DE102013020673A1

DE102013020673A1 - Fuel cell system and vehicle with a fuel cell system

Info

Publication number: DE102013020673A1
Application number: DE102013020673.1A
Authority: DE
Inventors: Markus Walter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Fahrzeug mit einem installierten Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem weist eine Schaltungsanordnung (10) mit mindestens einer Brennstoffzelle (11) auf, die über elektrische Anschlussleitungen (15) mit einer zweipoligen Abschaltungsvorrichtung (21) verbunden ist. Hierbei ist vorgesehen, dass zwischen der Brennstoffzelle (11) und der zweipoligen Abschaltungsvorrichtung (21) ein Spannungswandler (17) angeordnet ist.The invention relates to a fuel cell system and a vehicle with an installed fuel cell system. The fuel cell system has a circuit arrangement (10) with at least one fuel cell (11) which is connected via electrical connecting lines (15) to a bipolar disconnection device (21). It is provided that between the fuel cell (11) and the two-pole shutdown device (21), a voltage converter (17) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Brennstoffzellen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem und ein Fahrzeug mit einem installierten Brennstoffzellensystem.The invention relates to the field of fuel cells. In particular, the invention relates to a fuel cell system and a vehicle having an installed fuel cell system.

In einer Brennstoffzelle wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt, so dass an den Ausgangsklemmen einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstacks (BZ-Stack) eine Gleichspannung zur Verfügung gestellt wird. Diese Gleichspannung wird einem Hochvoltzwischenkreis zur Verfügung gestellt, um die bereitgestellte Gleichspannung umzuformen.In a fuel cell, chemical energy is converted into electrical energy, so that a DC voltage is provided at the output terminals of a fuel cell or a fuel cell stack (BZ stack). This DC voltage is provided to a high-voltage intermediate circuit in order to transform the DC voltage provided.

Beim Betreiben von Brennstoffzellen, beispielsweise in einem Fahrzeug, ist es erforderlich, dass der Brennstoffzellenstack zweipolig abgeschaltet werden kann.When operating fuel cells, for example in a vehicle, it is necessary that the fuel cell stack can be switched off in two poles.

DE 10 2007 050 377 A1 beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle für eine erforderliche Notabschaltung kurzschließbar ist. DE 10 2007 050 377 A1 describes a fuel cell system with at least one fuel cell, wherein the fuel cell is short-circuited for a necessary emergency shutdown.

Bisherige Spannungswandler, bzw. DC/DC-Wandler (DC: direct current bzw. Gleichspannung) innerhalb von Brennstoffzellensystemen sind typischerweise zwischen einer Hochvoltbatterie und einem Hochvoltzwischenkreis angeordnet (BA-Wandler). In diesen Fällen ist oft kein zusätzlicher Spannungswandler zwischen einem Brennstoffzellenstack bzw. einem Brennstoffzellenstapel mit Zelleneinheiten und dem Hochvoltzwischenkreis vorgesehen. Ferner ist in diesen Systemen am Brennstoffzellenstack typischerweise eine Anschlussbox vorgesehen, die insbesondere zur Erfüllung der Hochvoltsicherheit zwei Schalter aufweist, beispielsweise Schütze.Previous voltage converters, or DC / DC converters (DC: direct current or DC voltage) within fuel cell systems are typically arranged between a high-voltage battery and a high-voltage intermediate circuit (BA converter). In these cases, there is often no additional voltage converter between a fuel cell stack or a fuel cell stack with cell units and the high-voltage intermediate circuit. Furthermore, in these systems, a connection box is typically provided on the fuel cell stack, which, in particular, has two switches, for example contactors, for fulfilling high-voltage safety.

