DE102018207018A1 - Method for adjusting a voltage of a high-voltage vehicle electrical system, and high-voltage on-board electrical system - Google Patents

Method for adjusting a voltage of a high-voltage vehicle electrical system, and high-voltage on-board electrical system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvoltbordnetzes (2) eines Kraftfahrzeugs (1), mit zumindest einer Brennstoffzelle (3), einer Hochvoltbatterie (4) und einem Inverter (5) mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Spannungsanpassungssignals (25); und
- Wechseln zwischen einem Seriell-Betriebsmodus (21), bei welchem die Brennstoffzelle (3) und die Hochvoltbatterie (4) parallel geschaltet sind oder nur die Brennstoffzelle (3) betrieben wird oder nur die Hochvoltbatterie (4) betrieben wird, anhand des Spannungsanpassungssignals (25), wobei die Spannung des Hochvoltbordnetzes (2) zumindest an einer Eingangsseite (23) des Inverters (5) durch den Betriebsmoduswechsel angepasst wird.

Figure DE102018207018A1_0000
The invention relates to a method for adapting a voltage of a high-voltage vehicle electrical system (2) of a motor vehicle (1), comprising at least one fuel cell (3), a high-voltage battery (4) and an inverter (5) with the following steps:
- providing a voltage adjustment signal (25); and
Switching between a serial operating mode (21) in which the fuel cell (3) and the high-voltage battery (4) are connected in parallel or only the fuel cell (3) is operated or only the high-voltage battery (4) is operated, by means of the voltage adjustment signal ( 25), wherein the voltage of the high-voltage vehicle electrical system (2) is adapted at least at one input side (23) of the inverter (5) by the operating mode change.
Figure DE102018207018A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs. Das Hochvoltbordnetz weist zumindest eine Brennstoffzelle, eine Hochvoltbatterie und einen Inverter auf. Weiterhin betrifft die Erfindung ein dementsprechendes Hochvoltbordnetz.The invention relates to a method for adjusting a voltage of a high-voltage vehicle electrical system. The high-voltage vehicle electrical system has at least one fuel cell, a high-voltage battery and an inverter. Furthermore, the invention relates to a corresponding high-voltage vehicle electrical system.

Üblicherweise sind eine Brennstoffzelle und eine Hochvoltbatterie als Parallelschaltung im Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Brennstoffzelle kann dabei alleine betrieben werden oder auch die Hochvoltbatterie kann alleine betrieben werden. Es können aber auch die Brennstoffzelle Hochvoltbatterie gemeinsam parallel betrieben werden. Der Brennstoffzelle kann dabei ein eigens zugeordneter Gleichspannungswandler zugeordnet sein. Auch der Hochvoltbatterie kann ein eigens zugeordneter Gleichspannungswandler zugeordnet sein. Die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie können aber auch einen gemeinsamen Gleichspannungswandler nutzen.Usually, a fuel cell and a high-voltage battery are arranged as a parallel connection in the high-voltage vehicle electrical system. The fuel cell can be operated alone or even the high-voltage battery can be operated alone. However, the fuel cell high-voltage battery can also be operated in parallel. The fuel cell can be assigned a dedicated DC-DC converter. Even the high-voltage battery can be assigned to a dedicated DC-DC converter. The fuel cell and the high-voltage battery can also use a common DC-DC converter.

Durch den bzw. die Gleichspannungswandler kann die Spannung im Hochvoltbordnetz angepasst werden.By or the DC-DC converter, the voltage in the high-voltage vehicle electrical system can be adjusted.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Hochvoltbordnetz zu schaffen, bei welchem bzw. mit welchem eine Spannung im Hochvoltbordnetz effizienter angepasst werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Hochvoltbordnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.It is an object of the invention to provide a method and a high-voltage vehicle electrical system in which or with which a voltage in the high-voltage vehicle electrical system can be adapted more efficiently. This object is achieved by a method and a high-voltage vehicle electrical system according to the independent claims.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Spannung eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeuges angepasst. Das Hochvoltbordnetz weist zumindest eine Brennstoffzelle, eine Hochvoltbatterie und einen Inverter auf. Es werden folgende Schritte durchgeführt:

