JP2002252905A - 乗物内で電力を生成し負荷に分配する装置 - Google Patents

乗物内で電力を生成し負荷に分配する装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 乗物内で電力を生成および分配する装置を提
供する。 【解決手段】 本発明は、乗物内で電力を生成および分
配する装置に関し、変換器を介して燃料電池ユニットに
接続される少なくとも１つの電気駆動モータを有し、燃
料電池ユニットが、少なくとも第１、第２および第３の
電圧ネットワークに接続され、それぞれの電圧ネットワ
ークが少なくとも１つの関連する電気負荷および／また
は少なくとも１つの関連するエネルギー貯蔵器を有し、
第１電圧ネットワークが燃料電池電圧ネットワークによ
って形成され、かつ第１双方向ＤＣ／ＤＣ変換器を介し
て第２電圧ネットワークに接続され、第１双方向ＤＣ／
ＤＣ変換器が第１電圧ネットワークと第２電圧ネットワ
ークの間でＤＣ絶縁を提供し、第２電圧ネットワークが
第２双方向変換器を介して第３電圧ネットワークに接続
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前提部
分による、乗物内で電力を生成および分配する装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】乗物内の燃料電池システムを用いた電力
生成のための装置は、以前は未公開であったＤＥ１９９
５４３０６．２の出願から知られている。燃料電池電圧
ネットワークは、高電圧ネットワークであり、この構成
では、ＤＣ／ＤＣ変換器を介してエネルギー貯蔵器を含
む第２高電圧ネットワークに接続されている。エネルギ
ー貯蔵器は、保護スイッチを介して、ＤＣ／ＤＣ変換器
およびアースに接続されている。エネルギー貯蔵器を含
む、少なくとも１つの低電圧ネットワークが、さらにＤ
Ｃ／ＤＣ変換器を介して、燃料電池電圧ネットワークに
接続されている。
【０００３】特に乗物において、第２高電圧ネットワー
クのエネルギー貯蔵器は、たとえば、人、エネルギー貯
蔵器、低電圧電子回路を保護するために、絶縁およびエ
ネルギー貯蔵管理に関して厳しい要求を受ける。バッテ
リ保護スイッチのような追加部品が必要とされている。
乗物において、高電圧エネルギー貯蔵器は特別な場合を
表わし、価格、空間要求および重量の増加を伴う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡単
な装置で、人員の安全および乗物の部品の安全が確保さ
れるような前述の装置を開発することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本目的は請求項１の特徴
によって達成される。すなわち、本発明は、変換器を介
して燃料電池ユニットに接続される少なくとも１つの電
気駆動モータを有し、燃料電池ユニットが、少なくとも
第１、第２および第３の電圧ネットワークに接続され、
それぞれの電圧ネットワークが少なくとも１つの関連す
る電気負荷および／または少なくとも１つの関連するエ
ネルギー貯蔵器を有し、第１電圧ネットワークが燃料電
池電圧ネットワークによって形成され、かつ第１双方向
ＤＣ／ＤＣ変換器を介して第２電圧ネットワークに接続
されている、乗物内で電力を生成および分配する装置で
あって、第１双方向ＤＣ／ＤＣ変換器が第１電圧ネット
ワークと第２電圧ネットワークの間でＤＣ絶縁を提供す
ること、および第２電圧ネットワークが第２双方向変換
器を介して第３電圧ネットワークに接続されていること
を特徴とする。本発明の利点は、高電圧エネルギー貯蔵
器をＤＣ／ＤＣ変換器およびアースに接続するどんな追
加保護スイッチも必要としないことである。これによ
り、少数の部品しか使用されないために、単純かつ小型
の回路設計が可能になる。装置の重量、およびその必要
とする空間が減少する。
【０００６】別の有利な特徴は、低価格の低電圧エネル
ギー貯蔵器が使用できることである。
【０００７】前述の特徴および以下の本文においてさら
に説明される特徴は、それぞれ説明された組み合わせに
おいてばかりでなく、他の組み合わせにおいて、また
は、それら自身に関して、本発明の範囲を逸脱すること
なく、使用されることができることは自明である。
【０００８】本発明のさらなる利点および改良は、別の
請求項および説明から明らかになるであろう。すなわ
ち、第２および第３の電圧ネットワークは、ＤＩＮ Ｖ
ＤＥ ０１００による安全特別低電圧未満、またはそれ
に等しい定格電圧を有する低電圧ネットワークである。
第２電圧ネットワークの定格電圧は第３電圧ネットワー
クの定格電圧より高い。第３電圧ネットワークは、第１
電圧ネットワークと第３電圧ネットワークの間でＤＣ絶