Bei einem Konzept, bei dem zwischen Hochvoltbatterie und Hochvoltzwischenkreis kein BA-Wandler vorgesehen ist, ist ein Spannungswandler zwischen dem Brennstoffzellenstack und dem Hochvoltzwischenkreis erforderlich (BZ-Wandler). In diesem Fall ist typischerweise der Spannungswandler nach der Anschlussbox des Brennstoffzellenstacks angeordnet. Bei typischen Anwendungen weist der Brennstoffzellenstack eine deutlich kleinere Spannung auf, wodurch Ströme bis zum BZ-Wandler entsprechend höher sind und folglich alle betreffenden Komponenten, wie Leitungen, Schalter und Sicherungen, auf eine hohe Stromtragfähigkeit ausgelegt werden müssen. Zudem ergibt sich bei offenen Schaltern bzw. Schützen keine aktivierbare Entladungsmöglichkeit, die beispielsweise für Servicezwecke von Vorteil wäre.In a concept in which no BA converter is provided between high-voltage battery and high-voltage intermediate circuit, a voltage converter between the fuel cell stack and the high-voltage intermediate circuit is required (BZ converter). In this case, the voltage converter is typically arranged after the connection box of the fuel cell stack. In typical applications, the fuel cell stack has a significantly lower voltage, whereby currents up to the BZ converter are correspondingly higher, and consequently all relevant components, such as lines, switches and fuses, have to be designed for a high current carrying capacity. In addition, there is no activatable discharge possibility with open switches or contactors, which would be advantageous, for example, for service purposes.

Insgesamt wird im Falle einer elektrischen Hochvoltarchitektur bekannterweise einem Brennstoffzellenstack ein Spannungswandler nachgeschaltet, wobei direkt am Brennstoffzellenstack eine Anschlussbox montiert sein kann. Diese Anschlussbox weist typischerweise zwei Schalter in Form von Schützen auf, die im abgeschalteten Zustand den Brennstoffzellenstack, der als elektrische Quelle betrachtet werden kann, vom restlichen elektrischen Netz trennt.Overall, in the case of an electrical high-voltage architecture, a voltage converter is known to be connected downstream of a fuel cell stack, it being possible for a connection box to be mounted directly on the fuel cell stack. This connection box typically has two switches in the form of contactors which, when switched off, separate the fuel cell stack, which can be regarded as an electrical source, from the rest of the electrical network.

Für einen sicheren Betrieb der Brennstoffzelle und der beiden daran angeschlossenen Schalter bzw. der Schütze wird eine Strom- und Spannungsmessung vorgesehen. Für den sicheren Betrieb und für eine sichere Ansteuerung der Schalter bzw. Schütze kann eine Steuerelektronik bzw. ein Controllerboard und eine LV-Schnittstelle vorgesehen werden. Hinter der Steuerelektronik in Richtung weg von dem Brennstoffzellenstack, wird bekannterweise der Spannungswandler bzw. ein Hochsetzsteller bzw. ein Boostconverter oder Brennstoffzellen-Boostconverter über eine Verbindung und elektrische Leitung angeschlossen. Dieser Spannungswandler wird bisher in einem eigenen Gehäuse untergebracht. Eine Regelung bzw. der Betrieb des Spannungswandlers erfordert ebenso eine Strom- und Spannungsmessung, so dass ein Stromsensor bzw. eine Strommessung und ein Spannungssensor bzw. eine Spannungsmessung jeweils über eine Mess- und Steuertechnik vorgesehen wird.For safe operation of the fuel cell and the two connected switches or contactors, a current and voltage measurement is provided. For safe operation and for reliable control of the switches or contactors, control electronics or a controller board and an LV interface can be provided. Behind the control electronics in the direction away from the fuel cell stack, the voltage converter or a boost converter or a boost converter or fuel cell boost converter is known to be connected via a connection and electrical line. This voltage converter is previously housed in a separate housing. Regulation or the operation of the voltage converter also requires a current and voltage measurement, so that a current sensor or a current measurement and a voltage sensor or a voltage measurement is provided in each case via a measuring and control technology.