  • - Bereitstellen eines Spannungsanpassungssignals; und
  • - Wechseln zwischen einem Seriell-Betriebsmodus, bei welchem die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie in Reihe geschaltet sind, und einem Parallel-Betriebsmodus, bei welchem die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie parallel geschaltet sind oder nur die Brennstoffzelle betrieben wird oder nur die Hochvoltbatterie betrieben wird, anhand des Spannungsanpassungssignals, wobei die Spannung des Hochvoltbordnetzes zumindest an einer Eingangsseite des Inverters durch den Betriebsmoduswechsel angepasst wird.
In a method according to the invention, a voltage of a high-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle is adjusted. The high-voltage vehicle electrical system has at least one fuel cell, a high-voltage battery and an inverter. The following steps are carried out:
  • - providing a voltage adjustment signal; and
  • - Switching between a serial mode of operation in which the fuel cell and the high-voltage battery are connected in series, and a parallel operating mode in which the fuel cell and the high-voltage battery are connected in parallel or only the fuel cell is operated or only the high-voltage battery is operated the voltage adjustment signal, wherein the voltage of the high-voltage vehicle electrical system is adapted to at least one input side of the inverter by the operating mode change.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Spannung im Hochvoltbordnetz effektiver bzw. mit einem höheren Wirkungsgrad angepasst werden kann, in dem die Zueinanderschaltung der Brennstoffzelle und der Hochvoltbatterie im Hochvoltbordnetz angepasst wird. Wird die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie also beispielsweise im Parallel-Betriebsmodus parallel betrieben, so entspricht die Spannung im Hochvoltbordnetz der jeweiligen Endspannung bzw. Betriebsspannung der Brennstoffzelle oder der Hochvoltbatterie. Findet nun der Betriebsmoduswechsel statt und es wird von dem Parallel-Betriebsmodus in den Seriell-Betriebsmodus gewechselt, so entspricht die Spannung im Hochvoltbordnetz der Summe aus der Spannung, insbesondere Nennspannung oder Betriebsspannung, der Brennstoffzelle und der Spannung, Nennspannung oder Betriebsspannung, der Hochvoltbatterie.The invention is based on the finding that the voltage in the high-voltage vehicle electrical system can be adjusted more effectively or with a higher degree of efficiency, in which the interconnection of the fuel cell and the high-voltage battery in the high-voltage vehicle electrical system is adapted. If the fuel cell and the high-voltage battery are thus operated in parallel, for example, in the parallel operating mode, the voltage in the high-voltage on-board electrical system corresponds to the respective end voltage or operating voltage of the fuel cell or the high-voltage battery. Now finds the operating mode change and it is changed from the parallel operating mode in the serial operating mode, the voltage in the high-voltage electrical system corresponds to the sum of the voltage, in particular rated voltage or operating voltage, the fuel cell and the voltage, rated voltage or operating voltage of the high-voltage battery.

Die Spannung des Hochvoltbordnetzes kann durch den Wechsel des Betriebsmodus effektiv bzw. wirkungsgradfreundlich angepasst werden. Vorteilhaft ist der Wechsel zu einer niedrigen Spannung im Hochvoltbordnetz, beispielsweise im Parallel-Betriebsmodus, wenn Energie gespart werden soll und sich das Kraftfahrzeug beispielsweise in einem Energiesparmodus, beispielsweise einem Segelmodus, befindet oder eine geringe Leistungsanforderung vorliegt. Eine höhere Spannung im Hochvoltbordnetz, welche beispielsweise durch den Seriell-Betriebsmodus erreicht wird, ist beispielsweise vorteilhaft, wenn ein überdurchschnittlicher Leistungsbedarf des Kraftfahrzeugs vorliegt. Beispielsweise bei einem Überholmanöver oder einer überdurchschnittlichen Leistungsanforderung durch einen Klimakompressor des Kraftfahrzeugs oder beispielsweise bei einer Autobahnfahrt mit eingeschaltetem Klimakompressor.The voltage of the high-voltage on-board electrical system can be adjusted by changing the operating mode effectively or efficiently. Advantageously, the change to a low voltage in the high-voltage vehicle electrical system, for example, in the parallel operating mode, when energy is to be saved and the motor vehicle, for example, in a power saving mode, such as a sailing mode, or is present a low power requirement. A higher voltage in the high-voltage vehicle electrical system, which is achieved, for example, by the serial operating mode, is advantageous, for example, if there is an above-average power requirement of the motor vehicle. For example, in an overtaking maneuver or an above-average power requirement by an air conditioning compressor of the motor vehicle or, for example, in a highway drive with the air conditioning compressor switched on.

Der Inverter ist insbesondere ein Inverter einer elektrischen Traktionseinheit des Kraftfahrzeugs.The inverter is in particular an inverter of an electric traction unit of the motor vehicle.

Das Spannungsanpassungssignal wird vorzugsweise in einem Spannungsanpassungssteuergerät des Kraftfahrzeugs erzeugt und an zumindest einen Schalter dem Hochvoltbordnetz ausgegeben. Durch das Spannungsanpassungssignal wird dann der Betriebsmoduswechsel vorgegeben. Der Betriebsmoduswechsel kann von dem Seriell-Betriebsmodus zum Parallel-Betriebsmodus erfolgen oder aber vom Parallel-Betriebsmodus zum Seriell-Betriebsmodus.The voltage adjustment signal is preferably generated in a voltage adjustment control device of the motor vehicle and output to at least one switch the high-voltage vehicle electrical system. The operating mode change is then specified by the voltage adjustment signal. The mode change may be from the serial mode to the parallel mode, or from the parallel mode to the serial mode.

