DE102021209313A1 - electrical device - Google Patents

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Abstract

Eine elektrische Vorrichtung (100, 200) weist eine Energiequelle (20), eine elektrische Einrichtung (30) mit einem Wechselrichter (31) und zumindest eine erste Kühlmittelpumpe (40) mit einem ersten Elektromotor (42) auf. Die Energiequelle (20) ist dazu ausgebildet, elektrische Energie für einen Verbraucher (32) zu erzeugen. Die erste Kühlmittelpumpe (40) ist zumindest zum Kühlen der Energiequelle (20) vorgesehen. Die Energiequelle (20) ist mit dem Wechselrichter (31) verbunden. Der Wechselrichter (31) ist dazu ausgebildet, auf Basis einer Gleichspannung sowohl eine Betriebsspannung für den Verbraucher (32) als auch eine Betriebsspannung für den ersten Elektromotor (42) zu generieren.An electrical device (100, 200) has an energy source (20), an electrical device (30) with an inverter (31) and at least one first coolant pump (40) with a first electric motor (42). The energy source (20) is designed to generate electrical energy for a consumer (32). The first coolant pump (40) is provided at least for cooling the energy source (20). The energy source (20) is connected to the inverter (31). The inverter (31) is designed to generate both an operating voltage for the consumer (32) and an operating voltage for the first electric motor (42) on the basis of a DC voltage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung.The present invention relates to an electrical device.

Ein Brennstoffzellenfahrzeug weist typischerweise eine Mehrzahl von Brennstoffzellen auf, die in einem Stack, d.h. in einem Stapel, angeordnet und seriell miteinander verschaltet sind. Solche Stacks und eine elektrische Antriebseinheit (englisch: electric driving unit, EDU) eines Brennstoffzellenfahrzeugs geben eine erhebliche Wärmemenge ab und werden daher gekühlt. Eine Brennstoffzelle erlaubt einen Betrieb bei höheren Kühlmitteltemperaturen, benötigt aber auch Kühlmittelvolumenströme, die eine Größenordnung über den zur Kühlung der EDU erforderlichen Kühlmittelvolumenströmen liegen. Darüber hinaus wird ein deionisiertes Kühlmittel zur Kühlung eines Brennstoffzellenstacks benötigt, sodass die beiden Komponenten EDU und Brennstoffzellenstack durch unterschiedliche Kühlmittelkreisläufe gekühlt werden müssen.A fuel cell vehicle typically has a plurality of fuel cells which are arranged in a stack, i.e. in a pile, and are connected to one another in series. Such stacks and an electric drive unit (EDU) of a fuel cell vehicle give off a significant amount of heat and are therefore cooled. A fuel cell allows operation at higher coolant temperatures, but also requires coolant flow rates that are an order of magnitude higher than the coolant flow rates required to cool the EDU. In addition, a deionized coolant is required to cool a fuel cell stack, so that the two components EDU and fuel cell stack have to be cooled by different coolant circuits.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine verbesserte elektrische Vorrichtung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.An object of the present invention is to provide an improved electrical device. This object is achieved by an electrical device having the features of the independent claim. Advantageous developments are specified in the dependent claims.

Eine elektrische Vorrichtung weist eine Energiequelle, eine elektrische Einrichtung mit einem Wechselrichter und zumindest eine erste Kühlmittelpumpe mit einem ersten Elektromotor auf. Die Energiequelle ist dazu ausgebildet, elektrische Energie für einen Verbraucher zu erzeugen. Die erste Kühlmittelpumpe ist zumindest zum Kühlen der Energiequelle vorgesehen. Die Energiequelle ist mit dem Wechselrichter verbunden. Der Wechselrichter ist dazu ausgebildet, auf Basis einer Gleichspannung sowohl eine Betriebsspannung für den Verbraucher als auch eine Betriebsspannung für den ersten Elektromotor zu generieren.An electrical device has an energy source, an electrical device with an inverter, and at least one first coolant pump with a first electric motor. The energy source is designed to generate electrical energy for a consumer. The first coolant pump is provided at least for cooling the energy source. The energy source is connected to the inverter. The inverter is designed to generate both an operating voltage for the load and an operating voltage for the first electric motor on the basis of a DC voltage.

Vorteilhafterweise kann lediglich eine Kühlmittelpumpe genügen, um sowohl die Energiequelle als auch die elektrische Einrichtung zu kühlen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass lediglich ein Wechselrichter genügt, um die Betriebsspannungen für den Verbraucher und den ersten Elektromotor zu generieren. Insgesamt sind weniger Teile gegenüber bekannten elektrischen Vorrichtungen erforderlich, da ein Wechselrichter eingespart und nur eine Verdrahtung verwendet werden muss. Vorteilhafterweise kann dadurch auch eine Drahtlänge reduziert werden, die zum Bereitstellen hoher Spannungen ausgebildet sind. Darüber hinaus kann eine Anzahl von Spannungsanschlüssen und/oder Kommunikationsanschlüssen reduziert sein, wodurch ebenfalls ein Programmierungsaufwand gesenkt wird.Advantageously, only one coolant pump can suffice to cool both the energy source and the electrical device. Another advantage is that only one inverter is sufficient to generate the operating voltages for the consumer and the first electric motor. Overall, fewer parts are required compared to known electrical devices, since an inverter is saved and only one wiring needs to be used. Advantageously, a length of wire that is designed to provide high voltages can also be reduced as a result. In addition, a number of voltage connections and/or communication connections can be reduced, which also reduces the programming effort.

