DE102017008841A1

DE102017008841A1 - Elektrisches Bordnetz mit Brennstoffzelleneinheit

Info

Publication number: DE102017008841A1
Application number: DE102017008841.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Leitz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2019-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennstoffzelleneinheit (12) zum Bereitstellen von elektrischer Energie abhängig von zugeführtem Brennstoff, einen Gleichspannungszwischenkreis (14) zum Verteilen der elektrischen Energie zwischen an den Gleichspannungszwischenkreis (14) angeschlossenen elektrischen Einrichtungen (16) und einem über eine elektrische Schalteinheit (18) mit der Brennstoffzelleneinheit (12) elektrisch gekoppelten und an den Gleichspannungszwischenkreis (14) angeschlossenen unidirektionalen Hochsetzsteller (20), der ausgebildet ist, die von der Brennstoffzelleneinheit (12) bereitgestellte elektrische Energie dem Gleichspannungszwischenkreis (14) zuzuführen. Das elektrische Bordnetz (10) weist einen eine galvanische Trennung aufweisenden und parallel zum Hochsetzsteller (20) und der Schalteinheit (18) angeschlossenen DC/DC-Wandler (22) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennstoffzelleneinheit zum Bereitstellen von elektrischer Energie abhängig von zugeführtem Brennstoff, einen Gleichspannungszwischenkreis zum Verteilen der elektrischen Energie zwischen an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen elektrischen Einrichtungen und einem über eine elektrische Schalteinheit mit der Brennstoffzelleneinheit elektrisch gekoppelten und an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen unidirektionalen Hochsetzsteller, der ausgebildet ist, die von der Brennstoffzelleneinheit (bereitgestellte elektrische Energie dem Gleichspannungszwischenkreis zuzuführen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Brennstoffzelleneinheit elektrische Energie abhängig von zugeführtem Brennstoff bereitstellt, ein Gleichspannungszwischenkreis die elektrische Energie zwischen an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen elektrischen Einrichtungen verteilt und mittels eines über eine elektrische Schalteinheit mit der Brennstoffzelleneinheit elektrisch gekoppelten und an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen unidirektionalen Hochsetzsteller die von der Brennstoffzelleneinheit bereitgestellte elektrische Energie dem Gleichspannungszwischenkreis zugeführt wird.
Gattungsgemäße elektrische Bordnetze von Kraftfahrzeugen, Verfahren zu deren Betrieb sowie Kraftfahrzeuge sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Kraftfahrzeuge weisen in der Regel ein elektrisches Bordnetz auf, an das elektrische Einrichtungen und Einheiten angeschlossen sind. Das elektrische Bordnetz dient dazu, die elektrischen Einrichtungen und Einheiten miteinander in vorgebbarer Weise elektrisch zu koppeln. Das elektrische Bordnetz dient somit der Verteilung der elektrischen Energie innerhalb des Kraftfahrzeugs.
Nicht nur aber besonders bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen kann darüber hinaus eine Brennstoffzelleneinheit vorgesehen sein, die unter Nutzung eines Brennstoffs elektrische Energie bereitstellt, die dem elektrischen Bordnetz zugeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist das elektrische Bordnetz mit der Brennstoffzelleneinheit elektrisch gekoppelt. Die elektrische Kopplung wird in der Regel mittels des unidirektionalen Hochsetzstellers in Verbindung mit einer Schalteinheit realisiert.
Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es auch diesbezüglich eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises nicht bedarf. Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist ein schienenungebundenes Fahrzeug, welches die elektrische Antriebseinrichtung aufweist, mittels der das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb zumindest teilweise angetrieben werden kann. Die elektrische Antriebseinrichtung weist hierfür üblicherweise eine oder mehrere rotierende elektrische Maschinen auf, die mittels eines geeignet ausgebildeten Energiewandlers in vorgebbarer Weise betrieben werden können. Zu diesem Zweck ist der Energiewandler dazu ausgebildet, für die rotierenden elektrischen Maschinen eine jeweilige Maschinenspannung bereitzustellen. Ein derartiger Energiewandler kann zum Beispiel ein Wechselrichter, ein Gleichspannungswandler, beispielsweise ein DC/DC-Wandler, und/oder dergleichen sein.
Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Bei einem Elektrofahrzeug ist die elektrische Antriebseinrichtung in der Regel die einzige Einrichtung, die dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs dient. Bei einem Hybridfahrzeug ist dagegen üblicherweise eine weitere Antriebseinrichtung vorhanden, die in der Regel in Form einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine kann ebenso für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb wie die elektrische Antriebseinrichtung genutzt werden. Es können auch beide Antriebseinrichtungen kombiniert miteinander betrieben werden. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Kraftwagen, vorzugsweise ein Personenkraftwagen.
Damit das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb mit elektrischer Energie versorgt werden kann, umfasst das elektrische Bordnetz in der Regel auch einen elektrischen Energiespeicher als zumindest einer von mehreren elektrischen Einrichtungen, hier eine Fahrzeugbatterie, die vorzugsweise nach Art eines Akkumulators, beispielsweise durch eine Hochvoltbatterie oder dergleichen, gebildet ist. Während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs kann unter anderem mittels der von der Brennstoffzelleneinheit bereitgestellten elektrischen Energie eine geeignete Energieversorgung der elektrischen Antriebseinrichtung gewährleistet werden. Gegebenenfalls kann eine Unterstützung der Energieversorgung der elektrischen Antriebseinrichtung unter gleichzeitiger Nutzung der Fahrzeugbatterie erfolgen.
Mittels der Schalteinheit kann der Hochsetzsteller von der Brennstoffzelleneinheit elektrisch getrennt werden. Zu diesem Zweck können elektromechanische Schaltelemente sowie gegebenenfalls auch elektronische Schaltelemente vorgesehen sein, mittels denen die gewünschte elektrische Trennungsfunktion außerhalb des bestimmungsgemäßen Versorgungsbetriebs durch die Brennstoffzelleneinheit erreicht werden kann.
Eine Schaltungsanordnung für ein Brennstoffzellensystem in einem Kraftfahrzeug ist zum Beispiel aus der DE 10 2014 009 440 A1 bekannt. Diese Schaltungsanordnung nutzt zur Kopplung der Brennstoffzelleneinheit mit dem Gleichspannungszwischenkreis eine Stromrichtereinheit, die einen ersten und einen zweiten Stromrichterteil aufweist, die elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Die jedoch gerade bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen auftretenden großen elektrischen Leistungen erfordern einen hohen Aufwand bezüglich der Stromrichtereinheit. Es ist deshalb mittlerweile üblich, einen unidirektionalen Hochsetzsteller ohne galvanische Trennung einzusetzen, um den Aufwand bezüglich der elektrischen Kopplung gering zu halten. Dies hat auch Vorteile bezüglich des Gewichts des Kraftfahrzeugs.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes hat sich gezeigt, dass bei einer Inbetriebnahme des Bordnetzes, bei der die Brennstoffzelleneinheit mit dem Hochsetzsteller mittels der Schalteinheit elektrisch gekoppelt werden soll, Probleme auftreten können, weil unter bestimmten Betriebsbedingungen eine elektrische Gleichspannung an einem Brennstoffzellenanschluss der Brennstoffzelleneinheit größer sein kann als eine Zwischenkreisgleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises. Bei der üblicherweise für einen unidirektionalen Hochsetzsteller vorgesehenen Schaltungstopologie kann dies dazu führen, dass ein unerwünscht hoher Stromfluss von der Brennstoffzelleneinheit zum Gleichspannungszwischenkreis über eine Reihenschaltung aus einer Energiespeicherinduktivität und einer Diode des Hochsetzstellers erfolgt. Dieser kann auch nicht kontrolliert werden und kann deshalb zu Beschädigungen führen.