Die Spannung entspricht vorzugsweise sowohl der Nennspannung als auch der Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes. Insbesondere werden beim Betriebsmoduswechsel also die Nennspannung des Hochvoltbordnetzes und auch die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes angepasst.The voltage preferably corresponds to both the rated voltage and the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system. In particular, the nominal voltage of the high-voltage vehicle electrical system and also the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system are thus adapted during the change of operating mode.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie im Serienbetriebsmodus gleichspannungswandlerlos in Reihe geschaltet werden. Durch das gleichspannungswandlerlose in Reihe schalten können die Brennstoffzellen in die Hochvoltbatterie besonders energieeffizient in die Reihe geschaltet werden, da ein Energieverlust an einem zwischengeschalteten Gleichspannungswandler entfällt.Preferably, it is provided that the fuel cell and the high-voltage battery are connected in series operation mode DC converter in series. By the Switching DC-DC converters in series enables the fuel cells in the high-voltage battery to be switched into the series in a particularly energy-efficient manner, since there is no energy loss at an intermediate DC-DC converter.

Weiterhin vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie über einen Gleichspannungswandler im Seriell-Betriebsmodus in Reihe geschaltet werden. Durch das in Reihe schalten über den Gleichspannungswandler kann die Spannung im Hochvoltbordnetz nicht nur durch das in Serie schalten der Brennstoffzelle und der Hochvoltbatterie angepasst werden, sondern auch durch den Gleichspannungswandler. Die Spannung kann also genauer angepasst werden. Durch den Gleichspannungswandler sind also noch Spannungszwischenstufen im Hochvoltbordnetz möglich, welche über die einfache Addition der Brennstoffzellenspannung und der Hochvoltbatteriespannung hinausgehen. So ist eine individuelle Lastverteilung zwischen der Brennstoffzelle und der Hochvoltbatterie möglich. Insbesondere kann die Batterieleistung der Hochvoltbatterie durch eine Anordnung des Gleichspannungswandlers vor der Brennstoffzelle komplett abgerufen werden. Ferner kann der Anteil der Leistungsentnahme aus der Brennstoffzelle bezogen auf die Leistungsentnahme aus der Hochvoltbatterie gemäß einer Sollvorgabe eingestellt werden. Der Gleichspannungswandler kann nur vor der Brennstoffzelle, nur vor der Hochvoltbatterie oder auch mit gemeinsamer Wirkung vor der Brennstoffzelle und der Hochvoltbatterie angeordnet sein. Es können mehrere Gleichspannungswandler im Seriell-Betriebsmodus eingesetzt werden. So können sich die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie beispielsweise einen gemeinsamen Gleichspannungswandler teilen oder aber die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie weisen jeweils zumindest einen ihnen separat zugeordneten Gleichspannungswandler auf.Furthermore, it is preferably provided that the fuel cell and the high-voltage battery are connected in series via a DC-DC converter in the serial operating mode. By connecting in series via the DC-DC converter, the voltage in the high-voltage on-board electrical system can be adjusted not only by the series connection of the fuel cell and the high-voltage battery, but also by the DC-DC converter. The voltage can therefore be adjusted more precisely. By the DC-DC converter so intermediate voltage stages in the high-voltage electrical system are still possible, which go beyond the simple addition of the fuel cell voltage and the high-voltage battery voltage. Thus, an individual load distribution between the fuel cell and the high-voltage battery is possible. In particular, the battery power of the high-voltage battery can be completely retrieved by an arrangement of the DC-DC converter before the fuel cell. Furthermore, the proportion of power extraction from the fuel cell can be adjusted in relation to the power extraction from the high-voltage battery in accordance with a desired specification. The DC-DC converter can be arranged only in front of the fuel cell, only in front of the high-voltage battery or with common action in front of the fuel cell and the high-voltage battery. Several DC-DC converters can be used in serial mode. For example, the fuel cell and the high-voltage battery can share a common DC-DC converter, or else the fuel cell and the high-voltage battery each have at least one DC-DC converter assigned to them separately.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Brennstoffzelle und eine Ausgangsseite des an die Hochvoltbatterie nachgeschalteten Gleichspannungswandlers im Seriell-Betriebsmodus in Reihe geschaltet werden. Vorteilhaft ist dies, da die Brennstoffzelle dadurch gleichspannungswandlerlos betrieben werden kann, falls nur die Brennstoffzelle und nicht der Gleichspannungswandler mit der Hochvoltbatterie zum Hochvoltbordnetz zugeschaltet ist. Durch den Gleichspannungswandler kann die Hochvoltbatterie beispielsweise an Spannungsschwankungen der Brennstoffzelle angepasst werden.Furthermore, it is preferably provided that the fuel cell and an output side of the DC voltage converter connected to the high-voltage battery DC converter are connected in series in the serial mode of operation. This is advantageous because the fuel cell can thereby be operated DC-DC converter, if only the fuel cell and not the DC-DC converter with the high-voltage battery is connected to the high-voltage vehicle electrical system. By the DC-DC converter, the high-voltage battery can be adapted, for example, to voltage fluctuations of the fuel cell.