In einer Ausführungsform umfasst die elektrische Einrichtung den Verbraucher. Vorteilhafterweise kann auch der Verbraucher gekühlt werden. In einer Ausführungsform weist die Energiequelle entweder zumindest eine Brennstoffzelle und/oder zumindest eine Antriebsbatterie auf. Der Verbraucher ist als Elektroantrieb ausgebildet, wodurch die elektrische Einrichtung als elektrische Antriebseinrichtung ausgebildet ist. Vorteilhafterweise wird durch diese Ausführungsform eine effizient kühlbare Elektroantriebsvorrichtung bereitgestellt.In one embodiment, the electrical device includes the consumer. Advantageously, the consumer can also be cooled. In one embodiment, the energy source has either at least one fuel cell and/or at least one traction battery. The load is designed as an electric drive, as a result of which the electrical device is designed as an electric drive device. An efficiently coolable electric drive device is advantageously provided by this embodiment.

In einer Ausführungsform ist die erste Kühlmittelpumpe mit einem Verteiler verbunden. Vom Verteiler aus zweigt eine erste Kühlmittelleitung zum Kühlen der Energiequelle zur Energiequelle hin ab. Vom Verteiler aus zweigt eine zweite Kühlmittelleitung zum Kühlen der elektrischen Einrichtung zur elektrischen Einrichtung hin ab. Dadurch sind die Energiequelle und die elektrische Einrichtung separat kühlbar. In einer Ausführungsform weist die zweite Kühlmittelleitung eine Drossel auf. Die Drossel ist dazu ausgebildet, einen Fluss eines Kühlmittels in der zweiten Kühlmittelleitung zu steuern.In one embodiment, the first coolant pump is connected to a manifold. A first coolant line for cooling the energy source branches off from the distributor towards the energy source. A second coolant line for cooling the electrical device branches off from the distributor to the electrical device. As a result, the energy source and the electrical device can be cooled separately. In one embodiment, the second coolant line has a throttle. The throttle is designed to control a flow of a coolant in the second coolant line.

In einer Ausführungsform sind die erste Kühlmittelleitung und die zweite Kühlmittelleitung an ein Verbindungselement angeschlossen. Das Verbindungselement lediglich weist eine Ausgangsleitung auf. Die Ausgangsleitung ist im Bereich der Energiequelle verlaufend angeordnet. Vorteilhafterweise können dadurch im Bereich der Energiequelle höhere Kühlmittelvolumenströme erzielt werden. Dies kann erforderlich sein, da ein Brennstoffzellenstack hohe Wärmemengen abgeben kann.In one embodiment, the first coolant line and the second coolant line are connected to a connecting element. The connecting element only has an output line. The output line is arranged to run in the area of the energy source. Advantageously, this allows higher coolant volume flows to be achieved in the area of the energy source. This may be necessary because a fuel cell stack can give off large amounts of heat.

In einer Ausführungsform ist die erste Kühlmittelpumpe in die elektrische Einrichtung integriert ist. Vorteilhaferweise ist die elektrische Vorrichtung dadurch besonders kompakt ausgebildet, wodurch Kosten reduziert werden können, da die erste Kühlmittelpumpe direkt in ein Gehäuse der elektrischen Einrichtung integriert ist und eine Elektronik gemeinsam nutzbar ist. Außerdem sind weniger hydraulische Schnittstellen erforderlich, wodurch die Gefahr eines Lecks reduziert wird. Insgesamt sind ein geringer Verpackungsaufwand und Montageaufwand auf erforderlich, da beispielsweise weniger Schrauben, Klemmen und andere Halter erforderlich sind.In one embodiment, the first coolant pump is integrated into the electrical device. As a result, the electrical device is advantageously of particularly compact design, as a result of which costs can be reduced since the first coolant pump is integrated directly into a housing of the electrical device and electronics can be used jointly. In addition, fewer hydraulic interfaces are required, which reduces the risk of a leak. Overall, less packaging effort and assembly effort are required because, for example, fewer screws, clamps and other holders are required.

In einer Ausführungsform weist die elektrische Vorrichtung eine zweite Kühlmittelpumpe mit einem zweiten Elektromotor auf. Die erste Kühlmittelpumpe ist zum Kühlen der Energiequelle vorgesehen. Die zweite Kühlmittelpumpe ist zum Kühlen der elektrischen Einrichtung vorgesehen ist. Die Kühlmittelpumpen sind an separate Kühlmittelleitungen angeschlossen. Die zweite Kühlmittelpumpe weist einen weiteren Wechselrichter auf. Der weitere Wechselrichter ist dazu ausgebildet, auf Basis einer Gleichspannung eine Betriebsspannung für den zweiten Elektromotor zu generieren.In one embodiment, the electrical device has a second coolant pump with a second electric motor. The first coolant pump is provided for cooling the power source. The second coolant pump is provided for cooling the electrical device. The coolant pumps are on separate coolant lines gene connected. The second coolant pump has a further inverter. The additional inverter is designed to generate an operating voltage for the second electric motor on the basis of a DC voltage.

In einer Ausführungsform ist die erste Kühlmittelpumpe mechanisch an der elektrischen Einrichtung befestigt. Vorteilhafterweise kann die elektrische Vorrichtung dadurch besonders platzsparend ausgebildet sein.In one embodiment, the first coolant pump is mechanically attached to the electrical device. Advantageously, the electrical device can be designed to be particularly space-saving.

In einer Ausführungsform weist die elektrische Einrichtung ein mit dem Wechselrichter verbundenes Steuergerät auf. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, den Wechselrichter auf Basis von über einen Kommunikationsanschluss der elektrischen Einrichtung empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis einer Gleichspannung sowohl die Betriebsspannung für den Verbraucher als auch die Betriebsspannung für den ersten Elektromotor zu generieren. Vorteilhafterwiese genügt lediglich ein Kommunikationsanschluss, der programmiert und konfiguriert werden muss, um den Wechselrichter anzusteuern.In one embodiment, the electrical device has a control device connected to the inverter. The control unit is designed to control the inverter based on control data received via a communication connection of the electrical device in order to generate both the operating voltage for the load and the operating voltage for the first electric motor based on a DC voltage. Advantageously, only one communication connection is sufficient, which has to be programmed and configured in order to control the inverter.