Bei einer solchen Anordnung, bei der zwei Schalter direkt mit dem Brennstoffzellenstack verbunden sind und über eine Verbindungsleitung daran ein Spannungswandler mit Steuerelektronik folgt, ergibt sich das Erfordernis, den Spannungswandler für Strom und Spannung entsprechend auszulegen. Bei einer Spannungserhöhung am Wandler um ein Delta x ist zwischen dem Brennstoffzellenstack und dem Spannungswandler ein Strom um Delta x gegenüber dem Spannungswandlerausgang erhöht. Dies bedeutet, dass alle elektrischen Komponenten zwischen Brennstoffzellenstack und Spannungswandler auf diesen erhöhten Strom auszulegen sind, insbesondere die Leitungen, Anschlüsse und Schalter bzw. Schütze. Ferner werden bei einer solchen Anordnung an mehreren Stellen Strom- und Spannungsmessungen durchgeführt, insbesondere an den beiden Schaltern bzw. Schützen und am Spannungswandler. Dies bedeutet, dass Strommessgeräte, Spannungsmessgeräte, Steuerelektronik, LV-Schnittstellen mehrfach bzw. redundant vorhanden sind.In such an arrangement, in which two switches are connected directly to the fuel cell stack and follows it via a connecting line to a voltage converter with control electronics, there is the need to design the voltage transformer for current and voltage accordingly. With a voltage increase at the converter by a delta x, a current is increased by delta x compared to the voltage converter output between the fuel cell stack and the voltage converter. This means that all electrical components between the fuel cell stack and the voltage converter must be designed for this increased current, in particular the lines, connections and switches or contactors. Furthermore, in such an arrangement, current and voltage measurements are carried out at several points, in particular at the two switches or contactors and at the voltage converter. This means that ammeters, voltage measuring instruments, control electronics, LV interfaces are available multiple times or redundantly.

Es ergibt sich demnach die Aufgabe, einen Brennstoffzellenstack an einen Hochvoltzwischenkreis in einfacher Weise anzuschließen, so dass der Brennstoffzellenstack zweipolig abgeschaltet werden kann.It follows therefore the task of connecting a fuel cell stack to a high-voltage intermediate circuit in a simple manner, so that the fuel cell stack can be switched off in two poles.

Diese Aufgabe wird mit einem Brennstoffzellensystem gelöst, das eine Schaltungsanordnung mit mindestens einer Brennstoffzelle aufweist, die über elektrische Anschlussleitungen mit einer zweipoligen Abschaltungsvorrichtung verbunden ist. Hierbei ist vorgesehen, dass zwischen der Brennstoffzelle und der zweipoligen Abschaltungsvorrichtung ein Spannungswandler angeordnet ist. This object is achieved with a fuel cell system having a circuit arrangement with at least one fuel cell, which is connected via electrical connection lines with a bipolar disconnection device. It is provided that between the fuel cell and the bipolar Abschaltungsvorrichtung a voltage converter is arranged.

Es wird demnach die herkömmliche Reihenfolge innerhalb einer Schaltungsanordnung verändert, indem von der Brennstoffzelle oder dem Brennstoffzellenstack gesehen, zunächst ein Spannungswandler angeschlossen wird, an den wiederum eine zweipolige Abschaltungsvorrichtung angeschlossen ist. Es wird demnach eine Reihenschaltung aus Brennstoffzelle bzw. Brennstoffzellenstack, Spannungswandler und zweipolige Abschaltungsvorrichtung bereitgestellt. Hierbei kann der Spannungswandler als Hochsetzsteller ausgebildet sein. Ferner kann der Spannungswandler innerhalb einer Anschlussbox einer Brennstoffzelle integriert sein, so dass der Brennstoffzellenstack ein erstes Modul bildet und die weitere daran angeschlossene Schaltungsanordnung mit Spannungswandler und zweipolige Abschaltungsvorrichtung in einem zweiten Modul vorhanden ist, das als Anschlussbox bereitgestellt werden kann. Im folgenden werden die Begriffe ”Brennstoffzellenstack” und ”Brennstoffzelle” austauschbar verwendet. Hierbei weist ein Brennstoffzellenstack eine Vielzahl von Brennstoffzellen auf, die eine Gleichspannung bereitstellen.Accordingly, the conventional sequence within a circuit arrangement is changed, as seen from the fuel cell or the fuel cell stack, first a voltage converter is connected, to which in turn a bipolar disconnection device is connected. Accordingly, a series connection of fuel cell or fuel cell stack, voltage converter and bipolar shutdown device is provided. Here, the voltage converter can be designed as a boost converter. Further, the voltage converter may be integrated within a connection box of a fuel cell, so that the fuel cell stack forms a first module and the other connected thereto circuit arrangement with voltage converter and bipolar disconnection device is present in a second module that can be provided as a connection box. In the following, the terms "fuel cell stack" and "fuel cell" are used interchangeably. Here, a fuel cell stack has a plurality of fuel cells that provide a DC voltage.