Die Erfindung betrifft auch ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug. Das Hochvoltbordnetz weist eine Brennstoffzelle, eine Hochvoltbatterie und einen Inverter einer elektrischen Traktionseinheit auf. Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz eine erste Verbindung mit einer ersten Polung zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter auf, eine zweite Verbindung mit einer von der ersten Polung unterschiedlichen zweiten Polung zwischen der Hochvoltbatterie und dem Inverter und zumindest eine Zwischenverbindung zwischen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung. Das Hochvoltbordnetz weist auch einen ersten Schalter auf, welche in der Zwischenverbindung angeordnet ist.The invention also relates to a high-voltage vehicle electrical system. The high-voltage vehicle electrical system has a fuel cell, a high-voltage battery and an inverter of an electric traction unit. Furthermore, the high-voltage vehicle electrical system has a first connection with a first polarity between the fuel cell and the inverter, a second connection with a second polarity different from the first polarity between the high-voltage battery and the inverter and at least one intermediate connection between the first connection and the second connection. The high voltage vehicle electrical system also includes a first switch disposed in the interconnect.

Durch die Zwischenverbindung zwischen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung sind die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung lässt sich durch Öffnen des ersten Schalters unterbrechen.Through the interconnection between the first connection and the second connection, the fuel cell and the high-voltage battery are connected in series. This series connection can be interrupted by opening the first switch.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die erste Verbindung einen die erste Verbindung unterbrechenden zweiten Schalter aufweist. Auch durch Öffnen des zweiten Schalters kann die erste Verbindung unterbrochen werden.Preferably, it is provided that the first connection has a first switch interrupting the second switch. Also by opening the second switch, the first connection can be interrupted.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Verbindung einen die zweite Verbindung unterbrechenden dritten Schalter aufweist. Durch Öffnen des dritten Schalters kann die zweite Verbindung unterbrochen werden.Furthermore, it is preferably provided that the second connection has a third switch interrupting the second connection. By opening the third switch, the second connection can be interrupted.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Hochvoltbordnetz einen Gleichspannungswandler aufweist, welcher mit der zweiten Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie und dem Inverter verbunden ist. Durch den Gleichspannungswandler kann die Spannung der Hochvoltbatterie an die Spannung des Hochvoltbordnetzes angepasst werden. Kann durch den Gleichspannungswandler beispielsweise die Spannung der Hochvoltbatterie an die Spannung der Brennstoffzelle angepasst werden.Furthermore, it is preferably provided that the high-voltage vehicle electrical system has a DC-DC converter, which is connected to the second connection between the high-voltage battery and the inverter. By the DC-DC converter, the voltage of the high-voltage battery can be adapted to the voltage of the high-voltage vehicle electrical system. Can be adapted by the DC-DC converter, for example, the voltage of the high-voltage battery to the voltage of the fuel cell.

Weiterhin vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Zwischenverbindung zwischen der Hochvoltbatterie und dem Gleichspannungswandler angeordnet ist. Durch die Zwischenverbindung zwischen der Hochvoltbatterie und dem Gleichspannungswandler kann die Hochvoltbatterie und die Brennstoffzelle gleichspannungswandlerlos in Reihe geschaltet werden. Durch die gleichspannungswandlerlose Reihenschaltung kann das Hochvoltbordnetz energiesparender betrieben werden.Further preferably, it is provided that the interconnection between the high-voltage battery and the DC-DC converter is arranged. Due to the interconnection between the high-voltage battery and the DC-DC converter, the high-voltage battery and the fuel cell DC converter can be connected in series. Due to the Gleichspannungswandlerlose series connection, the high-voltage electrical system can be operated energy-saving.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Verbindung und die zweite Verbindung mittels einer weiteren Zwischenverbindung verbunden sind, und die weitere Zwischenverbindung an einem Ende einer zweiten Verbindung zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Inverter angeordnet ist, wobei die weitere Zwischenverbindung einen vierten Schalter aufweist. Durch die weitere Zwischenverbindung können die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie über den Gleichspannungswandler in Reihe geschaltet werden. Die Spannung im Hochvoltbordnetz kann dadurch feinstufiger angepasst werden. Durch den vierten Schalter kann die weitere Zwischenverbindung unterbrochen oder geschlossen werden.Furthermore, it is preferably provided that the first connection and the second connection are connected by means of a further interconnection, and the further interconnection is arranged at one end of a second connection between the DC-DC converter and the inverter, wherein the further interconnection has a fourth switch. Through the further interconnection, the fuel cell and the high-voltage battery on the DC-DC converter to be connected in series. The voltage in the high-voltage on-board electrical system can thus be adjusted in a more finely tuned manner. By the fourth switch, the further interconnection can be interrupted or closed.

Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausführungen des Hochvoltbordnetzes anzusehen. Der gegenständlichen Komponenten des Hochvoltbordnetzes sind dazu ausgebildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen.Advantageous embodiments of the method according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the high-voltage vehicle electrical system. The subject components of the high-voltage vehicle electrical system are designed to carry out the respective method steps.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figure and the description of the figures.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing.

Die Fig. zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochvoltbatterie.The FIGURE shows an embodiment of a high-voltage vehicle electrical system according to the invention of a motor vehicle with a fuel cell and a high-voltage battery.