In einer Ausführungsform weist die elektrische Einrichtung ein mit dem Wechselrichter verbundenes Steuergerät auf. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, den Wechselrichter auf Basis von über einen Kommunikationsanschluss der elektrischen Einrichtung empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis einer Gleichspannung sowohl die Betriebsspannung für den Verbraucher als auch die Betriebsspannung für den ersten Elektromotor zu generieren. Vorteilhafterweise genügt eine geringe Anzahl von Kommunikationsanschlüssen, der programmiert und konfiguriert werden müssen.In one embodiment, the electrical device has a control device connected to the inverter. The control unit is designed to control the inverter based on control data received via a communication connection of the electrical device in order to generate both the operating voltage for the load and the operating voltage for the first electric motor based on a DC voltage. Advantageously, a small number of communication ports that have to be programmed and configured is sufficient.

Die elektrische Vorrichtung wird im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1: ein Blockschaltbild mit Elementen eines bekannten Brennstoffzellenantriebs;
  • 2: ein Blockschaltbild mit Elementen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und
  • 3: ein Blockschaltbild mit Elementen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
The electrical device is explained in more detail below with the aid of schematic drawings. Show it:
  • 1 : a block diagram with elements of a known fuel cell drive;
  • 2 1: a block diagram with elements of an electrical device according to a first embodiment; and
  • 3 : a block diagram with elements of an electrical device according to a second embodiment.

1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild mit Elementen einer als Brennstoffzellenantrieb ausgebildeten elektrischen Vorrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik. 1 shows a schematic block diagram with elements of an electrical device 10 designed as a fuel cell drive according to the prior art.

Die elektrische Vorrichtung 10 weist einen Brennstoffzellenstapel 20 auf, der als Energiequelle 20 dient. Der Brennstoffzellenstapel 20 umfasst eine Mehrzahl von Brennstoffzellen, die in Serie geschaltet sind. Die Brennstoffzellen sind in 1 der Einfachheit halber nicht gezeigt. Die Brennstoffzellen sind dazu ausgebildet, elektrische Energie in Form von einer elektrischen Gleichspannung bereitzustellen. Dabei wird chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umgewandelt. Als Brennstoff können beispielsweise Wasserstoff oder beispielsweise niedermolekulare Alkohole verwendet werden.The electrical device 10 includes a fuel cell stack 20 serving as a power source 20 . The fuel cell stack 20 includes a plurality of fuel cells connected in series. The fuel cells are in 1 not shown for the sake of simplicity. The fuel cells are designed to provide electrical energy in the form of an electrical DC voltage. In this case, chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent is converted into electrical energy. For example, hydrogen or, for example, low molecular weight alcohols can be used as fuel.

Die elektrische Vorrichtung 10 weist ferner eine elektrische Antriebseinrichtung 30, eine erste Kühlmittelpumpe 40 und eine zweite Kühlmittelpumpe 50 auf. Der Brennstoffzellenstapel 20, die elektrische Antriebseinrichtung 30, die erste Kühlmittelpumpe 40 und die zweite Kühlmittelpumpe 50 sind jeweils in separaten Gehäusen untergebracht, wobei die Gehäuse in der elektrischen Vorrichtung 10 jeweils zueinander beabstandet angeordnet sind.The electrical device 10 also has an electrical drive device 30 , a first coolant pump 40 and a second coolant pump 50 . The fuel cell stack 20, the electric drive device 30, the first coolant pump 40 and the second coolant pump 50 are each accommodated in separate housings, the housings being arranged in the electrical device 10 at a distance from one another.

Die elektrische Antriebseinrichtung 30 weist einen ersten Wechselrichter 31 einen Elektroantrieb 32 und ein Steuergerät 33 auf. Der Wechselrichter 31 ist dazu ausgebildet, auf Grundlage einer Gleichspannung eine Wechselspannung zu erzeugen. Der Brennstoffzellenstapel 20 ist mit dem ersten Wechselrichter 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 verbunden und dazu ausgebildet, elektrische Energie für einen Betrieb des Elektroantriebs 32 zu erzeugen. Der erste Wechselrichter 31 ist dazu ausgebildet, auf Basis einer Gleichspannung eine Betriebsspannung für einen Betrieb des Elektroantriebs 32 zu generieren. Die Gleichspannung kann dabei vom Brennstoffzellenstapel 20 bereitgestellt werden. Alternativ kann die vom Brennstoffzellenstapel 20 bereitgestellte Energie zuvor in ein Bordnetz eingespeist werden, bevor sie dem ersten Wechselrichter 31 in Form einer Gleichspannung bereitgestellt wird. Zum Einspeisen der Gleichspannung weist die elektrische Antriebseinrichtung 30 einen ersten Spannungsanschluss 38 auf.The electric drive device 30 has a first inverter 31 , an electric drive 32 and a control unit 33 . The inverter 31 is designed to generate an AC voltage based on a DC voltage. The fuel cell stack 20 is connected to the first inverter 31 of the electric drive device 30 and is designed to generate electric energy for operating the electric drive 32 . The first inverter 31 is designed to generate an operating voltage for operating the electric drive 32 on the basis of a DC voltage. In this case, the DC voltage can be provided by the fuel cell stack 20 . Alternatively, the energy provided by the fuel cell stack 20 can be fed into an on-board network before it is provided to the first inverter 31 in the form of a DC voltage. The electric drive device 30 has a first voltage connection 38 for feeding in the DC voltage.