Die zweipolige Abschaltungsvorrichtung oder zweipolige Unterbrechungsanordnung kann zwei Schalter aufweisen, wobei jeweils ein Schalter über eine elektrische Anschlussstelle mit elektrischen Anschlussleitungen an dem Pluspol bzw. an dem Minuspol des Brennstoffzellenstacks oder einer Batteriezelle angeschlossen sein kann. Auf diese Weise kann eine zweipolige Abschaltung bereitgestellt werden. Hierbei können die beiden Schalter parallel angesteuert werden, beispielsweise mit einem gemeinsamen Ausschaltbefehl oder unabhängig voneinander betätigt werden, beispielsweise mit zeitlich voneinander beabstandeten Steuerbefehle. Bei einer unabhängigen Betätigung kann auch eine einpolige Abschaltung erfolgen, indem nur einer der beiden Schalter einen Schaltbefehl erhält und anschließend seine Schaltkontakte öffnet. Die beiden Schalter sind vorzugsweise als Schütze ausgebildet.The two-pole shutdown device or two-pole interruption arrangement can have two switches, wherein in each case a switch can be connected via an electrical connection point with electrical connection lines to the positive pole or to the negative pole of the fuel cell stack or a battery cell. In this way, a bipolar shutdown can be provided. In this case, the two switches can be controlled in parallel, for example, with a common switch-off or independently operated, for example, with time-spaced control commands. In the case of an independent actuation, a single-pole disconnection can also take place in that only one of the two switches receives a switching command and subsequently opens its switching contacts. The two switches are preferably designed as contactors.

Gemäß der Erfindung wird der Spannungswandler, gesehen von dem Brennstoffzellenstack aus, vor die Schaltelemente der zweipoligen Abschaltungsvorrichtung verlagert, so dass alle dem Spannungswandler folgenden elektrischen Komponenten auf einen um ein Delta x verringerten Strom ausgelegt werden können im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungsanordnungen. Zusätzlich können die bisher redundant vorhandenen Messstellen entfallen und durch eine Integration der Funktionen in eine gemeinsame Steuerelektronik der Aufwand für die Elektronik reduziert werden. Ferner werden zwei Kontaktstellen und Verbindungsleitungen eingespart im Vergleich zu bisher bekannten Anordnungen. Ferner kann auch ein Gehäuse entfallen. Hierzu wird vorgeschlagen, dass eine Integration des Spannungswandlers in einer Anschlussbox der Brennstoffzelle erfolgt. Es ergeben sich insgesamt Kostenreduzierungen, sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems und verbesserte Sicherheit.According to the invention, the voltage converter, as viewed from the fuel cell stack, is displaced in front of the switching elements of the bipolar switch-off device so that all of the electrical components following the voltage converter can be designed to have a reduced current by a delta compared to conventional circuit arrangements. In addition, the previously redundant existing measuring points can be omitted and the cost of the electronics can be reduced by integrating the functions in a common control electronics. Furthermore, two contact points and connecting lines are saved in comparison to previously known arrangements. Furthermore, a housing can be omitted. For this purpose, it is proposed that an integration of the voltage converter takes place in a connection box of the fuel cell. There are overall cost reductions, as well as increased reliability of the fuel cell system and improved safety.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass der Spannungswandler und die zweipolige Abschaltungsvorrichtung über Signalleitungen mit einem gemeinsamen Mikroprozessor in Wirkverbindung stehen.In a preferred embodiment it can be provided that the voltage converter and the bipolar disconnection device are connected via signal lines to a common microprocessor in operative connection.