Um das Problem zu reduzieren wurde bereits vorgeschlagen, die Brennstoffzelleneinheit mittels Zuschaltung eines passiven elektrischen Widerstandes so zu belasten, dass die Gleichspannung am Brennstoffzellenanschluss gleich oder kleiner als die aktuelle Zwischenkreisgleichspannung ist. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die der Brennstoffzelleneinheit entnommene elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Sie steht somit für die Nutzung im elektrischen Bordnetz nicht zur Verfügung. Darüber hinaus ist die Belastbarkeit der Brennstoffzelleneinheit mittels des elektrischen Widerstandes begrenzt, weil die hierbei entstehende Wärme als Abwärme abgeführt werden muss. Insbesondere bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug und den vorgegebenen Einbausituationen können somit häufig nur wenige 100 mA realisiert werden, sodass der gewünschte Effekt der Spannungsabsenkung am Brennstoffzelleneinheitsanschluss begrenzt ist. Darüber hinaus erweist es sich als nachteilig, wenn hierbei weitere elektrische Einrichtungen des Bordnetzes den Gleichspannungszwischenkreis belasten und so zu einer weiteren Reduktion der Zwischenkreisgleichspannung führen. Dadurch kann der Spannungsunterschied noch verschärft werden.
Den Hochsetzsteller entsprechend mit einer Tiefsetzstellfunktion auszurüsten, würde den Aufwand sowie auch das Gewicht erheblich vergrößern und kommt deshalb für den Einsatz bei einem Kraftfahrzeug nicht in Betracht.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Zuschaltung der Brennstoffzelleneinheit zu verbessern.
Als Lösung werden mit der Erfindung ein Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben des Bordnetzes gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Bezüglich eines gattungsgemäßen elektrischen Bordnetzes wird insbesondere vorgeschlagen, dass dieses einen eine galvanische Trennung aufweisenden und parallel zum Hochsetzsteller und der Schalteinheit angeschlossenen DC/DC-Wandler aufweist.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass ein eine galvanische Trennung aufweisender und parallel zum Hochsetzsteller und zur Schalteinheit angeschlossener DC/DC-Wandler dann betrieben wird, wenn eine Zwischenkreisgleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises kleiner als eine Brennstoffzelleneinheitsspannung der Brennstoffzelleneinheit ist.
Durch den DC/DC-Wandler mit seiner galvanischen Trennung kann erreicht werden, dass vor dem Zuschalten der Brennstoffzelleneinheit auf den Hochsetzsteller die Brennstoffzelleneinheit derart belastet wird, dass die Brennstoffzelleneinheitsspannung zumindest gleich oder kleiner als die Zwischenkreisgleichspannung ist. Dadurch kann die im Stand der Technik auftretende Problematik beim Zuschalten der Brennstoffzelleneinheit auf den Hochsetzsteller vermieden werden. Mittels des DC/DC-Wandlers kann nämlich die Brennstoffzelleneinheit vor dem Zuschalten so belastet werden, dass die Brennstoffzelleneinheitsspannung in geeigneter Weise reduziert werden kann. Anders als im Stand der Technik kann die der Brennstoffzelleneinheit hierbei entnommene Energie dem Gleichspannungszwischenkreis zugeführt werden, sodass auch diese Energie für bereits aktivierte elektrische Einrichtungen, die elektrische Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis beziehen, zur Verfügung gestellt werden kann. Der im Stand der Technik auftretende Spannungseinbruch durch die Aktivierung der elektrischen Einrichtungen kann dadurch reduziert, wenn nicht sogar vollständig vermieden werden.
Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn der DC/DC-Wandler lediglich dann betrieben wird, wenn die Zwischenkreisgleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises kleiner als eine Brennstoffzelleneinheitsspannung der Brennstoffzelleneinheit ist. Der DC/DC-Wandler braucht also nicht kontinuierlich betrieben zu werden, sondern seine Funktionalität kann auf das problematische Zuschalten der Brennstoffzelleneinheit an den Hochsetzsteller reduziert werden.
Der DC/DC-Wandler ist vorzugsweise ein DC/DC-Wandler mit einer galvanischen Trennung, das heißt, es liegt keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen seinen Eingangs- und seinen Ausgangsanschlüssen vor. Die galvanische Trennung kann zum Beispiel durch einen Trenntransformator oder dergleichen gebildet sein. Der DC/DC-Wandler ist vorzugsweise mit seinem Eingangsanschluss unmittelbar an einem Brennstoffzelleneinheitsanschluss angeschlossen. Dadurch ist der DC/DC-Wandler zu einer Reihenschaltung aus der Schalteinheit und dem Hochsetzsteller parallelgeschaltet. Dies erlaubt es, den DC/DC-Wandler auch dann zu betreiben, wenn die Schalteinheit im ausgeschalteten Zustand ist.
Die Brennstoffzelleneinheit weist wenigstens eine Brennstoffzelle auf, die durch eine Reaktion eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel elektrische Energie bereitstellt. Die Brennstoffzelleneinheit weist vorzugsweise eine Vielzahl von Brennstoffzellen auf, die elektrisch in Reihe geschaltet werden können, um eine vorgegebene elektrische Arbeitsspannung erreichen zu können. Darüber hinaus können die Brennstoffzellen natürlich zumindest teilweise auch parallelgeschaltet sein, um einen vorgegebenen elektrischen Strom bereitstellen zu können.
Der Gleichspannungszwischenkreis kann vorzugsweise eine Fahrzeugbatterie, insbesondere nach Art einer Hochvoltbatterie, aufweisen. Je nach Konstruktion des elektrischen Bordnetzes kann auch eine Mehrzahl von Fahrzeugbatterien vorgesehen sein.
Der DC/DC-Wandler braucht nicht für die gleiche elektrische Wandlungsleistung wie der Hochsetzsteller ausgebildet zu sein. Vielmehr reicht lediglich eine deutlich kleinere Bemessungsleistung. Die Bemessungsleistung kann zum Beispiel etwa 15 %, vorzugsweise etwa 10 %, der Bemessungsleistung des Hochsetzstellers betragen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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 zeigen:

1 ein schematisches Schaltbild eines Bordnetzes gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Diagrammdarstellung für einen Spannungs-StromVerlauf für eine Brennstoffzelleneinheit, wie sie gemäß 1 eingesetzt wird; und
3 eine weitere schematische Diagrammdarstellung wie 2, jedoch mit einem vergrößerten Ausschnitt bei kleinen Strömen.

1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung ein Bordnetz 10 gemäß der Erfindung mit einer Brennstoffzelleneinheit 12, die aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen besteht, die vorliegend in Reihe geschaltet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind 220 Brennstoffzellen vorgesehen, die in geeigneter Weise intern verschaltet sind, um die Brennstoffzelleneinheit 12 auszubilden. An einem Brennstoffzelleneinheitsanschluss kann sich ein Spannungsverlauf abhängig von einem durch die Brennstoffzelleneinheit 14 bereitgestellten elektrischen Strom und abhängig von einem zugeführten Brennstoff gemäß den schematischen Diagrammdarstellungen entsprechend der 2 und 3 einstellen. Hierzu wird im Folgenden noch ausgeführt. Das Bordnetz 10 dient als Bordnetz in einem nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeug, welches vorliegend ein Elektrofahrzeug oder auch ein Hybridfahrzeug sein kann. Die Brennstoffzelleneinheit 12 dient zum Bereitstellen von elektrischer Energie abhängig von zugeführtem Brennstoff.