Das Steuergerät 33 ist dazu ausgebildet, den ersten Wechselrichter 31 auf Basis von über einen ersten Kommunikationsanschluss 34 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis der Gleichspannung die Betriebsspannung für den Betrieb des Elektroantriebs 32 zu generieren. Bei dem ersten Kommunikationsanschluss 34 kann es sich Beispielsweise um einen CAN-Bus Anschluss (englisch: controller area network) handeln, was jedoch nicht erforderlich ist. Es kann sich dabei beispielsweise um einen beliebigen Bus-Anschluss handeln.The control unit 33 is designed to control the first inverter 31 on the basis of control data received via a first communication connection 34 of the electric drive device 30 in order to generate the operating voltage for the operation of the electric drive 32 on the basis of the DC voltage. The first communication connection 34 can be a CAN bus connection (controller area network), for example, but this is not necessary. This can be any bus connection, for example.

Die erste Kühlmittelpumpe 40 ist zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 20 vorgesehen. Die erste Kühlmittelpumpe 40 weist einen zweiten Wechselrichter 41 und einen ersten Elektromotor 42 auf. Der zweite Wechselrichter 41 ist mit dem ersten Elektromotor 42 verbunden und dazu ausgebildet, auf Basis einer Gleichspannung eine Betriebsspannung für den ersten Elektromotor 42 zu generieren. Die erste Kühlmittelpumpe 40 weist einen zweiten Spannungsanschluss 43 auf, der zum Einspeisen einer Gleichspannung vorgesehen ist, die beispielsweise vom Bordnetz bereitgestellt werden kann.The first coolant pump 40 is provided for cooling the fuel cell stack 20 . The first coolant pump 40 has a second path selrichter 41 and a first electric motor 42 on. The second inverter 41 is connected to the first electric motor 42 and is designed to generate an operating voltage for the first electric motor 42 on the basis of a DC voltage. The first coolant pump 40 has a second voltage connection 43 which is provided for feeding in a DC voltage which can be provided by the vehicle electrical system, for example.

Ein erster Kühlmittelanschluss 45 der ersten Kühlmittelpumpe 40 ist dazu vorgesehen, ein erstes Kühlmittel bereitzustellen. Die erste Kühlmittelpumpe 40 ist dazu ausgebildet, das erste Kühlmittel durch eine erste Kühlmittelleitung 46 zu befördern. Die erste Kühlmittelleitung 46 führt zum Brennstoffzellenstapel 20. Die erste Kühlmittelleitung 46 ist entweder im Bereich des Brennstoffzellenstapels 20 verlaufend, oder durch den Brennstoffzellenstapel 20 verlaufend angeordnet. Wärme, die im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 20 anfällt, kann auf diese Weise auf das erste Kühlmittel übertragen werden.A first coolant connection 45 of the first coolant pump 40 is provided to provide a first coolant. The first coolant pump 40 is designed to convey the first coolant through a first coolant line 46 . The first coolant line 46 leads to the fuel cell stack 20. The first coolant line 46 runs either in the region of the fuel cell stack 20 or through the fuel cell stack 20 running. Heat that occurs during operation of the fuel cell stack 20 can be transferred to the first coolant in this way.

Die zweite Kühlmittelpumpe 50 ist zum Kühlen der elektrischen Antriebseinrichtung 30 vorgesehen. Die zweite Kühlmittelpumpe 50 weist einen dritten Wechselrichter 51 und einen zweiten Elektromotor 52 auf. Der dritte Wechselrichter 51 ist mit dem zweiten Elektromotor 52 verbunden und dazu ausgebildet, auf Basis einer Gleichspannung eine Betriebsspannung für den zweiten Elektromotor 42 zu generieren. Die zweite Kühlmittelpumpe 50 weist einen dritten Spannungsanschluss 53 auf, der zum Einspeisen einer Gleichspannung vorgesehen ist, die beispielsweise vom Bordnetz bereitgestellt werden kann. Die elektrische Spannung, die über den dritten Spannungsanschluss 53 bereitgestellt wird, kann höher sein, als die über den zweiten Spannungsanschluss 43 bereitgestellte elektrische Spannung, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.The second coolant pump 50 is provided for cooling the electric drive device 30 . The second coolant pump 50 has a third inverter 51 and a second electric motor 52 . The third inverter 51 is connected to the second electric motor 52 and is designed to generate an operating voltage for the second electric motor 42 on the basis of a DC voltage. The second coolant pump 50 has a third voltage connection 53 which is provided for feeding in a DC voltage which can be provided by the vehicle electrical system, for example. The electrical voltage provided via the third voltage connection 53 can be higher than the electrical voltage provided via the second voltage connection 43, but this is not absolutely necessary.

Ein zweiter Kühlmittelanschluss 55 der zweiten Kühlmittelpumpe 50 ist dazu vorgesehen, ein zweites Kühlmittel bereitzustellen. Die zweite Kühlmittelpumpe 50 ist dazu ausgebildet, das zweite Kühlmittel durch eine zweite Kühlmittelleitung 36 zu befördern. Die zweite Kühlmittelleitung 36 führt zur elektrischen Antriebseinrichtung 30. Die zweite Kühlmittelleitung 36 ist entweder im Bereich des ersten Wechselrichters 31 und des Elektroantriebs 32 verlaufend, oder durch den ersten Wechselrichters 31 und durch den Elektroantrieb 32 verlaufend angeordnet. A second coolant connection 55 of the second coolant pump 50 is provided to provide a second coolant. The second coolant pump 50 is designed to convey the second coolant through a second coolant line 36 . The second coolant line 36 leads to the electric drive device 30. The second coolant line 36 either runs in the area of the first inverter 31 and the electric drive 32 or runs through the first inverter 31 and through the electric drive 32.

Wärme, die im Betrieb des ersten Wechselrichters 31 und des Elektroantriebs 32 anfällt, kann auf diese Weise auf das zweite Kühlmittel übertragen werden.Heat that occurs during the operation of the first inverter 31 and the electric drive 32 can be transferred to the second coolant in this way.