Der gemeinsame Mikroprozessor kann sowohl von dem Spannungswandler wie auch von der Abschaltungsvorrichtung Signale über entsprechend vorhandene Signalleitungen empfangen. Ferner kann der Mikroprozessor Signale in Form von Schaltbefehlen an den Spannungswandler und an die Abschaltungsvorrichtung senden. Hierbei ergeben sich ebenfalls geringere Bauteilekosten, da durch eine Integration der Funktionen, insbesondere der Steuerfunktionen, in eine gemeinsame Steuerelektronik der Aufwand der Elektronik reduziert wird.The common microprocessor can receive signals from both the voltage converter and the shutdown device via corresponding signal lines. Further, the microprocessor may send signals in the form of switching commands to the voltage converter and to the shutdown device. This also results in lower component costs, since an integration of the functions, in particular the control functions, in a common control electronics, the cost of the electronics is reduced.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass der Spannungswandler einen Schalter aufweist, der von dem Mikroprozessor ansteuerbar ist.In a further preferred embodiment it can be provided that the voltage converter has a switch which can be controlled by the microprocessor.

Dieser Schalter kann dazu vorgesehen werden, im Bedarfsfall den Brennstoffzellenstack bzw. eine vorhandene Brennstoffzelle kurzzuschließen. Dies kann für Wartungsarbeiten an dem Brennstoffzellensystem von Vorteil sein, um noch vorhandene Ladungen im Brennstoffzellensystem zu neutralisieren.This switch can be provided to short in case of need the fuel cell stack or an existing fuel cell. This can be advantageous for maintenance work on the fuel cell system in order to neutralize any remaining charges in the fuel cell system.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass der Spannungswandlers eine Sicherheitsfunktion aufweist, die in Wirkverbindung mit dem Schalter steht.In a further preferred embodiment it can be provided that the voltage converter has a safety function, which is in operative connection with the switch.

Eine Sicherheitsfunktion kann zusätzlich dazu verwendet werden und unabhängig von einer Ansteuerung des Mikroprozessors, den Schalter bzw. den Kurzschlussschalter des Spannungswandlers zu betätigen. Hierbei kann die Sicherheitsfunktion Messsignale von einer Spannungsmessung erhalten, um auf den Schalter zu wirken. Diese Spannungsmessung kann parallel zu den Anschlussstellen des Brennstoffzellenstacks erfolgen, um direkt die vorhandene Spannung mit einem Spannungsmessgerät am Brennstoffzellenstack zu messen.In addition, a safety function can be used to actuate the switch or the short-circuit switch of the voltage converter, independently of activation of the microprocessor. Here, the safety function can receive measurement signals from a voltage measurement to act on the switch. This voltage measurement can be carried out parallel to the connection points of the fuel cell stack in order to directly measure the voltage present with a voltage meter on the fuel cell stack.

Ferner kann in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, dass die Schaltungsanordnung in einem Fahrzeug installiert ist. Das Fahrzeug kann beispielsweise als Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Furthermore, it can be provided in a further preferred embodiment that the circuit arrangement is installed in a vehicle. The vehicle may be designed, for example, as a hybrid vehicle.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Weiterbildung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention and their development will be explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem schematischen Aufbau eines Spannungswandlers, der an einen Brennstoffzellenstack angeschlossen ist; und 1 a first embodiment with a schematic structure of a voltage converter which is connected to a fuel cell stack; and

