DE102015011897A1 - Vorrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (14) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit (12) eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Brennstoffzelle (16) und eine Hochvoltbatterie (18) zum Bereitstellen der elektrischen Energie, einen Gleichspannungswandler (20) und einen Hochvoltzwischenkreis (22), wobei die Brennstoffzelle (16) über den Gleichspannungswandler (20) mit dem Hochvoltzwischenkreis (22) elektrisch verbunden ist und der Hochvoltzwischenkreis (22) zur Energieversorgung der elektrischen Antriebseinheit (12) mit der elektrischen Antriebseinheit (12) elektrisch verbindbar ist, wobei die Hochvoltbatterie (18) zum Versorgen der elektrischen Antriebseinheit (12) unmittelbar mit dem Hochvoltzwischenkreis (22) elektrisch verbunden ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit (12) eines Kraftfahrzeugs.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Brennstoffzelle und eine Hochvoltbatterie zum Bereitstellen der elektrischen Energie, einen Gleichspannungswandler und einen Hochvoltzwischenkreis, wobei die Brennstoffzelle über den Gleichspannungswandler mit dem Hochvoltzwischenkreis elektrisch verbunden ist und der Hochvoltzwischenkreis zur Energieversorgung der elektrischen Antriebseinheit mit der elektrischen Antriebseinheit elektrisch verbindbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs.
  • Es ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, Kraftfahrzeuge elektromotorisch anzutreiben, wobei die elektrische Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs von einer Brennstoffzelle und einer Batterie bereitgestellt wird. Solche sogenannten Brennstoffzellen-Hybridfahrzeuge sind beispielsweise in der DE 11 2011 101 180 T5 sowie in der EP 2 003 725 A2 beschrieben. Gemäß dem Stand der Technik werden die Batterie und die Brennstoffzelle über einen Stromrichter mit einer elektrischen Antriebseinheit, beispielsweise einem Elektromotor, des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Verbindung der Batterie mit der elektrischen Antriebseinheit über einen Stromrichter stellt regelungstechnisch Nachteile dar, da insbesondere bei einem Nulldurchgang beim Wechseln von einem motorischen zu einem generatorischen Leistungsfluss Verzögerungen und Störungen auftreten können.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektrische Energie für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs besonders effizient und einfach bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung weist eine Brennstoffzelle und eine Hochvoltbatterie zum Bereitstellen der elektrischen Energie, einen Gleichspannungswandler und einen Hochvoltzwischenkreis auf, wobei die Brennstoffzelle über den Gleichspannungswandler mit dem Hochvoltzwischenkreis elektrisch verbunden ist und der Hochvoltzwischenkreis zur Energieversorgung der elektrischen Antriebseinheit mit der elektrischen Antriebseinheit elektrisch verbindbar ist. Darüber hinaus ist die Hochvoltbatterie zum Versorgen der elektrischen Antriebseinheit unmittelbar mit dem Hochvoltzwischenkreis elektrisch verbunden.
  • Die Vorrichtung kann beispielsweise in einem Antriebsstrang eines als Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug ausgestalteten Kraftfahrzeugs verwendet werden, welcher beispielsweise eine als Elektromotor ausgestaltete elektrische Antriebseinheit aufweist. Die elektrische Energie zur Energieversorgung der elektrischen Antriebseinheit kann dabei sowohl von der Brennstoffzelle als auch von der Hochvoltbatterie bereitgestellt werden. Unter der Brennstoffzelle ist hier insbesondere ein Brennstoffzellensystem beziehungsweise ein Brennstoffzellenstapel aufweisend mehrere Brennstoffzellen zu verstehen. Die Brennstoffzelle ist über den Gleichspannungswandler, einen sogenannten Fuel Cell Converter (FCC), elektrisch mit dem Hochvoltzwischenkreis verbunden. Der Hochvoltzwischenkreis kann beispielsweise elektrische Zuleitungen aufweisen, welche eine elektrische Verbindung zwischen dem Gleichspannungswandler beziehungsweise DC/DC-Wandler und der elektrischen Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs herstellen. Die von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellte elektrische Energie wird also über den Gleichspannungswandler in eine für die elektrische Antriebseinheit geeignete elektrische Spannung umgewandelt und kann der elektrischen Antriebseinheit über die Zuleitungen zugeführt werden.