Die erste Kühlmittelpumpe 40 weist einen zweiten Kommunikationsanschluss 44 auf. Der zweite Kommunikationsanschluss 44 kann beispielsweise als LIN-Bus Anschluss (englisch: local interconnect network) ausgebildet sein, was jedoch auch nicht zwingend erforderlich ist. Die zweite Kühlmittelpumpe 50 weist einen dritten Kommunikationsanschluss 54 auf. Der dritte Kommunikationsanschluss 54 kann beispielsweise ebenfalls als LIN-Bus Anschluss ausgebildet sein, was jedoch auch nicht zwingend erforderlich ist. Die jeweiligen Wechselrichter 41, 51 der Kühlmittelpumpen 40, 50 sind dazu ausgebildet, Steuerungsdaten zur Ansteuerung der jeweiligen Elektromotoren 42, 52 zu Empfangen und die Elektromotoren 42, 52 jeweils auf Basis der Steuerungsdaten anzusteuern.The first coolant pump 40 has a second communication port 44 . The second communication connection 44 can, for example, be in the form of a LIN bus connection (local interconnect network), although this is not absolutely necessary. The second coolant pump 50 has a third communication port 54 . The third communication connection 54 can, for example, also be in the form of a LIN bus connection, although this is not absolutely necessary. The respective inverters 41, 51 of the coolant pumps 40, 50 are designed to receive control data for controlling the respective electric motors 42, 52 and to control the electric motors 42, 52 on the basis of the control data.

2 zeigt schematisch ein Blockschaltbild mit Elementen einer erfindungsgemäßen elektrischen Vorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die elektrische Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform weist Ähnlichkeiten zur elektrischen Vorrichtung 10 der 1 auf. Ähnliche Komponenten sind in 2 aus diesem Grund mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden Unterschiede zwischen der elektrischen Vorrichtung 10 der 1 und der elektrischen Vorrichtung 100 der 2 erläutert. 2 FIG. 1 schematically shows a block diagram with elements of an electrical device 100 according to the invention in accordance with a first specific embodiment. The electrical device 100 according to the first embodiment has similarities to the electrical device 10 of FIG 1 on. Similar components are in 2 for this reason provided with the same reference numbers. In the following, differences between the electrical device 10 of FIG 1 and the electrical device 100 of FIG 2 explained.

Bei der elektrischen Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform muss es sich nicht zwingenderweise um einen Brennstoffzellenantrieb handeln. Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Vorrichtung 100 um eine stationäre Vorrichtung zur Energieversorgung von Gebäuden oder industriellen Anlagen handeln. Die elektrische Vorrichtung 100 kann auch Bestandteile von Luftfahrzeugen und Raumfahrzeugen sein und dazu ausgebildet sein, ein Bordnetz mit elektrischer Energie zu speisen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die elektrische Vorrichtung 100 beispielsweise Bestandteil eines mobilen Geräts ist. Ist die elektrische Vorrichtung 100 als Antrieb ausgebildet, so kann die elektrische Vorrichtung 100 Bestandteil eines Fahrzeugs sein. Dabei kommen beliebige Fahrzeuge wie Landfahrzeuge oder Wasserfahrzeuge.The electrical device 100 according to the first embodiment does not necessarily have to be a fuel cell drive. For example, the electrical device 100 can be a stationary device for supplying energy to buildings or industrial plants. The electrical device 100 can also be part of aircraft and spacecraft and be designed to feed an on-board network with electrical energy. Another possibility is that the electrical device 100 is part of a mobile device, for example. If the electrical device 100 is designed as a drive, then the electrical device 100 can be part of a vehicle. Any vehicles such as land vehicles or water vehicles can be used.

Statt des Brennstoffzellenstapels 20 kann auch eine alternative Energiequelle bei der elektrische Vorrichtung 100 vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich bei der Energiequelle 20 um eine Antriebsbatterie handeln. In diesem Fall kann die elektrische Vorrichtung 100 Bestandteil eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs sein.Instead of the fuel cell stack 20, an alternative energy source can also be provided in the electrical device 100. For example, the energy source 20 can be a traction battery. In this case, the electric device 100 can be part of a battery-powered electric vehicle.

Anstatt einer elektrischen Antriebseinrichtung 30 kann die elektrische Vorrichtung 100 auch eine andere elektrische Einrichtung 30 umfassen. Die elektrische Einrichtung 30 umfasst jedoch zumindest den ersten Wechselrichter 31. Anstatt eines Elektroantriebs 32 kann auch ein anderer Verbraucher 32 vorgesehen sein, je nachdem auf welchem technischen Gebiet die elektrische Vorrichtung 100 verwendet wird. Beim Verbraucher 32 kann es sich beispielsweise auch um eine Batterie handeln, die zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildet ist. Der Verbraucher 32 muss jedoch nicht zwingenderwiese Bestandteil der elektrischen Einrichtung 30 sein und kann entfallen. Die Energiequelle 20 ist mit dem ersten Wechselrichter 31 der elektrischen Einrichtung 30 verbunden und dazu ausgebildet, elektrische Energie für den Verbraucher 32, beispielsweise für dessen Betrieb, zu erzeugen.Instead of an electrical drive device 30 , the electrical device 100 can also include another electrical device 30 . However, the electrical device 30 includes at least at least the first inverter 31. Instead of an electric drive 32, another consumer 32 can also be provided, depending on the technical field in which the electric device 100 is used. The load 32 can also be a battery, for example, which is designed to store electrical energy. However, the consumer 32 does not necessarily have to be part of the electrical device 30 and can be omitted. The energy source 20 is connected to the first inverter 31 of the electrical device 30 and is designed to generate electrical energy for the consumer 32, for example for its operation.

