Wandler an das Hochvoltbordnetz 12 und damit an den Zwischenkreis 21 angebunden ist. Die Hochvoltbatterie dient als ein dynamischer Speicher für Leistungsspitzen, die nicht von der Brennstoffzelleneinheit 11 ausgeregelt werden können.The motor vehicle high-voltage system further has a high-voltage battery, not shown, which by a bidirectional DC / DC converter, not shown, to the high-voltage vehicle electrical system 12 and thus to the DC link 21 is connected. The high-voltage battery serves as a dynamic storage for power peaks that are not from the fuel cell unit 11 can be corrected.

Für Wartungsarbeiten an dem das Kraftfahrzeughochvoltsystem aufweisenden Kraftfahrzeug wird der Brennstoffzellenstack der Brennstoffzelleneinheit 11 mit Brennstoffüberschuss abgestellt, um eine Degradation des Brennstoffzellenstacks zu minimieren. In einem Zustand, in dem während der Wartungsarbeiten ungewollt und unbemerkt das Oxidationsmittel in den Brennstoffzellenstack gelangt, reagiert der noch in dem Brennstoffzellenstack befindliche Brennstoff mit dem Oxidationsmittel, wodurch ungewollt und unbemerkt die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 ansteigt. Zur Vermeidung eines Anstiegs der Spannung auf einen gesundheitsgefährdenden Spannungswert weist das Kraftfahrzeughochvoltsystem den Sicherheitsschalter 13 und die Sicherheitsansteuerung 14 auf. Die Sicherheitsansteuerung 14 erkennt selbstständig den Anstieg der Spannung beim inaktiven Zustand der Antriebseinheit 10 und begrenzt durch das Ansteuern des Sicherheitsschalters 13 diesen Anstieg. Dazu ist die Sicherheitsansteuerung 14 versorgungstechnisch an den Zwischenkreis 21 des Hochvoltbordnetzes 12 angebunden und weist die Aktivierungsspannungsschwelle 15 auf, die kleiner ist als die ungefährliche Berührspannung 16. Ein ungewolltes und unbemerktes Eindringen des Oxidationsmittels in den Brennstoffzellenstack kann beispielsweise durch eine Zugluft in einem Werkstattbereich, durch ein Ausblasen von Bauteilen mit Pressluft und/oder Ähnliches stattfinden.For maintenance work on the motor vehicle high-voltage vehicle having the fuel cell stack of the fuel cell unit 11 with fuel surplus off to minimize degradation of the fuel cell stack. In a state in which the oxidizing agent unintentionally and unnoticed enters the fuel cell stack during maintenance work, the fuel still in the fuel cell stack reacts with the oxidizing agent, thereby unintentionally and unnoticed the voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 increases. To avoid an increase in the voltage to a health-endangering voltage value, the motor vehicle high-voltage system has the safety switch 13 and the security control 14 on. The security control 14 automatically detects the increase in voltage when the drive unit is inactive 10 and limited by the activation of the safety switch 13 this increase. This is the security control 14 supply technology to the DC link 21 of the high voltage on-board electrical system 12 tethered and has the activation voltage threshold 15 on, which is smaller than the harmless Berührspannung 16 , An unwanted and unnoticed penetration of the oxidizing agent in the Fuel cell stack can for example take place by a draft in a workshop area, by blowing out components with compressed air and / or the like.