2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Spannungswandlers, der an einen Brennstoffzellenstack angeschlossen ist, wobei der Spannungswandler eine Sicherheitsfunktion aufweist. 2 a second embodiment of a voltage converter which is connected to a fuel cell stack, wherein the voltage converter has a safety function.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung 10 mit einem Brennstoffzellenstack 11, der als erstes Modul 12 ausgebildet ist. Ferner weist die Schaltungsanordnung 10 eine Messschaltung 13 auf, die insgesamt als zweites Modul 14 ausgebildet ist. Das zweite Modul 14 kann auch als Brennstoffzellen-PDU bezeichnet werden. Zwischen dem ersten Modul 12 und dem zweiten Modul 14 ist für den Plus- und den Minuspol des Brennstoffzellenstacks 11 jeweils eine elektrische Anschlusstelle 15 mit elektrischen Anschlussleitungen angeordnet, die das erste Modul 12 mit dem zweiten Modul 14 verbindet. Ferner weist das zweite Modul 14 einen elektrischen Anschluss am Ausgang 16 auf, an den ein oder mehrere Energieverbraucher angeschlossen werden können, die mit der Energie des Brennstoffzellenstacks 11 versorgt werden können, beispielsweise ein elektrischer Antriebsmotor in einem Fahrzeug. 1 shows a circuit arrangement 10 with a fuel cell stack 11 , the first module 12 is trained. Furthermore, the circuit arrangement 10 a measuring circuit 13 on, the total as a second module 14 is trained. The second module 14 can also be referred to as a fuel cell PDU. Between the first module 12 and the second module 14 is for the plus and the minus pole of the fuel cell stack 11 one electrical connection point each 15 arranged with electrical connection cables, which is the first module 12 with the second module 14 combines. Furthermore, the second module has 14 an electrical connection at the output 16 to which one or more energy consumers can be connected, using the energy of the fuel cell stack 11 can be supplied, for example, an electric drive motor in a vehicle.

Die Messschaltung 13 weist einen Spannungswandler 17 auf. Der Spannungswandler 17 umfasst eine Spule 18, eine Diode 19 und einen Schalter 20. Hierbei sorgt die Diode 19 dafür, dass kein Rückstrom in den Brennstoffzellenstack 11 eingespeist werden kann. Der Schalter 20 wird verwendet, um den Brennstoffzellenstack 11 bei Bedarf kurzzuschließen. Dies ist beispielsweise notwendig, um an dem Brennstoffzellenstack 11 Wartungsarbeiten oder Servicearbeiten durchzuführen und Entladungen zu vermeiden.The measuring circuit 13 has a voltage transformer 17 on. The voltage converter 17 includes a coil 18 , a diode 19 and a switch 20 , This is done by the diode 19 making sure that no backflow into the fuel cell stack 11 can be fed. The desk 20 is used to fuel cell stack 11 if necessary short circuit. This is necessary, for example, to attach to the fuel cell stack 11 Perform maintenance or service and avoid discharge.

Ferner weist die Messschaltung 13 eine zweipolige Abschaltungsvorrichtung 21 bzw. eine Unterbrechungsanordnung 21 auf. Die Unterbrechungsanordnung 21 weist einen ersten Schalter 22 und einen zweiten Schalter 23 auf. Der erste Schalter 22 befindet sich in einer Hinleitung des Brennstoffzellenstacks 11 und der zweite Schalter 23 befindet sich in einer Rückleitung des Brennstoffzellenstacks 11, das heißt jeweils ein Schalter 22, 23 ist mit dem positiven bzw. mit dem negativen Pol des Brennstoffzellenstacks 11 verbunden. Die Unterbrechungsanordnung 21 dient zur Unterbrechung der Energieversorgung des Brennstoffzellenstacks 11. Zur Ansteuerung der beiden Schalter 22, 23 sind die Schalter mit einem Mikroprozessor 24 bzw. Mikrocontroller 24 oder kurz μC verbunden. Der Mikroprozessor 24 steuert jeweils den Schaltungszustand des ersten Schalters 22 und des zweiten Schalters 23.Furthermore, the measuring circuit 13 a bipolar shutdown device 21 or an interruption arrangement 21 on. The interruption arrangement 21 has a first switch 22 and a second switch 23 on. The first switch 22 is located in an outgoing line of the fuel cell stack 11 and the second switch 23 is located in a return line of the fuel cell stack 11 that means one switch each 22 . 23 is with the positive or the negative pole of the fuel cell stack 11 connected. The interruption arrangement 21 serves to interrupt the power supply of the fuel cell stack 11 , For controlling the two switches 22 . 23 are the switches with a microprocessor 24 or microcontroller 24 or μC for short. The microprocessor 24 each controls the circuit state of the first switch 22 and the second switch 23 ,