In der Fig. werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figure, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

Die Fig. zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Hochvoltbordnetz 2. Das Hochvoltbordnetz 2 ist als Gleichspannungsnetz ausgebildet.The figure shows a motor vehicle 1 with a high-voltage on-board network 2 , The high voltage on-board network 2 is designed as a direct voltage network.

Das Hochvoltbordnetz 2 weist eine Brennstoffzelle 3, eine Hochvoltbatterie 4, einen Inverter 5 und einen Gleichspannungswandler 6 auf. Der Gleichspannungswandler 6 weist eine Ausgangsseite 24 auf.The high voltage on-board network 2 has a fuel cell 3 , a high-voltage battery 4 , an inverter 5 and a DC-DC converter 6 on. The DC-DC converter 6 has an exit side 24 on.

Der Inverter 5 ist mit einer Traktionseinheit 7 des Kraftfahrzeugs 1 elektrisch verbunden. Die Traktionseinheit 7 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Hauptantriebseinheit des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet.The inverter 5 is with a traction unit 7 of the motor vehicle 1 electrically connected. The traction unit 7 is according to the embodiment as the main drive unit of the motor vehicle 1 educated.

Das Hochvoltbordnetz 2 weist zwischen der Brennstoffzelle 3 und dem Inverter 5 eine erste Verbindung 8 auf. Die erste Verbindung 8 weist eine erste Polung 9 auf. Die erste Polung 9 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Minuspolung ausgebildet. Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz 2 zwischen der Hochvoltbatterie 4 und dem Inverter 5 eine zweite Verbindung 10 auf. Die zweite Verbindung 10 weist eine zweite Polung 11 auf. Die zweite Polung 11 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Pluspolung ausgebildet. Das bedeutet die zweite Verbindung 10 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einem Pluspol der Hochvoltbatterie 4 elektrisch verbunden. Die erste Verbindung 8 hingegen ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einem Minuspol der Brennstoffzelle 3 direkt elektrisch verbunden.The high voltage on-board network 2 points between the fuel cell 3 and the inverter 5 a first connection 8th on. The first connection 8th indicates a first polarity 9 on. The first polarity 9 is formed according to the embodiment as negative polarity. Furthermore, the high-voltage vehicle electrical system 2 between the high-voltage battery 4 and the inverter 5 a second connection 10 on. The second connection 10 has a second polarity 11 on. The second polarity 11 is formed according to the embodiment as positive polarity. That means the second connection 10 is according to the embodiment with a positive pole of the high-voltage battery 4 electrically connected. The first connection 8th in contrast, according to the embodiment with a negative terminal of the fuel cell 3 directly electrically connected.

Sowohl die erste Verbindung 8 als auch die zweite Verbindung 10 ist an einer Eingangsseite 23 des Inverters 5 an den Inverter 5 angeschlossen.Both the first connection 8th as well as the second connection 10 is on an entry side 23 of the inverter 5 to the inverter 5 connected.

Zwischen der ersten Verbindung 8 und der zweiten Verbindung 10 ist eine Zwischenverbindung 12 angeordnet. Die Zwischenverbindung 12 wiederum weist einen ersten Schalter 13 auf. Ist der erste Schalter 13 geschlossen, so sind die erste Verbindung 8 und die zweite Verbindung 10 elektrisch miteinander verbunden.Between the first connection 8th and the second connection 10 is an interconnection 12 arranged. The interconnect 12 again has a first switch 13 on. Is the first switch 13 closed, so are the first connection 8th and the second connection 10 electrically connected to each other.

Die erste Verbindung 8 weist einen zweiten Schalter 14 auf. Durch den zweiten Schalter 14 kann die erste Verbindung 8 zwischen einem Minuspol der Brennstoffzelle 3 und einem Minuspol des Inverters 5 unterbrochen werden.The first connection 8th has a second switch 14 on. Through the second switch 14 can be the first connection 8th between a negative pole of the fuel cell 3 and a negative pole of the inverter 5 to be interrupted.

Weiterhin weist die zweite Verbindung 10 einen dritten Schalter 15 auf. Durch den dritten Schalter 15 kann eine elektrische Verbindung zwischen einem Pluspol des Inverters 5 und einem Pluspol des Gleichspannungswandlers 6 oder einen Pluspol der Hochvoltbatterie 4 unterbrochen werden bzw. hergestellt werden, je nachdem ob der dritte Schalter 15 geöffnet oder geschlossen wird. Furthermore, the second connection 10 a third switch 15 on. Through the third switch 15 can be an electrical connection between a positive pole of the inverter 5 and a positive pole of the DC-DC converter 6 or a positive pole of the high-voltage battery 4 be interrupted or produced, depending on whether the third switch 15 opened or closed.

Der Gleichspannungswandler 6 ist zwischen der Hochvoltbatterie 4 und dem Inverter 5 angeordnet und teilt die zweite Verbindung 10 in zwei Teile.The DC-DC converter 6 is between the high-voltage battery 4 and the inverter 5 arranged and shares the second connection 10 in two parts.