  • Darüber hinaus ist es nun vorgesehen, dass die Hochvoltbatterie, welche eine Verschaltung einzelner Batteriezellen aufweist und eine Hochvoltspannung bereitstellt, direkt beziehungsweise unmittelbar mit dem Hochvoltzwischenkreis verbunden ist und damit unmittelbar mit der elektrischen Antriebseinheit verbindbar ist. Dazu können beispielsweise an den Zuleitungen des Hochvoltzwischenkreises Abgriffe vorgesehen sein, mit welchen die Hochvoltbatterie elektrisch verbunden ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass kein Spannungswandler zwischen der Hochvoltbatterie und der elektrischen Antriebseinheit vorgesehen ist. Die von der Hochvoltbatterie bereitgestellte Hochvoltspannung wird also direkt der elektrischen Antriebseinheit beziehungsweise dem Fahrantrieb des Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs zugeführt. Die Hochvoltbatterie ist insbesondere als ein Plug-In-Batterie mit einem ausreichend hohen Energieinhalt ausgebildet. Solche Plug-In-Batterien sind bereits im Zusammenhang mit konventionellen Hybridfahrzeugen, welche durch einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor angetrieben werden, bekannt.
  • Dadurch, dass die Hochvoltbatterie direkt mit dem Hochvoltzwischenkreis gekoppelt ist, ergeben sich regelungstechnisch erhebliche Vorteile, da die Batterie den Nulldurchgang von motorischem zu generatorischem Leistungsfluss ohne Verzögerung darstellen kann. Jeder Regler, also beispielsweise ein weiterer DC/DC-Wandler zwischen der Hochvoltbatterie und dem Hochvoltzwischenkreis, würde nämliche Regelzeiten mit sich bringen. Je schneller der Regler sein soll, desto teurer ist er. Je langsamer der Regler ist, desto höher sind die Störungen im Hochvoltzwischenkreis. Durch die direkte Kopplung der Hochvoltbatterie mit dem Hochvoltzwischenkreis können in vorteilhafter Weise somit einerseits Kosten gespart werden und andererseits Störungen im Hochvoltzwischenkreis vermieden werden.
  • Besonders bevorzugt ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, die Brennstoffzelle von dem Hochvoltzwischenkreis zu entkoppeln, sodass die Antriebseinheit im entkoppelten Zustand der Brennstoffzelle mit elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie versorgbar ist und im angekoppelten Zustand der Brennstoffzelle mit elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie und der Brennstoffzelle versorgbar ist. Dabei kann der Gleichspannungswandler die Brennstoffzelle beispielsweise aktiv von dem Hochvoltzwischenkreis entkoppelt, indem die Brennstoffzelle beispielsweise über Schaltschütze galvanisch von dem Hochvoltzwischenkreis getrennt wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler die Entkopplung nicht aktiv vollzieht, sondern beispielsweise dazu ausgelegt ist, einen Energiefluss von der Brennstoffzelle in den Zwischenkreis zu verhindern, insbesondere ohne die Brennstoffzelle galvanisch von dem Zwischenkreis zu trennen. In dem entkoppelten beziehungsweise passiven Zustand der Brennstoffzelle kann die Brennstoffzelle somit abgeschaltet werden, sodass die Brennstoffzelle keinen Wasserstoff verbraucht. In diesem abgeschalteten beziehungsweise unversorgten Betrieb der Brennstoffzelle wird der Betrieb der Antriebseinheit aus der Hochvoltbatterie ermöglicht. Im entkoppelten Zustand der Brennstoffzelle wird die elektrische Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs also nur von der Hochvoltbatterie bereitgestellt. In dem angekoppelten Zustand der Brennstoffzelle wird die elektrische Energie von der Brennstoffzelle und der Hochvoltbatterie zum Versorgen der Antriebseinheit bereitgestellt. Die elektrische Energie kann also wahlweise von der Hochvoltbatterie oder der Brennstoffzelle und der Hochvoltbatterie bereitgestellt werden. Somit kann die Brennstoffzelle durch die Hochvoltbatterie beispielsweise bei Dauerbelastungen unterstützt werden, oder es kann die elektrische Energie nur von der Hochvoltbatterie bereitgestellt werden. Wenn die Hochvoltbatterie über längere Zeiträume die Leistungsabgabe der Brennstoffzelle beziehungsweise des Brennstoffzellensystems ergänzt, können somit nicht nur in transienten, sondern auch in stationären Lastfällen bessere Fahrleistungen erzielt werden, beispielsweise besonders hohe Geschwindigkeiten in der Ebene und am Berg