Die elektrische Vorrichtung 100 weist ebenfalls eine erste Kühlmittelpumpe 40 und eine zweite Kühlmittelpumpe 50 auf. Die zweite Kühlmittelpumpe 50 der elektrischen Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist wie die zweite Kühlmittelpumpe 50 der bekannten elektrischen Vorrichtung 10 der 1 ausgebildet und zum Kühlen der elektrischen Einrichtung 30 vorgesehen, also zumindest zum Kühlen des ersten Wechselrichter 31 und gegebenenfalls des Verbrauchers 32. Die erste Kühlmittelpumpe 40 der elektrischen Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform weist jedoch Unterschiede zur elektrischen Vorrichtung 10 der 1 auf. Die erste Kühlmittelpumpe 40 weist keinen zweiten Wechselrichter 41 auf. Stattdessen übernimmt der erste Wechselrichter 31 die Funktion auf Basis einer Gleichspannung die Betriebsspannung für einen Betrieb des ersten Elektromotors 42 zu generieren. Der erste Wechselrichter 31 ist also dazu ausgebildet, auf Basis einer Gleichspannung sowohl eine Betriebsspannung für den Verbraucher 32 als auch eine Betriebsspannung für einen Betrieb des ersten Elektromotors 42 zu generieren. Damit entfällt auch der zweite Spannungsanschluss 43 der ersten Kühlmittelpumpe 40. Stattdessen ist der erste Spannungsanschluss 38 der elektrischen Einrichtung 30 dazu vorgesehen, eine elektrische Gleichspannung für den ersten Wechselrichter 31 bereitzustellen. Die erste Kühlmittelpumpe 40 ist in der Darstellung der 3 mechanisch an der elektrischen Einrichtung befestigt. Dadurch kann die elektrische Vorrichtung 100 vorteilhafterweise platzsparend aufgebaut sein.The electrical device 100 also has a first coolant pump 40 and a second coolant pump 50 . The second coolant pump 50 of the electric device 100 according to the first embodiment is like the second coolant pump 50 of the known electric device 10 of FIG 1 formed and provided for cooling the electrical device 30, so at least for cooling the first inverter 31 and optionally the consumer 32. The first coolant pump 40 of the electrical device 100 according to the first embodiment, however, has differences from the electrical device 10 of 1 on. The first coolant pump 40 does not have a second inverter 41 . Instead, the first inverter 31 takes on the function of generating the operating voltage for operating the first electric motor 42 on the basis of a direct voltage. The first inverter 31 is therefore designed to generate both an operating voltage for the load 32 and an operating voltage for operating the first electric motor 42 on the basis of a DC voltage. This also eliminates the second voltage connection 43 of the first coolant pump 40. Instead, the first voltage connection 38 of the electrical device 30 is provided to provide an electrical DC voltage for the first inverter 31. The first coolant pump 40 is shown in FIG 3 mechanically attached to the electrical equipment. As a result, the electrical device 100 can advantageously be constructed in a space-saving manner.

Das Steuergerät 33 ist dazu ausgebildet, den ersten Wechselrichter 31 auf Basis von über den ersten Kommunikationsanschluss 34 der elektrischen Einrichtung 30 empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis einer Gleichspannung die Betriebsspannung für den Verbraucher 32 zu generieren. Das Steuergerät 33 ist ferner dazu ausgebildet, den ersten Wechselrichter 31 auf Basis von über den zweiten Kommunikationsanschluss 44 der ersten Kühlmittelpumpe 40 empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis einer Gleichspannung die Betriebsspannung für den Betrieb des ersten Elektromotors 42 zu generieren. Der zweite Kommunikationsanschluss 44 der ersten Kühlmittelpumpe 40 kann jedoch auch entfallen. In diesem Fall kann beispielsweise der erste Kommunikationsanschluss 34 dazu vorgesehen sein, Steuerungsdaten zur Ansteuerung des ersten Elektromotors 42 bereitzustellen.The control unit 33 is designed to control the first inverter 31 on the basis of control data received via the first communication connection 34 of the electrical device 30 in order to generate the operating voltage for the load 32 on the basis of a direct voltage. The control unit 33 is also designed to control the first inverter 31 on the basis of control data received via the second communication connection 44 of the first coolant pump 40 in order to generate the operating voltage for the operation of the first electric motor 42 on the basis of a DC voltage. However, the second communication port 44 of the first coolant pump 40 can also be omitted. In this case, for example, the first communication port 34 can be provided to provide control data for controlling the first electric motor 42 .

3 zeigt schematisch ein Blockschaltbild mit Elementen einer elektrischen Vorrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die elektrische Vorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform weist Ähnlichkeiten zur elektrischen Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der 2 auf. Ähnliche Komponenten sind in 3 aus diesem Grund mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden Unterschiede zwischen der elektrischen Vorrichtung 100 der 2 und der elektrischen Vorrichtung 200 der 3 erläutert. 3 FIG. 1 schematically shows a block diagram with elements of an electrical device 200 according to a second specific embodiment. The electrical device 200 according to the second embodiment has similarities to the electrical device 100 according to the first embodiment of FIG 2 on. Similar components are in 3 for this reason provided with the same reference numbers. In the following, differences between the electric device 100 of FIG 2 and the electrical device 200 of FIG 3 explained.

Im Unterschied zur elektrischen Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform weist die elektrische Vorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform keine zweite Kühlmittelpumpe 50 auf. Die erste Kühlmittelpumpe 40 weist ebenfalls keinen zweiten Wechselrichter 41. Außerdem ist die erste Kühlmittelpumpe 40 nicht außerhalb der elektrischen Einrichtung 30 angeordnet oder an der elektrischen Einrichtung 30 mechanisch befestig. Stattdessen ist die erste Kühlmittelpumpe in die elektrische Einrichtung 30 integriert. Dadurch ist die elektrische Vorrichtung 200 besonders kompakt ausgebildet. Neben der zweiten Kühlmittelpumpe 50, die gänzlich entfällt, entfällt auch der zweite Kommunikationsanschluss 44 der ersten Kühlmittelpumpe.In contrast to the electrical device 100 according to the first specific embodiment, the electrical device 200 according to the second specific embodiment does not have a second coolant pump 50 . The first coolant pump 40 also has no second inverter 41. In addition, the first coolant pump 40 is not arranged outside the electrical device 30 or mechanically fastened to the electrical device 30. Instead, the first coolant pump is integrated into the electrical device 30 . As a result, the electrical device 200 is particularly compact. In addition to the second coolant pump 50, which is completely eliminated, the second communication connection 44 of the first coolant pump is also eliminated.