Zur Überwachung der vorhandenen Strom- und Spannungszustände in der Messschaltung 13 ist ein erstes Spannungsmessgerät 25, ein Strommessgerät 26 und ein zweites Spannungsmessgerät 27 vorhanden. Das erste Spannungsmessgerät 25 misst parallel zum Brennstoffzellenstack 11 die anliegende Spannung am Brennstoffzellenstacks 11. Das Strommessgerät 26 wird dazu verwendet, um in der Zu- bzw. der Ableitung zum Brennstoffzellenstack 11 einen Strom zu messen. Das erste Spannungsmessgerät 25 ist hierbei parallel zu dem Spannungswandler 17 geschaltet und das Strommessgerät 26 ist in einer Zuleitung des Spannungswandlers 17 angeordnet. Das Strommessgerät 26 befindet sich in einer Reihenschaltung mit der Spule 18. Das zweite Spannungsmessgerät 27 wird dazu eingesetzt, um einen Spannungsabfall über dem Schalter 20 des Spannungswandlers 17 zu messen. Hierzu ist das zweite Spannungsmessgerät 27 parallel zu dem Schalter 20 geschaltet und mit der Kathode der Diode 19 des Spannungswandlers 17 verbunden. Die Messgeräte 25, 26, 27 sind jeweils über eine Signalleitung 29 bis 31 mit dem Mikroprozessor 24 verbunden. Der Mikroprozessor 24 ist ferner über eine weitere Signalleitung 32 mit dem Schalter 20 des Spannungswandlers 17 verbunden. In 1 sind die Signalleitungen 29 bis 32 jeweils mit einem Pfeil versehen, der die Signalrichtung markiert. Ferner tauscht der Mikroprozessor 24 über die Niederspannungsverbindungsschnittstelle 28 Signale mit weiteren Niederspannungsschaltkreisen aus. Dies wird über eine Signalleitung 33 angedeutet.For monitoring the existing current and voltage conditions in the measuring circuit 13 is a first voltmeter 25 , a power meter 26 and a second voltmeter 27 available. The first voltage measuring device 25 measures parallel to the fuel cell stack 11 the voltage applied to the fuel cell stack 11 , The electricity meter 26 is used to in the supply and the discharge to the fuel cell stack 11 to measure a current. The first voltage measuring device 25 is parallel to the voltage converter 17 switched and the ammeter 26 is in a supply line of the voltage transformer 17 arranged. The electricity meter 26 is in a series connection with the coil 18 , The second voltage measuring device 27 is used to make a voltage drop across the switch 20 of the voltage converter 17 to eat. This is the second voltmeter 27 parallel to the switch 20 switched and connected to the cathode of the diode 19 of the voltage converter 17 connected. The measuring devices 25 . 26 . 27 are each via a signal line 29 to 31 with the microprocessor 24 connected. The microprocessor 24 is also via another signal line 32 with the switch 20 of the voltage converter 17 connected. In 1 are the signal lines 29 to 32 each with an arrow that marks the signal direction. Furthermore, the microprocessor swaps 24 via the low voltage connection interface 28 Signals with other low-voltage circuits. This is done via a signal line 33 indicated.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt 2 eine Schaltungsanordnung 40. Die Schaltungsanordnung 40 ist ähnlich aufgebaut wie die Schaltungsanordnung 10 der 1. Hierbei befindet sich in 2 ein Brennstoffzellenstack 11 in einem ersten Modul 12 und eine Messschaltung 13 in einem zweiten Modul 14. Im Vergleich zur 1 ist in der Schaltungsanordnung 40 der 2 eine zusätzliche Sicherheitsfunktion 41 vorgesehen, die Ein- oder Ausschaltbefehle über eine Signalleitung 42 an den Schalter 20 geben kann. Da der Spannungswandler 17 direkt mit dem Potential der Brennstoffzelle 11 bzw. dem Brennstoffzellenstack 11 verbunden ist, ergibt sich bei der Ausführungsform in 2 eine weitere vorteilhafte Möglichkeit für eine autarke Aktivierung einer Entladung. Hierbei wird eine Entladung ohne eine aktive Ansteuerung der Anschlussbox von extern verstanden. Die Sicherheitsfunktion 41 ist dazu vorgesehen, bei einem Überschreiten einer kritischen