In der 2 ist ein zeitlicher Verlauf eines solchen Zustands dargestellt, wobei auf einer Achse 29 eine Zeit und auf einer Achse 30 eine Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 aufgetragen sind. Der Anstieg der Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 und damit in dem Zwischenkreis 21 ist durch einen Spannungsverlauf 31 dargestellt. Ausgehend von einem spannungsfreien Hochvoltbordnetz 12 in einem Punkt 32 gelangt das Oxidationsmittel in den Brennstoffzellenstack, wodurch die Spannung ansteigt. In einem Punkt 33 erreicht die Spannung die Aktivierungsspannungsschwelle 15, wodurch sich die Sicherheitsansteuerung 14 aktiviert. Da die aktive Sicherheitsansteuerung 14 selber Energie aus dem Zwischenkreis 21 verbraucht, ändert sich in dem Punkt 33 eine Steigung des Spannungsverlaufs 31, weswegen der Spannungsverlauf 31 einen Knick in dem Punkt 33 aufweist. Ab dem Punkt 33 ist die Sicherheitsansteuerung 14 aktiv, wodurch sie die Spannung in dem Hochvoltbordnetz 12 überwacht. In einem Bereich 34, der vor dem Punkt 33 angeordnet ist, ist die Sicherheitsansteuerung 14 inaktiv. Durch einen weiteren Anstieg der Spannung erreicht die Spannung in einem Punkt 35 die Zuschaltspannungsschwelle 17, wodurch die Sicherheitsansteuerung 14 den Sicherheitsschalter 13 in den geschlossenen Zustand schaltet und dadurch die Spannung auf die Zuschaltspannungsschwelle 17 begrenzt. Durch den geschlossenen Zustand des Sicherheitsschalters 13 wird die Spannung bis zu einem Punkt 36, in dem die Spannung die Abschaltspannungsschwelle 18 erreicht, abgebaut. Der Sicherheitsschalter 13 wird in einem Bereich 37 in dem geschlossenen Zustand gehalten. Die Sicherheitsansteuerung 14 bleibt dabei aktiv, da die Abschaltspannungsschwelle 18 höher ist als die Aktivierungsspannungsschwelle 15. In dem Punkt 36 schaltet die Sicherheitsansteuerung 14 den Sicherheitsschalter 13 wieder in den offenen Zustand. Durch einen weiteren Anstieg der Spannung erreicht die Spannung in einem Punkt 38 wieder die Zuschaltspannungsschwelle 17, wodurch die Sicherheitsansteuerung 14 den Sicherheitsschalter 13 wieder in den geschlossenen Zustand schaltet und dadurch die Spannung auf die Zuschaltspannungsschwelle 17 begrenzt. Durch den geschlossenen Zustand des Sicherheitsschalters 13 wird die Spannung bis zu einem Punkt 39, in dem die Spannung die Abschaltspannungsschwelle 18 erreicht, abgebaut. Der Sicherheitsschalter 13 wird in einem Bereich 40 ebenfalls in dem geschlossenen Zustand gehalten. In dem Punkt 39 schaltet die Sicherheitsansteuerung 14 den Sicherheitsschalter 13 wieder in den offenen Zustand. Bei einem weiteren Anstieg der Spannung wiederholt sich diese Schaltprozedur. Die Schaltprozedur wiederholt sich solange, bis der Brennstoff, und damit eine Energie in dem Brennstoffzellenstack, komplett verbraucht ist oder ein Zündschlosssignal einen entsprechenden Wert annimmt.In the 2 is shown a time course of such a state, being on an axis 29 a time and on an axis 30 a voltage in the high-voltage on-board electrical system 12 are applied. The increase in voltage in the high-voltage vehicle electrical system 12 and thus in the DC link 21 is due to a voltage curve 31 shown. Starting from a voltage-free high-voltage on-board electrical system 12 in one point 32 the oxidant enters the fuel cell stack causing the voltage to rise. In one point 33 the voltage reaches the activation voltage threshold 15 , which causes the security control 14 activated. Because the active security control 14 even energy from the DC link 21 consumes, changes in the point 33 a slope of the voltage curve 31 , why the voltage curve 31 a kink in the point 33 having. From the point 33 is the security driver 14 active, reducing the voltage in the high-voltage electrical system 12 supervised. In one area 34 that's in front of the point 33 is arranged, is the security control 14 inactive. By a further increase in the voltage, the voltage reaches in one point 35 the switch-on voltage threshold 17 , causing the security control 14 the safety switch 13 in the closed state and thereby switches the voltage to the Zuschaltpannungsschwelle 17 limited. Due to the closed state of the safety switch 13 the tension gets to a point 36 in which the voltage is the cut-off voltage threshold 18 reached, dismantled. The safety switch 13 will be in one area 37 kept in the closed state. The security control 14 remains active because the switch-off voltage threshold 18 is higher than the activation voltage threshold 15 , In the point 36 switches the security control 14 the safety switch 13 again in the open state. By a further increase in the voltage, the voltage reaches in one point 38 again the switch-on voltage threshold 17 , causing the security control 14 the safety switch 13 returns to the closed state and thereby the voltage on the Zuschaltpannungsschwelle 17 limited. Due to the closed state of the safety switch 13 the tension gets to a point 39 in which the voltage is the cut-off voltage threshold 18 reached, dismantled. The safety switch 13 will be in one area 40 also kept in the closed state. In the point 39 switches the security control 14 the safety switch 13 again in the open state. With a further increase in voltage, this switching procedure is repeated. The switching procedure is repeated until the fuel, and thus an energy in the fuel cell stack, is completely consumed or an ignition lock signal assumes a corresponding value.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Antriebseinheitdrive unit
10'10 ': Wechselrichterinverter
1111: Brennstoffzelleneinheitfuel cell unit
1212: HochvoltbordnetzHigh-voltage onboard network
1313: Sicherheitsschaltersafety switch
1414: Sicherheitsansteuerungsecurity control
1515: AktivierungsspannungsschwelleActivation voltage threshold
1616: Berührspannungcontact voltage
1717: ZuschaltspannungsschwelleZuschaltspannungsschwelle
1818: AbschaltspannungsschwelleAbschaltspannungsschwelle
1919: Wandlerconverter
2020: Schalterswitch
2121: ZwischenkreisDC
2222: HochvoltverbraucherHigh-voltage consumers
2323: HochvoltverbraucherHigh-voltage consumers
2424: Sicherheitseinheitsecurity unit
2525: SpuleKitchen sink
2626: Diodediode
2727: Kondensatorcapacitor
2828: Widerstandresistance
2929: Achseaxis
3030: Achseaxis
3131: Spannungsverlaufvoltage curve
3232: PunktPoint
3333: PunktPoint
3434: BereichArea
3535: PunktPoint
3636: PunktPoint
3737: BereichArea
3838: PunktPoint
3939: PunktPoint
4040: BereichArea