Das Bordnetz 10 umfasst ferner einen Gleichspannungszwischenkreis 14, der zum Verteilen der elektrischen Energie zwischen an dem Gleichspannungszwischenkreis 14 angeschlossenen elektrischen Einrichtungen dient. Vorliegend ist als einzige der elektrischen Einrichtungen eine Fahrzeugbatterie 16 vorgesehen, die eine Mindestspannung von etwa 210 Volt bereitzustellen vermag.
Das Bordnetz 10 umfasst ferner einen über eine elektrische Schalteinheit 18 mit der Brennstoffzelleneinheit 12 elektrisch gekoppelten und an den Gleichspannungszwischenkreis 14 angeschlossenen unidirektionalen Hochsetzsteller 20, der ausgebildet ist, die von der Brennstoffzelleneinheit 12 bereitgestellte elektrische Energie dem Gleichspannungszwischenkreis 14 zuzuführen. Der Hochsetzsteller 20 weist in gewöhnlicher Weise eine Schaltungsstruktur auf, die aus einer Reihenschaltung einer Induktivität 24 mit einer Diode 26 besteht, die zwischen seinem Eingangs- und seinem Ausgangsanschluss angeschlossen sind. An einem Verbindungspunkt der Induktivität 24 und der Diode 26 ist ein elektronisches Schaltelement 28 angeschlossen, welches mittels einer nicht weiter dargestellten Steuerung in einem Taktbetrieb betrieben wird, sodass die Hochsetzfunktion des Hochsetzstellers 20 realisiert werden kann. Das elektronische Schaltelement 28 kann beispielsweise als Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) oder auch als Metaloxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) oder dergleichen ausgebildet sein.
Die Schalteinheit 18 weist vorliegend zwei elektromechanische Schaltelemente 30, 32 auf, die mittels der nicht weiter dargestellten Steuereinheit ebenfalls betätigt werden können. Die elektromechanischen Schaltelemente 30, 32 werden vorliegend gemeinsam geschaltet, und zwar entweder in einen eingeschalteten Zustand oder einen ausgeschalteten Zustand.
Das Bordnetz 10 umfasst ferner einen eine galvanische Trennung aufweisenden und parallel zum Hochsetzsteller 20 und der Schalteinheit 18 angeschlossenen DC/DC-Wandler 22. Der DC/DC-Wandler 22 ist somit mit seinem Ausgangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss des Hochsetzstellers 20 parallelgeschaltet. Sein Eingangsanschluss ist vorliegend unmittelbar an den Brennstoffzelleneinheitsanschluss angeschlossen. Dadurch wirkt die Schalteinheit 18 nicht auf den Eingangsanschluss des DC/DC-Wandlers 22. Gesteuert werden kann der DC/DC-Wandler 22 ebenfalls durch die Steuereinheit.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Hochsetzsteller 20 für eine Bemessungsleistung von etwa 30 kW ausgebildet ist. Er kann jedoch auch für deutlich größere Leistungen, wie zum Beispiel etwa 200 kW ausgebildet sein. Der DC/DC-Wandler 22 ist dagegen lediglich für eine Bemessungsleistung von etwa 1 kW ausgebildet. Er kann jedoch auch für eine höhere Leistung, beispielsweise etwa 2 kW, vorzugsweise etwa 5 kW ausgebildet sein, je nach Anforderung, die sich durch Eigenschaften der Brennstoffzelleneinheit 12 ergeben kann, wie im Folgenden noch erläutert wird.
Vorzugsweise beträgt die Bemessungsleistung des DC/DC-Wandlers 22 etwa 3 % bis etwa 10 %, vorzugsweise bis etwa 15 %, der Bemessungsleistung des Hochsetzstellers 20.