bereitgestellt werden. So ist beispielsweise die thermisch limitierte Bergfahrt ein für Brennstoffzellenfahrzeuge sehr anspruchsvoller Lastfall, da der Brennstoffzellenstapel eine hohe Belastung erfährt, und damit eine hohe Abwärme produziert wird. Hier wird nämlich die Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels durch eine maximal abführbare Wärmemenge eines Fahrzeugkühlsystems des Kraftfahrzeugs beschränkt. Durch die Unterstützung der Brennstoffzelle bei solchen Lastfällen durch die Hochvoltbatterie kann dies entschärft werden, sodass beispielsweise höhere Geschwindigkeiten erzielt werden können. Durch diese höheren Geschwindigkeiten steigert sich wiederum in vorteilhafter Weise die abführbare Wärme durch einen erhöhten Luftdurchsatz von Wasserkühlern des Fahrzeugkühlsystems, sodass der Brennstoffzellenstapel in einem höheren Lastpunkt betrieben werden kann.
  • Durch die Fahrt des Kraftfahrzeugs rein aus der Hochvoltbatterie mit nicht aktiver beziehungsweise passiver Brennstoffzelle ist eine Kunde, beispielsweise ein Fahrer des Kraftfahrzeugs, weniger abhängig von einem Wasserstoffversorgungsnetz zur Energieversorgung der Brennstoffzellen. Zudem kann durch das Abschalten des Brennstoffzellensystems eine Betriebsstundenanzahl des Brennstoffzellensystems reduziert und somit dessen Leistungsdegradation verringert werden. Außerdem ist das batterieelektrische Fahren erkennbar geräuschärmer und kann somit insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten für mehr Komfort sorgen und beispielsweise in Ballungsräumen oder Wohngebieten von Vorteil sein.
  • Durch die hohe Spitzenleistungsabgabe der Hochvoltbatterie, welche höher als die maximale Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels sein kann, können außerdem Verbesserungen bei Kurzzeitbelastungen, beispielsweise zügige Beschleunigungsvorgänge, erzielt werden. Auch kann das Brennstoffzellensystem in vorteilhafter Weise weniger dynamisch ausgelegt werden. Dadurch können Kosten gespart werden und eine Lebensdauer des Brennstoffzellensystems erhöht werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Ladesystem auf, welches elektrisch mit der Hochvoltbatterie gekoppelt ist und zum Laden der Hochvoltbatterie mit einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung elektrisch koppelbar ist. Das Ladesystem kann einen sogenannten Bordlader und eine Ladedose aufweisen, welche beispielsweise mit einem stationären Stromnetz als die fahrzeugexterne Ladevorrichtung koppelbar ist. Die Hochvoltbatterie kann also als eine sogenannte Plug-in-Batterie ausgestaltet sein, welche beispielsweise über das stationäre Stromnetz geladen werden kann. Solche Plug-in-Konzepte sind bereits aus konventionellen Hybridfahrzeugen bekannt, bei welchen ein Kraftfahrzeug durch einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor angetrieben werden kann. Durch die direkte Kopplung der Plug-in-Hochvoltbatterie mit dem Hochvoltzwischenkreis und damit mit dem Elektromotor können die bereits aus den konventionellen Hybridfahrzeugen bekannten Konzepte einer Plug-in-Hochvoltbatterie und das zugehörige Ladesystem problemlos auch in Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugen eingesetzt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest eine Hochvoltkomponente aufweist, welche elektrisch mit dem Hochvoltzwischenkreis verbunden ist. Eine solche Hochvoltkomponente ist ein Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Kältemittelverdichter, ein PTC-Heizer, ein Luftkompressor, eine Standklimatisierung oder ein LV-DC/DC-Wandler. Diese zumindest eine Hochvoltkomponente ist direkt mit dem Hochvoltzwischenkreis und damit direkt mit der Hochvoltbatterie verbunden. Die Hochvoltbatterie ist also direkt mit dem Fahrantrieb und den Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden. Durch die direkte Energieversorgung der Hochvoltkomponenten aus der Hochvoltbatterie ergibt sich der Vorteil, dass die Hochvoltkomponenten aus konventionellen Hybridfahrzeugen übernommen werden können und somit nicht mehr spezifisch für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug entwickelt oder angepasst werden müssen. Außerdem bietet die verwendete Plug-in-Batterie aufgrund ihrer großen Batteriezellenanzahl von sich aus ein geeignetes Betriebsspannungsfenster für die Hochvoltkomponenten sowie für die elektrische Antriebseinheit, sodass ein weiterer Wandler zur Anpassung der Hochvoltbatteriespannung an die Hochvoltzwischenkreisspannung entfallen kann. Auch können durch die Plug-In-Funktionalität der Hochvoltbatterie Komfortfunktionen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise die Standklimatisierung, ohne Betrieb der Brennstoffzelle direkt aus der Hochvoltbatterie oder dem stationären Stromnetz entnommen werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Heizeinrichtung zum Temperieren der Brennstoffzelle auf. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise als ein sogenannter Hochvolt-Zuheizer ausgeführt sein, welcher als Standheizung zur Aufheizung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs fungieren kann und gleichzeitig zum Vorheizen des Brennstoffzellenstapels dienen kann. Dazu können der Brennstoffzellenstapel und die Heizeinrichtung im gleichen Kühlwasserkreislauf des Kühlsystems des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, sodass der Innenraum und der Brennstoffzellenstapel durch Aufheizen des Kühlwassers im Kühlkreislauf geheizt werden können. Durch die Vorheizung des Brennstoffzellenstapels ergeben sich Vorteile für einen Kaltstart des Kraftfahrzeugs, da durch das Vorheizen beim eigentlichen Losfahren weniger beziehungsweise kein gefrorenes Produktwasser vorliegt. Somit kann der Startvorgang des Brennstoffzellensystems sofort erfolgen beziehungsweise erfordert nur eine geringe Wartezeit.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung zur Energieversorgung der Heizeinrichtung mit der Hochvoltbatterie und/oder mit einem Ladesystem der Vorrichtung zum Laden der Hochvoltbatterie elektrisch gekoppelt ist. Gemäß dieser Ausführungsform besteht also die Möglichkeit, den Brennstoffzellenstapel beispielsweise nach Abstellen des Kraftfahrzeugs durch den Hochvolt-Zuheizer warmzuhalten. Die elektrische Energie kann dabei aus der Hochvoltbatterie oder dem stationären Stromnetz während eines Batterieladevorgangs entnommen werden.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, bei welchem eine Brennstoffzelle und eine Hochvoltbatterie die elektrische Energie bereitstellen, die Brennstoffzelle über einen Gleichspannungswandler mit einem Hochvoltzwischenkreis elektrisch verbunden wird und der Hochvoltzwischenkreis zur Energieversorgung der elektrischen Antriebseinheit mit der elektrischen Antriebseinheit elektrisch verbunden wird. Darüber hinaus wird die Hochvoltbatterie zum Versorgen der elektrischen Antriebseinheit unmittelbar mit dem Hochvoltzwischenkreis elektrisch verbunden.
  • Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren. Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die Fig. zeigt einen Antriebsstrang 10 für ein hier nicht gezeigtes Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang 10 dient zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, welches insbesondere als ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug ausgestaltet ist. Der Antriebsstrang 10 umfasst eine elektrische Antriebseinheit 12, welche zum Antreiben des Kraftfahrzeugs über eine hier nicht gezeigte Antriebswelle vorgesehen ist. Die elektrische Energie für die elektrische Antriebseinheit 12, welche beispielsweise als ein Elektromotor ausgestaltet sein kann, wird von einer Vorrichtung 14 bereitgestellt, welche mit der elektrischen Antriebseinheit 12 elektrisch verbunden ist. Die Vorrichtung 14 umfasst ein Brennstoffzellensystem, kurz eine Brennstoffzelle 16, sowie eine Hochvoltbatterie 18 zum Bereitstellen der elektrischen Energie. Die Brennstoffzelle 16 ist über einen Gleichspannungswandler 20 beziehungsweise einen DC/DC-Wandler der Vorrichtung 14 mit einem Hochvoltzwischenkreis 22 der Vorrichtung 14 elektrisch verbunden. Der Hochvoltzwischenkreis 22, welcher mit der elektrischen Antriebseinheit 12 elektrisch verbunden ist, weist hier elektrische Zuleitungen 24 auf, über welche der Gleichspannungswandler 20 mit der elektrischen Antriebseinheit 12 verbunden ist. Die von der Brennstoffzelle 16 bereitgestellte Energie wird also über den Gleichspannungswandler 20 in eine für die elektrische Antriebseinheit 12 geeignete elektrische Spannung umgewandelt und der elektrischen Antriebseinheit 12 zugeführt.