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10128836 A1 [0002]

Claims

Automotive high-voltage system for supplying at least one electric drive unit ( 10 ), with a fuel cell unit ( 11 ), with an electrically inseparable from the fuel cell unit ( 11 ) connected high-voltage vehicle electrical system ( 12 ), which leads to an electrical connection of at least the electric drive unit ( 10 ) is provided with at least one safety switch ( 13 ), which is intended, at least in an inactive state of the drive unit ( 10 ) a voltage in the high-voltage vehicle electrical system ( 12 ) at least, and with a to the activation of the safety switch ( 13 ) safety control ( 14 ), the supply technology to the high-voltage electrical system ( 12 ) is attached.

Motor vehicle high-voltage system according to claim 1, characterized in that the safety control ( 14 ) is provided, depending on the in the high-voltage vehicle electrical system ( 12 ) voltage applied to the safety switch ( 13 ) head for.

Motor vehicle high-voltage system according to claim 1 or 2, characterized in that the safety control ( 14 ) an activation voltage threshold ( 15 ) which is smaller than a contact voltage ( 16 ).

Automotive high-voltage system according to claim 3, characterized in that the safety control ( 14 ) the safety switch ( 13 ) at a switch-on voltage threshold ( 17 ) between the activation voltage threshold ( 15 ) and the touch voltage ( 16 ), switches to a closed state.

Motor vehicle high-voltage system according to claim 4, characterized in that the safety control ( 14 ) the safety switch ( 13 ) at a switch-off voltage threshold ( 18 ) between the activation voltage threshold ( 15 ) and the switch-on voltage threshold ( 17 ), switches to an open state.

Motor vehicle high-voltage system according to one of the preceding claims, characterized by at least one power electronic converter ( 19 ), which is intended to a voltage of the fuel cell unit ( 11 ) to a higher voltage level, and the at least one safety switch ( 13 ) and / or the security control ( 14 ) having.

Motor vehicle high-voltage system according to claim 6, characterized in that the at least one power electronic converter ( 19 ) at least one transistor-designed switch ( 20 ) and the at least one safety switch ( 13 ) at least partially integral with the switch formed as the transistor ( 20 ) is trained.

Motor vehicle high-voltage system according to claim 6 or 7, characterized in that the high-voltage vehicle electrical system ( 12 ) at least one intermediate circuit ( 21 ) having the at least one power electronic converter ( 19 ) electrically with at least one high-voltage consumer ( 22 . 23 ), and the security control ( 14 ) supply technology to the DC link ( 21 ) is attached.

A method for ensuring a voltage free in a motor vehicle high-voltage system, in particular in a motor vehicle high-voltage system according to one of the preceding claims, in which a safety switch ( 13 ) having a voltage in an electrically inseparable from a fuel cell unit ( 11 ) connected high-voltage vehicle electrical system ( 12 ) at least limited, by means of a safety control ( 14 ), the supply technology to the high-voltage electrical system ( 12 ) is connected, is addressed.

Method according to claim 9, characterized in that the safety switch ( 13 ) by means of the safety control ( 14 ) as a function of that in the high-voltage vehicle electrical system ( 12 ) voltage is controlled.