2 zeigt in einem schematischen Spannungs-Strom-Diagramm einen Verlauf der elektrischen Spannung am Brennstoffzellenanschluss gegenüber einem durch die Brennstoffzelleneinheit 12 bereitgestellten elektrischen Strom. In 2 ist eine Ordinate 34 der elektrischen Spannung am Brennstoffzelleneinheitsanschluss zugeordnet. Eine Abszisse 36 ist dem durch die Brennstoffzelleneinheit 12 bereitgestellten elektrischen Strom zugeordnet. Mit I_N ist ein Bemessungsstrom der Brennstoffzelleneinheit 12 bezeichnet. Ein Graph 38 stellt den Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung am Brennstoffzelleneinheitsanschluss und den durch die Brennstoffzelleneinheit 12 bereitgestellten elektrischen Strom her. Zu erkennen ist, dass ohne wesentliche Stromentnahme beziehungsweise bei einer sehr geringen Stromentnahme eine sehr hohe Spannung am Brennstoffzelleneinheitsanschluss ansteht, beispielsweise in einem Bereich von etwa größer als 200 V, beispielsweise bis zu etwa 270 V. Danach stellt sich bei einem größeren Strom ein deutlich abgeflachtes Plateau bereit, wobei mit der Zunahme des Stroms lediglich eine geringe Spannungsänderung einhergeht. Erst nach Erreichen des Bemessungsstroms I_N sinkt die Spannung am Brennstoffzelleneinheitsanschluss erneut stark ab. 3 zeigt einen Bereich für kleine bereitgestellte Ströme in einem vergrößerten Ausschnitt.
Erkennbar ist, dass bei kleinen Strömen die am Brennstoffzelleneinheitsanschluss anstehende elektrische Spannung deutlich größer sein kann, als die Zwischenkreisgleichspannung, die durch die Fahrzeugbatterie 16 bestimmt ist. In diesem Fall besteht bei einem Einschalten der Schalteinheit 18 die Gefahr, dass unkontrolliert ein elektrischer Strom durch die Induktivität 24 und die Diode 26 in den Gleichspannungszwischenkreis 14 strömt und somit zu Beschädigungen führen kann.
Um dies zu vermeiden, wird, bevor die Schalteinheit 18 in den eingeschalteten Zustand geschaltet wird, mittels des DC/DC-Wandlers 22 die Brennstoffzelleneinheit 12 elektrisch belastet, sodass die elektrische Spannung am Brennstoffzelleneinheitsanschluss kleiner als die minimale Spannung des Gleichspannungszwischenkreises 14 beziehungsweise der Fahrzeugbatterie 16 ist. Erst dann erfolgt das Einschalten der Schalteinheit 18 und die Inbetriebnahme des Hochsetzstellers 20.
Die durch den DC/DC-Wandler 22 bereitgestellte elektrisch Belastung und die der Brennstoffzelleneinheit 12 entnommene elektrische Energie wird mittels des DC/DC-Wandlers 22 dem Gleichspannungszwischenkreis 14 zugeführt. Dadurch braucht diese Energie nicht - wie im Stand der Technik - verheizt zu werden. Zugleich ermöglich die Erfindung einen zuverlässigen Betrieb, insbesondere eine zuverlässige Inbetriebnahme des Bordnetzes 10. Natürlich besteht die Möglichkeit, die Leistung des DC/DC-Wandlers 22 in geeigneter Weise einzustellen, um nur eine Spannungsabsenkung an der Brennstoffzelleneinheit 12 zu erreichen, die ausreicht, um eine ungestörte zuverlässige Inbetriebnahme zu gewährleisten. Dabei kann die dem Gleichspannungszwischenkreis 14 zugeführte elektrische Energie auch für weitere elektrische Einrichtungen genutzt werden, die in 1 jedoch nicht dargestellt sind.
Ist die Schalteinheit 18 im eingeschalteten Zustand, kann der Wandlungsbetrieb des DC/DC-Wandler 22 eingestellt werden. Dies kann es auch ermöglichen, den DC/DC-Wandler 22 besonders kompakt auszulegen, wenn er nämlich nicht für einen dauerhaften Betrieb ausgelegt zu werden braucht. Dies kann auch für eine Auslegung einer Kühlfunktion für den DC/DC-Wandler 22 genutzt werden. Natürlich kann der DC/DC-Wandler 22 auch thermisch mit dem Hochsetzsteller 20 gekoppelt sein, sodass eine separate Kühlfunktion eingespart werden kann.