Das Hochvoltbordnetz 2 weist eine weitere Zwischenverbindung 16 auf. Die weitere Zwischenverbindung 16 ist zwischen der ersten Verbindung 8 und der zweiten Verbindung 10 angeordnet. Die erste Verbindung 8 und die zweite Verbindung 10 sind also durch die weitere Zwischenverbindung miteinander elektrisch verbunden, falls ein vierter Schalter 17 in der weiteren Zwischenverbindung 16 geschlossen ist. Die weitere Zwischenverbindung 16 ist mit einem Ende 18 an der zweiten Verbindung 10 zwischen dem Gleichspannungswandler 6 und dem Inverter 5 angeordnet. Insbesondere ist das Ende 18 der weiteren Zwischenverbindung 16 zwischen dem Gleichspannungswandler 6 und dem dritten Schalter 15 an der zweiten Verbindung 10 angeschlossen.The high voltage on-board network 2 has another intermediate compound 16 on. The further interconnection 16 is between the first connection 8th and the second connection 10 arranged. The first connection 8th and the second connection 10 So are electrically connected to each other by the further interconnection, if a fourth switch 17 in the further intermediate compound 16 closed is. The further interconnection 16 is with an end 18 at the second connection 10 between the DC-DC converter 6 and the inverter 5 arranged. In particular, the end is 18 the further intermediate compound 16 between the DC-DC converter 6 and the third switch 15 at the second connection 10 connected.

Durch Schließen des ersten Schalters 13 werden die Brennstoffzelle 3 und die Hochvoltbatterie 4 gleichspannungswandlerlos in Reihe geschaltet, da eine dritte Verbindung 19 die erste Polung 9 aufweist und insbesondere unterbrechungsfrei durch den Gleichspannungswandler 6 hindurch verläuft.By closing the first switch 13 become the fuel cell 3 and the high-voltage battery 4 Gleichspannungswandlerlos connected in series, as a third connection 19 the first polarity 9 and in particular uninterruptible by the DC-DC converter 6 passes through.

Durch Schließen des vierten Schalters 17 werden die Brennstoffzelle 3 und die Hochvoltbatterie 4 zusammen mit dem Gleichspannungswandler 6 in Reihe geschaltet. Die Spannung der Hochvoltbatterie 4 kann also durch den Gleichspannungswandler 6 an die Spannung des Hochvoltbordnetzes 2 oder die Spannung der Brennstoffzelle 3 angepasst werden.By closing the fourth switch 17 become the fuel cell 3 and the high-voltage battery 4 together with the DC-DC converter 6 connected in series. The voltage of the high-voltage battery 4 So can through the DC-DC converter 6 to the voltage of the high voltage on-board electrical system 2 or the voltage of the fuel cell 3 be adjusted.

Die Brennstoffzelle 3 ist über eine vierte Verbindung 20 direkt mit dem Inverter 5 elektrisch verbunden. Die vierte Verbindung 20 weist die zweite Polung 11 auf.The fuel cell 3 is over a fourth connection 20 directly with the inverter 5 electrically connected. The fourth connection 20 indicates the second polarity 11 on.

Das Hochvoltbordnetz 2 kann nun in einem Seriell-Betriebsmodus 21 oder einem Parallel-Betriebsmodus 22 betrieben werden.The high voltage on-board network 2 can now be in a serial mode of operation 21 or a parallel operating mode 22 operate.

In Seriell-Betriebsmodus 21 können die Brennstoffzelle 3 und die Hochvoltbatterie 4 gleichspannungswandlerlos in Reihe geschaltet werden, indem der erste Schalter 13 geschlossen wird und der zweite Schalter 14, der dritte Schalter 15 und der vierte Schalter 17 geöffnet werden. Das Hochvoltbordnetz 2 kann im Seriell-Betriebsmodus 21 aber auch mit dem Gleichspannungswandler 6 betrieben werden, indem der vierte Schalter 17 geschlossen wird und die übrigen Schalter 13, 14, 15 geöffnet werden.In serial mode 21 can the fuel cell 3 and the high-voltage battery 4 Gleichspannungswandlerlos be connected in series by the first switch 13 is closed and the second switch 14 , the third switch 15 and the fourth switch 17 be opened. The high voltage on-board network 2 can be in serial mode 21 but also with the DC-DC converter 6 be operated by the fourth switch 17 is closed and the remaining switches 13 . 14 . 15 be opened.