Bei der elektrischen Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Kühlmittelpumpen 40, 50 an separate Kühlmittelleitungen 36, 46 angeschlossen. Die erste Kühlmittelpumpe 40 ist zum Kühlen der Energiequelle 20 vorgesehen, während die zweite Kühlmittelpumpe zum Kühlen der elektrischen Einrichtung 30 vorgesehen ist. Im Unterschied dazu weist die elektrische Vorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform lediglich die erste Kühlmittelpumpe 40 auf. Diese ist aus diesem Grund dazu vorgesehen, sowohl die Energiequelle 20 als auch die elektrische Einrichtung 30 zu kühlen.In the electric device 100 according to the first embodiment, the coolant pumps 40, 50 are connected to separate coolant lines 36, 46. The first coolant pump 40 is provided to cool the power source 20 while the second coolant pump is provided to cool the electrical device 30 . In contrast, the electric device 200 according to the second embodiment has only the first coolant pump 40 . For this reason, it is provided to cool both the energy source 20 and the electrical device 30 .

Dies wird dadurch erreicht, dass die erste Kühlmittelpumpe 40 mit einem Verteiler 37 verbunden ist. Vom Verteiler 37 aus zweigt die erste Kühlmittelleitung 46 zum Kühlen der Energiequelle 20 zur Energiequelle 20 hin ab. Außerdem zweigt vom Verteiler 37 aus eine zweite Kühlmittelleitung 36 zum Kühlen der elektrischen Einrichtung 30 zur elektrischen Einrichtung 30 hin ab. Die zweite Kühlmittelleitung 36 kann eine Drossel aufweisen. Die Drossel ist dazu ausgebildet, einen Fluss eines Kühlmittels in der zweiten Kühlmittelleitung 36 zu steuern. Die Drossel kann jedoch auch entfallen. Die erste Kühlmittelleitung 46 und die zweite Kühlmittelleitung 36 können, wie in 3 gezeigt an ein Verbindungselement angeschlossen sein, wobei das Verbindungselement lediglich eine Ausgangsleitung aufweist und die Ausgangsleitung im Bereich der Energiequelle 20 verlaufend angeordnet ist, wodurch die Energiequelle 20 mit höheren Volumenströmen kühlbar ist. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Kühlmittelleitungen 36, 46 müssen nicht notwendigerweise mittels eines Verbindungselements zusammengeführt werden.This is achieved in that the first coolant pump 40 is connected to a distributor 37 . The first coolant line 46 for cooling the energy source 20 branches off from the distributor 37 to the energy source 20 . In addition, a second coolant line 36 for cooling the electrical device 30 branches off from the distributor 37 to the electrical device 30 . The second coolant line 36 can have a throttle. The Thrush is configured to control a flow of a coolant in the second coolant line 36 . However, the throttle can also be omitted. The first coolant line 46 and the second coolant line 36 can, as in 3 shown to be connected to a connecting element, the connecting element having only one output line and the output line being arranged to run in the region of the energy source 20, as a result of which the energy source 20 can be cooled with higher volume flows. However, this is not mandatory. The coolant lines 36, 46 do not necessarily have to be brought together by means of a connecting element.

Bei der elektrischen Vorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform ist das Steuergerät 33 dazu ausgebildet, den ersten Wechselrichter 31 auf Basis von über den ersten Kommunikationsanschluss 34 der elektrischen Einrichtung 30 empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis einer Gleichspannung sowohl die Betriebsspannung für den Verbraucher als auch die Betriebsspannung für einen Betrieb des ersten Elektromotors 42 zu generieren.In the electrical device 200 according to the second embodiment, the control unit 33 is designed to control the first inverter 31 on the basis of control data received via the first communication port 34 of the electrical device 30 in order to control both the operating voltage for the consumer and the To generate operating voltage for operation of the first electric motor 42.

Claims (11)