  • Außerdem ist die Hochvoltbatterie 18 direkt beziehungsweise unmittelbar mit dem Hochvoltzwischenkreis 22 verbunden. Dazu können die Zuleitungen 24 beispielsweise Abgriffe 26 aufweisen, über welche die Hochvoltbatterie 18 an den Hochvoltzwischenkreis 22 angeschlossen ist. Dadurch ist die Hochvoltbatterie 18 unmittelbar mit der elektrischen Antriebseinheit 12 elektrisch verbunden, sodass eine von der Hochvoltbatterie 18 bereitgestellte Hochvoltspannung der elektrischen Antriebseinheit 12 direkt zugeführt werden kann.
  • Die elektrische Antriebseinheit 12 kann beispielsweise gleichzeitig von der Hochvoltbatterie 18 und der Brennstoffzelle 16 mit elektrischer Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs versorgt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Brennstoffzelle 16 von der elektrischen Antriebseinheit 12 entkoppelt wird, und die elektrische Antriebseinheit 12 nur von der Hochvoltbatterie 18 mit elektrischer Energie versorgt wird. Dazu kann der Gleichspannungswandler 20 dazu ausgelegt sein, die Brennstoffzelle 16 von dem Hochvoltzwischenkreis 22 und damit von der elektrischen Antriebseinheit 12 zu entkoppeln. Zum Entkoppeln kann der Gleichspannungswandler 20 die Brennstoffzelle 16 galvanisch von dem Hochvoltzwischenkreis 22 trennen oder einen Energiefluss von der Brennstoffzelle 16 in den Hochvoltzwischenkreis 22 ohne galvanische Abtrennung der Brennstoffzelle 16 von dem Hochvoltzwischenkreis 22 verhindern. In diesem Betriebsfall fährt das Kraftfahrzeug also rein batterieelektrisch.
  • Außerdem weist die Vorrichtung 14 hier ein Ladesystem 28 auf, welches elektrisch mit der Hochvoltbatterie 18 gekoppelt ist und welches elektrisch mit einer kraftfahrzeugexternen Ladevorrichtung beziehungsweise Ladestation koppelbar ist. Das Ladesystem 28 kann beispielsweise einen Bordlader und eine Ladedose aufweisen, welche mit einem stationären Stromnetz als die kraftfahrzeugexterne Ladestation koppelbar ist. Über die kraftfahrzeugexterne Ladestation und das Ladesystem 28 kann der Hochvoltbatterie 18 elektrische Energie zum Laden der Hochvoltbatterie 18 zugeführt werden.
  • Die Vorrichtung 14 kann auch Hochvoltkomponenten 30 beziehungsweise Nebenaggregate aufweisen, welche beispielsweise als ein Luftkompressor, als ein Kältemittelverdichter oder als ein LV-DC/DC-Wandler ausgestaltet sein können. Die Hochvoltkomponenten 30 sind ebenfalls direkt mit dem Hochvoltzwischenkreis 22 elektrisch verbunden, beispielsweise über Abgriffe 26 mit den Zuleitungen 24 verbunden. Somit können die Hochvoltkomponenten 30 direkt mit elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie 18 versorgt werden. Die Hochvoltkomponenten 30 lassen sich also ohne Betrieb der Brennstoffzelle 16 direkt aus der Hochvoltbatterie 18 oder aus dem stationären Stromnetz beim Laden der Hochvoltbatterie 18 über das Ladesystem 28 mit Energie versorgen.