Spannung, insbesondere einer Stack-Spannung, eine Entladung des Brennstoffzellenstacks 11 einzuleiten. Auf diese Weise können Spannungen am Brennstoffzellenstack 11 vermieden werden, von denen eine Gefahr ausgehen könnte, zum Beispiel während einer Servicearbeit oder während des Betriebs des Brennstoffzellensystems. Insgesamt werden mit der Sicherheitsfunktion 41 des Spannungswandlers 17 gefährliche Spannungen vermieden.In a further embodiment according to the invention shows 2 a circuit arrangement 40 , The circuit arrangement 40 is similar to the circuit arrangement 10 of the 1 , This is located in 2 a fuel cell stack 11 in a first module 12 and a measuring circuit 13 in a second module 14 , In comparison to 1 is in the circuit 40 of the 2 an additional safety function 41 provided, the on or off commands via a signal line 42 to the switch 20 can give. Because of the voltage transformer 17 directly with the potential of the fuel cell 11 or the fuel cell stack 11 is connected, results in the embodiment in 2 a further advantageous possibility for a self-sufficient activation of a discharge. This is a discharge without an active Control of the connection box from external understood. The safety function 41 is intended to a discharge of a critical voltage, in particular a stack voltage, a discharge of the fuel cell stack 11 initiate. In this way, voltages on the fuel cell stack 11 be avoided, which could pose a risk, for example during a service work or during operation of the fuel cell system. Overall, with the security feature 41 of the voltage converter 17 dangerous voltages avoided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Schaltungsanordnungcircuitry
1111: Brennstoffzelle bzw. BrennstoffzellenstackFuel cell or fuel cell stack
1212: erstes Modulfirst module
1313: Messschaltungmeasuring circuit
1414: zweites Modulsecond module
1515: Anschluss zwischen den Modulen mit AnschlussleitungenConnection between the modules with connecting cables
1616: Anschluss am Ausgang des zweiten ModulsConnection at the output of the second module
1717: SpannungswandlerDC converter
1818: SpuleKitchen sink
1919: Diodediode
2020: Schalterswitch
2121: zweipoligen Abschaltungsvorrichtungbipolar shutdown device
2222: erster Schalterfirst switch
2323: zweiter Schaltersecond switch
2424: Mikroprozessormicroprocessor
2525: erstes Spannungsmessgerätfirst voltmeter
2626: Strommessgerätammeter
2727: zweites Spannungsmessgerätsecond voltmeter
2828: Niederspannungs-Verbindungsstelle (LV)Low Voltage Junction (LV)
2929: Signalleitungsignal line
3030: Signalleitungsignal line
3131: Signalleitungsignal line
3232: Signalleitungsignal line
3333: Signalleitungsignal line
4040: Schaltungsanordnungcircuitry
4141: Sicherheitsfunktionsafety function
4242: Signalleitungsignal line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007050377 A1 [0004]

Claims

Fuel cell system with a circuit arrangement ( 10 ) at least one fuel cell ( 11 ), which are connected via electrical connection cables ( 15 ) with a bipolar disconnection device ( 21 ), characterized in that between the fuel cell ( 11 ) and the bipolar shutdown device ( 21 ) a voltage converter ( 17 ) is arranged.

Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the voltage converter ( 17 ) and the bipolar shutdown device ( 21 ) via signal lines ( 29 - 31 ) with a common microprocessor ( 24 ) are in operative connection.

Fuel cell system according to claim 2, characterized in that the voltage converter ( 17 ) a switch ( 20 ) provided by the microprocessor ( 24 ) is controllable.

Fuel cell system according to claim 3, characterized in that the voltage converter ( 17 ) a security function ( 41 ) in operative connection with the switch ( 20 ) stands.

Fuel cell system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the circuit arrangement ( 10 ) is installed in a vehicle.