Im Parallel-Betriebsmodus 22 können die Brennstoffzelle 3 und die Hochvoltbatterie 4 gemeinsam betrieben werden, indem der zweite Schalter 14 und der dritte Schalter 15 geschlossen werden, während der erste Schalter 13 und der vierte Schalter 17 geöffnet werden. Es kann im Parallel-Betriebsmodus 22 gemäß dem Ausführungsbeispiel aber auch vorgesehen sein, dass nur die Brennstoffzelle 3 spannungsübertragend mit dem Hochvoltbordnetz 2 verbunden ist oder aber nur die Hochvoltbatterie 4 spannungsübertragend mit dem Hochvoltbordnetz 2 verbunden ist. Nur die Brennstoffzelle 3 beaufschlagt das Hochvoltbordnetz 2 mit Spannung, falls der zweite Schalter 14 geschlossen wird und die übrigen Schalter 13, 15, 17 geöffnet werden. Hingegen nur die Hochvoltbatterie 4 beaufschlagt das Hochvoltbordnetz 2 mit Spannung, falls der dritte Schalter 15 geschlossen wird, während die übrigen Schalter 13, 14, 17 geöffnet werden.In parallel operation mode 22 can the fuel cell 3 and the high-voltage battery 4 be operated jointly by the second switch 14 and the third switch 15 be closed while the first switch 13 and the fourth switch 17 be opened. It can work in parallel mode 22 According to the embodiment, however, also be provided that only the fuel cell 3 voltage-transmitting with the high-voltage on-board electrical system 2 connected or only the high-voltage battery 4 voltage-transmitting with the high-voltage on-board electrical system 2 connected is. Only the fuel cell 3 impinges on the high-voltage on-board electrical system 2 with tension, if the second switch 14 is closed and the remaining switches 13 . 15 . 17 be opened. On the other hand, only the high-voltage battery 4 impinges on the high-voltage on-board electrical system 2 with tension, if the third switch 15 is closed while the remaining switches 13 . 14 . 17 be opened.

Der Betriebsmoduswechsel zwischen dem Seriell-Betriebsmodus 21 und dem Parallel-Betriebsmodus 22 wird gemäß dem Ausführungsbeispiel durch ein Spannungsanpassungssignal 25 ausgelöst. Das Spannungsanpassungssignal 25 kann beispielswiese durch eine Steuereinheit 26 des Kraftfahrzeugs erzeugt bzw. bereitgestellt werden und an die jeweiligen Schalter 13, 14, 15, 16, 17 des Hochvoltbordnetzes 2 übertragen werden.The mode change between the serial mode of operation 21 and the parallel operating mode 22 is in accordance with the embodiment by a voltage adjustment signal 25 triggered. The voltage adjustment signal 25 can beispielswiese by a control unit 26 of the motor vehicle are generated and provided to the respective switch 13 . 14 . 15 . 16 . 17 of the high voltage on-board electrical system 2 be transmitted.

Durch das Hochvoltbordnetz 2 wird ein flexibles Energieversorgungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug beschrieben, mit welchem die Spannung des Hochvoltbordnetzes 2 in vielfältiger Weise abhängig von der Leistungsanforderung des Kraftfahrzeugs 1 angepasst werden kann.Through the high voltage onboard network 2 describes a flexible power supply board network for a motor vehicle, with which the voltage of the high-voltage vehicle electrical system 2 in many ways depending on the power requirement of the motor vehicle 1 can be adjusted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kraftfahrzeugmotor vehicle
22
HochvoltbordnetzHigh-voltage onboard network
33
Brennstoffzellefuel cell
44
HochvoltbatterieHigh-voltage battery
55
Inverterinverter
66
GleichspannungswandlerDC converter
77
Traktionseinheittraction unit
88th
erste Verbindungfirst connection
99
erste Polungfirst polarity
1010
zweite Verbindungsecond connection
1111
zweite Polungsecond polarity
1212
Zwischenverbindungintercommunication
1313
erster Schalterfirst switch
1414
zweiter Schaltersecond switch
1515
dritter Schalterthird switch
1616
weitere Zwischenverbindungfurther intermediate compound
1717
vierter Schalterfourth switch
1818
Ende der ZwischenverbindungEnd of the interconnection
1919
dritte Verbindungthird connection
2020
vierte Verbindungfourth connection
2121
Seriell-BetriebsmodusSerial mode
2222
Parallel-BetriebsmodusParallel operating mode
2323
Eingangsseite des InvertersInput side of the inverter
2424
Ausgangsseite des GleichspannungswandlersOutput side of the DC-DC converter
2525
SpannungsanpassungssignalVoltage adjustment signal
2626
Steuereinheitcontrol unit

Claims (10)

Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvoltbordnetzes (2) eines Kraftfahrzeugs (1), mit zumindest einer Brennstoffzelle (3), einer Hochvoltbatterie (4) und einem Inverter (5), mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Spannungsanpassungssignals (25); und - Wechseln zwischen einem Seriell-Betriebsmodus (21), bei welchem die Brennstoffzelle (3) und die Hochvoltbatterie (4) in Reihe geschaltet sind, und einem Parallel-Betriebsmodus (22), bei welchem die Brennstoffzelle (3) und die Hochvoltbatterie (4) parallel geschaltet sind oder nur die Brennstoffzelle (3) betrieben wird oder nur die Hochvoltbatterie (4) betrieben wird, anhand des Spannungsanpassungssignals (25), wobei die Spannung des Hochvoltbordnetzes (2) zumindest an einer Eingangsseite (23) des Inverters (5) durch den Betriebsmoduswechsel angepasst wird.Method for adapting a voltage of a high-voltage vehicle electrical system (2) of a motor vehicle (1), comprising at least one fuel cell (3), a high-voltage battery (4) and an inverter (5), comprising the following steps: - providing a voltage adjustment signal (25); and - switching between a serial operating mode (21) in which the fuel cell (3) and the high-voltage battery (4) are connected in series, and a parallel operating mode (22), in which the fuel cell (3) and the high-voltage battery ( 4) are connected in parallel or only the fuel cell (3) is operated or only the high-voltage battery (4) is operated, based on the voltage adjustment signal (25), wherein the voltage of the high-voltage vehicle electrical system (2) is adapted at least at one input side (23) of the inverter (5) by the operating mode change. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffzelle (3) und die Hochvoltbatterie (4) im Seriell-Betriebsmodus (21) gleichspannungswandlerlos in Reihe geschaltet werden.Method according to Claim 1 in which the fuel cell (3) and the high-voltage battery (4) are connected in series without DC converter in the serial operating mode (21). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffzelle (3) und die Hochvoltbatterie (4) über einen Gleichspannungswandler (6) im Seriell-Betriebsmodus (21) in Reihe geschaltet werden.Method according to Claim 1 in which the fuel cell (3) and the high-voltage battery (4) are connected in series via a DC-DC converter (6) in the serial operating mode (21). Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Brennstoffzelle (3) und eine Ausgangsseite (24) des an die Hochvoltbatterie (4) nachgeschalteten Gleichspannungswandlers (6) im Seriell-Betriebsmodus (21) in Reihe geschaltet werden.Method according to Claim 3 wherein the fuel cell (3) and an output side (24) of the DC voltage converter (6) connected downstream of the high-voltage battery (4) are connected in series in the serial operating mode (21). Hochvoltbordnetz (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit: - einer Brennstoffzelle (3); - einer Hochvoltbatterie (4); - einem Inverter (5) einer elektrischen Traktionseinheit (7) ; - einer ersten Verbindung (8) mit einer ersten Polung (9) zwischen der Brennstoffzelle (3) und dem Inverter (5); - einer zweiten Verbindung (10) mit einer von der ersten Polung (9) unterschiedlichen zweiten Polung (11) zwischen der Hochvoltbatterie (4) und dem Inverter (5); - zumindest einer Zwischenverbindung (12) zwischen der ersten Verbindung (8) und der zweiten Verbindung (10); und - einem ersten Schalter (13) in der Zwischenverbindung (12) .High voltage vehicle electrical system (2) for a motor vehicle (1), comprising: - a fuel cell (3); - a high-voltage battery (4); - An inverter (5) of an electric traction unit (7); - A first connection (8) with a first polarity (9) between the fuel cell (3) and the inverter (5); - A second connection (10) with a of the first polarity (9) different second polarity (11) between the high-voltage battery (4) and the inverter (5); - at least one intermediate connection (12) between the first connection (8) and the second connection (10); and - A first switch (13) in the interconnector (12). Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 5, wobei die erste Verbindung (8) einen die erste Verbindung (8) unterbrechenden zweiten Schalter (14) aufweist.High-voltage electrical system (2) to Claim 5 wherein the first connection (8) comprises a second switch (14) interrupting the first connection (8). Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die zweite Verbindung (10) einen die zweite Verbindung (10) unterbrechenden dritten Schalter (15) aufweist.High-voltage electrical system (2) to Claim 5 or 6 wherein the second connection (10) has a third switch (15) interrupting the second connection (10). Hochvoltbordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hochvoltbordnetz (2) einen Gleichspannungswandler (6) aufweist, welcher mit der zweiten Verbindung (10) zwischen der Hochvoltbatterie (4) und dem Inverter (5) verbunden ist.High-voltage vehicle electrical system (2) according to one of the preceding claims, wherein the high-voltage on-board network (2) comprises a DC-DC converter (6) which is connected to the second connection (10) between the high-voltage battery (4) and the inverter (5). Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 8, wobei die Zwischenverbindung (12) zwischen der Hochvoltbatterie (4) und dem Gleichspannungswandler (6) angeordnet ist.High-voltage electrical system (2) to Claim 8 , wherein the intermediate connection (12) between the high-voltage battery (4) and the DC-DC converter (6) is arranged. Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Verbindung (8) und die zweite Verbindung (10) mittels einer weiteren Zwischenverbindung (16) verbunden sind, und die weitere Zwischenverbindung (16) mit einem Ende (18) an der zweiten Verbindung (10) zwischen dem Gleichspannungswandler (6) und dem Inverter (5) angeordnet ist, wobei die weitere Zwischenverbindung (16) einen vierten Schalter (17) aufweist.High-voltage electrical system (2) to Claim 8 or 9 wherein the first connection (8) and the second connection (10) are connected by means of a further intermediate connection (16), and the further intermediate connection (16) is connected to one end (18) at the second connection (10) between the DC-DC converter (6 ) and the inverter (5), wherein the further interconnect (16) has a fourth switch (17).
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