Elektrische Vorrichtung (100, 200), aufweisend eine Energiequelle (20), eine elektrische Einrichtung (30) mit einem Wechselrichter (31) und zumindest eine erste Kühlmittelpumpe (40) mit einem ersten Elektromotor (42), wobei die Energiequelle (20) dazu ausgebildet ist, elektrische Energie für einen Verbraucher (32) zu erzeugen, wobei die erste Kühlmittelpumpe (40) zumindest zum Kühlen der Energiequelle (20) vorgesehen ist, wobei die Energiequelle (20) mit dem Wechselrichter (31) verbunden ist, wobei der Wechselrichter (31) dazu ausgebildet ist, auf Basis einer Gleichspannung sowohl eine Betriebsspannung für den Verbraucher (32) als auch eine Betriebsspannung für den ersten Elektromotor (42) zu generieren.Electrical device (100, 200), having an energy source (20), an electrical device (30) with an inverter (31) and at least one first coolant pump (40) with a first electric motor (42), wherein the energy source (20) is designed to generate electrical energy for a consumer (32), wherein the first coolant pump (40) is provided at least for cooling the energy source (20), wherein the energy source (20) is connected to the inverter (31), wherein the inverter (31) is designed to generate both an operating voltage for the load (32) and an operating voltage for the first electric motor (42) on the basis of a DC voltage. Elektrische Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 1, wobei die elektrische Einrichtung (30) den Verbraucher (32) umfasst.Electrical device (100, 200) according to claim 1 , wherein the electrical device (30) comprises the consumer (32). Elektrische Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Energiequelle (20) entweder zumindest eine Brennstoffzelle und/oder eine zumindest Antriebsbatterie aufweist, wobei der Verbraucher (32) als Elektroantrieb ausgebildet ist, wodurch die elektrische Einrichtung (30) als elektrische Antriebseinrichtung ausgebildet ist.Electrical device (100, 200) according to claim 1 or 2 , wherein the energy source (20) has either at least one fuel cell and/or at least one drive battery, the consumer (32) being designed as an electric drive, as a result of which the electrical device (30) is designed as an electric drive device. Elektrische Vorrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kühlmittelpumpe (40) mit einem Verteiler (37) verbunden ist, wobei vom Verteiler (37) aus eine erste Kühlmittelleitung (46) zum Kühlen der Energiequelle (20) zur Energiequelle (20) hin abzweigt wobei vom Verteiler (37) aus eine zweite Kühlmittelleitung (36) zum Kühlen der elektrischen Einrichtung (30) zur elektrischen Einrichtung (30) hin abzweigt.Electrical device (200) according to any one of the preceding claims, wherein the first coolant pump (40) is connected to a distributor (37), wherein a first coolant line (46) for cooling the energy source (20) branches off from the distributor (37) to the energy source (20). A second coolant line (36) for cooling the electrical device (30) branches off from the distributor (37) to the electrical device (30). Elektrische Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 4, wobei die zweite Kühlmittelleitung (36) eine Drossel aufweist, wobei die Drossel dazu ausgebildet ist, einen Fluss eines Kühlmittels in der zweiten Kühlmittelleitung (36) zu steuern.Electrical device (200) according to claim 4 , wherein the second coolant line (36) has a throttle, wherein the throttle is designed to control a flow of a coolant in the second coolant line (36). Elektrische Vorrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die erste Kühlmittelleitung (46) und die zweite Kühlmittelleitung (36) an ein Verbindungselement angeschlossen sind, wobei das Verbindungselement lediglich eine Ausgangsleitung aufweist, wobei die Ausgangsleitung im Bereich der Energiequelle (20) verlaufend angeordnet ist.Electrical device (200) according to any one of Claims 4 or 5 , wherein the first coolant line (46) and the second coolant line (36) are connected to a connecting element, the connecting element having only one output line, the output line being arranged to run in the region of the energy source (20). Elektrische Vorrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die erste Kühlmittelpumpe (40) in die elektrische Einrichtung (30) integriert ist.Electrical device (200) according to any one of Claims 4 until 6 , wherein the first coolant pump (40) is integrated into the electrical device (30). Elektrische Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer zweiten Kühlmittelpumpe (50) aufweisend einen zweiten Elektromotor (52), wobei die erste Kühlmittelpumpe (40) zum Kühlen der Energiequelle (20) vorgesehen ist, wobei die zweite Kühlmittelpumpe (50) zum Kühlen der elektrischen Einrichtung (30) vorgesehen ist, wobei die Kühlmittelpumpen (40, 50) an separate Kühlmittelleitungen (36, 46) angeschlossen sind, wobei die zweite Kühlmittelpumpe (50) einen weiteren Wechselrichter (51) aufweist, wobei der weitere Wechselrichter (51) dazu ausgebildet ist, auf Basis einer Gleichspannung eine Betriebsspannung für den zweiten Elektromotor (52) zu generieren.Electrical device (100) according to any one of Claims 1 until 3 , With a second coolant pump (50) having a second electric motor (52), the first coolant pump (40) being provided for cooling the energy source (20), the second coolant pump (50) being provided for cooling the electrical device (30). , wherein the coolant pumps (40, 50) are connected to separate coolant lines (36, 46), the second coolant pump (50) having a further inverter (51), the further inverter (51) being designed to be based on a DC voltage to generate an operating voltage for the second electric motor (52). Elektrische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei die erste Kühlmittelpumpe (40) mechanisch an der elektrischen Einrichtung (30) befestigt ist.Electrical device (100) according to claim 8 , wherein the first coolant pump (40) is mechanically attached to the electrical device (30). Elektrische Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Einrichtung (30) ein mit dem Wechselrichter (31) verbundenes Steuergerät (33) aufweist, wobei das Steuergerät (33) dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter (31) auf Basis von über einen Kommunikationsanschluss (34) der elektrischen Einrichtung (30) empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis einer Gleichspannung sowohl die Betriebsspannung für den Verbraucher (32) als auch die Betriebsspannung für den ersten Elektromotor (42) zu generieren.Electrical device (100, 200) according to one of the preceding claims, in which the electrical device (30) has a control unit (33) connected to the inverter (31), the control unit (33) being designed to to control the inverter (31) on the basis of control data received via a communication connection (34) of the electrical device (30) in order to supply both the operating voltage for the load (32) and the operating voltage for the first electric motor (42) on the basis of a DC voltage to generate. Elektrische Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und 9 bis 10, wobei die elektrische Einrichtung (30) ein mit dem Wechselrichter (31) verbundenes Steuergerät (33) aufweist, wobei das Steuergerät (33) dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter (31) auf Basis von über einen Kommunikationsanschluss (34) der elektrischen Einrichtung (30) empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis einer Gleichspannung die Betriebsspannung für den Verbraucher (32) zu generieren, wobei das Steuergerät (33) dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter (31) auf Basis von über einen weiteren Kommunikationsanschluss (44) der ersten Kühlmittelpumpe (40) empfangenen Steuerungsdaten anzusteuern, um auf Basis einer Gleichspannung die Betriebsspannung für den ersten Elektromotor (42) zu generieren.Electrical device (100) according to any one of Claims 1 until 3 and 9 until 10 , wherein the electrical device (30) has a control device (33) connected to the inverter (31), the control device (33) being designed to control the inverter (31) on the basis of information via a communication connection (34) of the electrical device ( 30) received control data in order to generate the operating voltage for the consumer (32) on the basis of a DC voltage, the control unit (33) being designed to switch the inverter (31) on the basis of a further communication connection (44) of the first coolant pump (40) to control received control data in order to generate the operating voltage for the first electric motor (42) on the basis of a DC voltage.
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