  • Die Vorrichtung 14 umfasst hier außerdem eine Heizeinrichtung 32 zum Temperieren der Brennstoffzelle 16. Die Heizeinrichtung 32 kann die Brennstoffzelle 16 warm halten, da sich die Brennstoffzelle 16 und die Heizeinrichtung 32 im gleichen Kühlkreislauf 34 befinden. Die Heizeinrichtung 32 kann also Kühlwasser im Kühlkreislauf 34 aufheizen, wodurch die Brennstoffzelle 16 geheizt wird. Durch das Temperieren der Brennstoffzelle 16 kann ein nahezu verzögerungsfreier Kaltstart des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden. Außerdem kann die Heizeinrichtung 32 über einen Heizzweig 36 als Standheizung für einen Innenraum des Kraftfahrzeugs dienen. Zur elektrischen Energieversorgung der Heizeinrichtung 32 ist hier die Heizeinrichtung 32 mit dem Hochvoltzwischenkreis 22 elektrisch verbunden, sodass die Heizeinrichtung 32 mit der Hochvoltbatterie 18 gekoppelt ist. Somit kann die Hochvoltbatterie 18 oder das stationäre Stromnetz beim Laden der Hochvoltbatterie 18 elektrische Energie zum Versorgen der Heizeinrichtung 32 bereitstellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebsstrang
    12
    elektrische Antriebseinheit
    14
    Vorrichtung
    16
    Brennstoffzelle
    18
    Hochvoltbatterie
    20
    Gleichspannungswandler
    22
    Hochvoltzwischenkreis
    24
    Zuleitungen
    26
    Abgriffe
    28
    Ladesystem
    30
    Hochvoltkomponente
    32
    Heizeinrichtung
    34
    Kühlkreislauf
    36
    Heizzweig
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112011101180 T5 [0002]
    • EP 2003725 A2 [0002]

Claims (7)

  1. Vorrichtung (14) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit (12) eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Brennstoffzelle (16) und eine Hochvoltbatterie (18) zum Bereitstellen der elektrischen Energie, einen Gleichspannungswandler (20) und einen Hochvoltzwischenkreis (22), wobei die Brennstoffzelle (16) über den Gleichspannungswandler (20) mit dem Hochvoltzwischenkreis (22) elektrisch verbunden ist und der Hochvoltzwischenkreis (22) zur Energieversorgung der elektrischen Antriebseinheit (12) mit der elektrischen Antriebseinheit (12) elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (18) zum Versorgen der elektrischen Antriebseinheit (12) unmittelbar mit dem Hochvoltzwischenkreis (22) elektrisch verbunden ist.
  2. Vorrichtung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (20) dazu ausgelegt ist, die Brennstoffzelle (16) von dem Hochvoltzwischenkreis (22) zu entkoppeln, sodass die Antriebseinheit (12) im entkoppelten Zustand der Brennstoffzelle (16) mit elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie (18) versorgbar ist und im angekoppelten Zustand der Brennstoffzelle (16) mit elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie (18) und der Brennstoffzelle (16) versorgbar ist.
  3. Vorrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) ein Ladesystem (28) aufweist, welches elektrisch mit der Hochvoltbatterie (18) gekoppelt ist und zum Laden der Hochvoltbatterie (18) mit einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung elektrisch koppelbar ist.
  4. Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zumindest eine Hochvoltkomponente (30) aufweist, welche elektrisch mit dem Hochvoltzwischenkreis (22) verbunden ist.
  5. Vorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) eine Heizeinrichtung (32) zum Temperieren der Brennstoffzelle (16) aufweist.
  6. Vorrichtung (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (32) zur Energieversorgung der Heizeinrichtung (32) mit der Hochvoltbatterie (18) und/oder mit einem Ladesystem (28) der Vorrichtung (14) zum Laden der Hochvoltbatterie (18) elektrisch gekoppelt ist.
  7. Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit (12) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem eine Brennstoffzelle (16) und eine Hochvoltbatterie (18) die elektrische Energie bereitstellen, die Brennstoffzelle (16) über einen Gleichspannungswandler (20) mit einem Hochvoltzwischenkreis (22) elektrisch verbunden wird und der Hochvoltzwischenkreis (22) zur Energieversorgung der elektrischen Antriebseinheit (12) mit der elektrischen Antriebseinheit (12) elektrisch verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (18) zum Versorgen der elektrischen Antriebseinheit (12) unmittelbar mit dem Hochvoltzwischenkreis (22) elektrisch verbunden wird.
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