Die Erfindung erlaubt es also mit einem kostengünstigen zusätzlichen galvanisch getrennten Energiewandler, nämlich dem DC/DC-Wandler, kostengünstig und mit geringem Raumbedarf und mit geringem Gewicht eine zuverlässige Funktionalität bereitzustellen.
Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend.
Bezugszeichenliste

10: elektrisches Bordnetz
12: Brennstoffzelleneinheit
14: Gleichspannungszwischenkreis
16: Fahrzeugbatterie
18: Schalteinheit
20: Hochsetzsteller
22: DC/DC-Wandler
24: Induktivität
26: Diode
28: elektronisches Schaltelement
30: elektromechanisches Schaltelement
32: elektromechanisches Schaltelement
34: Ordinate
36: Abszisse
38: Graph

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014009440 A1 [0009]

Claims

Elektrisches Bordnetz (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennstoffzelleneinheit (12) zum Bereitstellen von elektrischer Energie abhängig von zugeführtem Brennstoff, einen Gleichspannungszwischenkreis (14) zum Verteilen der elektrischen Energie zwischen an den Gleichspannungszwischenkreis (14) angeschlossenen elektrischen Einrichtungen (16) und einem über eine elektrische Schalteinheit (18) mit der Brennstoffzelleneinheit (12) elektrisch gekoppelten und an den Gleichspannungszwischenkreis (14) angeschlossenen unidirektionalen Hochsetzsteller (20), der ausgebildet ist, die von der Brennstoffzelleneinheit (12) bereitgestellte elektrische Energie dem Gleichspannungszwischenkreis (14) zuzuführen, gekennzeichnet durch einen eine galvanische Trennung aufweisenden und parallel zum Hochsetzsteller (20) und der Schalteinheit (18) angeschlossenen DC/DC-Wandler (22).
Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (22) zum Wandeln für eine Bemessungsleistung ausgebildet ist, die 15%, vorzugsweise 10%, einer Bemessungsleistung des Hochsetzstellers (20) beträgt.
Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (22) einen Eingangsanschluss aufweist, der unmittelbar an einem Brennstoffzelleneinheitsanschluss angeschlossen ist.
Elektrisches Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungszwischenkreis (14) eine Fahrzeugbatterie (16) aufweist, die unmittelbar an jeweilige Ausgangsanschlüsse des Hochsetzstellers (20) und des DC/DC-Wandlers (22) angeschlossen sind.
Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes (10) für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Brennstoffzelleneinheit (12) elektrische Energie abhängig von zugeführtem Brennstoff bereitstellt, ein Gleichspannungszwischenkreis (14) die elektrische Energie zwischen an den Gleichspannungszwischenkreis (14) angeschlossenen elektrischen Einrichtungen (16) verteilt und mittels eines über eine elektrische Schalteinheit (84) mit der Brennstoffzelleneinheit (12) elektrisch gekoppelten und an den Gleichspannungszwischenkreis (14) angeschlossenen unidirektionalen Hochsetzsteller (20) die von der Brennstoffzelleneinheit (12) bereitgestellte elektrische Energie dem Gleichspannungszwischenkreis (14) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine galvanische Trennung aufweisender und parallel zum Hochsetzsteller (20) und zur Schalteinheit angeschlossener DC/DC-Wandler (22) dann betrieben wird, wenn eine Zwischenkreisgleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises (14) kleiner als eine Brennstoffzelleneinheitsspannung der Brennstoffzelleneinheit (12) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (22) betrieben wird, bevor die Schalteinheit (18) in den eingeschalteten Zustand geschaltet wird.