縁を提供する第３双方向ＤＣ／ＤＣ変換器を介して、第
１電圧ネットワークにさらに接続されている。第２電圧
ネットワークの第１エネルギー貯蔵器および第３電圧ネ
ットワークの第２エネルギー貯蔵器は、２電圧バッテリ
として組み合わされ、その定格電圧は第１エネルギー貯
蔵器の定格電圧に対応し、第１エネルギー貯蔵器は第２
エネルギー貯蔵器の定格電圧に等しい大きさの電圧のタ
ップを有する。また、第４電圧ネットワークが設けら
れ、第４電圧ネットワークは少なくとも１つの関連する
電気負荷および／または少なくとも１つの関連するエネ
ルギー貯蔵器を有し、かつ第４双方向ＤＣ／ＤＣ変換器
を介して第１電圧ネットワーク（２）に接続されてい
る。第４電圧ネットワークは、ＤＩＮ ＶＤＥ ０１０
０による安全特別低電圧より大きい定格電圧を有する高
電圧ネットワークである。第１および第２のＤＣ／ＤＣ
変換器は共通ハウジング内に配置されている。ＤＣ／Ｄ
Ｃ変換器は共通電源を有し、および／または、共通アー
ス接続部を使用し、および／または、共通冷却を有す
る。ＤＣ／ＤＣ変換器は、電流および／または電圧を平
滑化するための部品および／またはＥＭＣフィルタリン
グのための部品および／または過電圧に対する中心保護
のための部品を共同で使用する。ＤＣ／ＤＣ変換器は、
データバスに対するサブスクライバとして制御器に接続
されている。ＤＣ／ＤＣ変換器は、電流および／または
電圧を計測するセンサを有する。エネルギー貯蔵器の温
度を計測するセンサが設けられ、センサはＤＣ／ＤＣ変
換器に接続されている。
【０００９】本発明は、以下の本文において、図を参照
して、より詳細に説明される。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、好ましい電力生成および
分配システムの概略説明図である。燃料電池ユニット１
は、好ましくはＰＥＭ電池の形態であり得る電気的に内
部接続された個々の燃料電池を備えており、好ましくは
２極ライン・ネットワーク２を介して電気負荷に給電し
ている。ライン・ネットワーク２は、第１電圧ネットワ
ーク２と呼ばれる。燃料電池ユニット１は、好適には、
２極保護スイッチの形態または２つの単極保護スイッチ
の形態であり得る燃料電池保護スイッチ３を介して第１
電圧ネットワーク２に接続される。第１電圧ネットワー
ク２は、燃料電池電圧ネットワークに相当しており、た
とえば牽引用途のために、たとえば数百ボルトの電圧レ
ベルを有することができる。
【００１１】第１電圧ネットワーク２は変換器４を介し
て電気負荷、好ましくは、たとえば、乗物の車輪を駆動
する電気駆動モータ５に接続されている。第１電圧ネッ
トワーク２は、さらに、電気負荷、たとえば、図１にお
いてユニット６として組み合わされている補助駆動装置
および補助機具に接続されることができる。このような
負荷は、たとえば、（図示されていない）燃料電池シス
テム用空気圧縮機モータおよび／または燃料電池システ
ムに燃料および／または水のような媒体を供給するポン
プモータであってもよい。
【００１２】さらに、２極第１電圧ネットワーク２は、
双方向ＤＣ／ＤＣインタフェース７、たとえば、双方向
ＤＣ／ＤＣ変換器の接続部７．１／７．２に接続されて
おり、その接続部７．３／７．４は２極第２電圧ネット
ワーク８に接続されている。接続部７．４は好適にはア
ースに接続される。第２電圧ネットワーク８の定格電圧
は、第１電圧ネットワーク２の定格電圧より低く、ＤＩ
Ｎ ＶＤＥ ０１００による安全特別低電圧より低い
か、または、それに等しいのが好ましい。ＤＩＮＶＤＥ
０１００によれば、ＤＣ電圧が６０Ｖを超える場所で
は、直接接触に対する防護が確保されていなければなら
ない。ＤＩＮ ＶＤＥ ０１００によれば、安全特別低
電圧は６０Ｖより低いＤＣ電圧である。定格電圧という
表現は、装置、部品または電圧ネットワークが正常に動
作する電圧を意味している。第２電圧ネットワーク８
は、４２Ｖ車両ネットワークであるのが好ましい。ＤＣ
／ＤＣ変換器７は、第１電圧ネットワーク２と第２電圧
ネットワーク８の間のＤＣ絶縁を提供している。利点
は、第１電圧ネットワーク２により形成される高電圧ネ
ットワークが第２電圧ネットワーク８により形成される
低電圧ネットワークから確実に電気的に絶縁されること
である。
【００１３】第２電圧ネットワーク８は第１エネルギー
貯蔵器９に接続されている。第２電圧ネットワーク８が
４２Ｖの好ましい定格電圧を有する場合、３６Ｖの定格
電圧と約１ｋＷまたはそれを超える電力定格を有する、
第１エネルギー貯蔵器９、たとえば、バッテリ、特に、
鉛蓄電池および／またはスーパコンデンサと呼ばれてい
るものが好適に使用される。スーパコンデンサは、ま
た、以下の本文において、ＳｕｐｅｒＣａｐｓと呼ばれ
る。第２電圧ネットワーク８は、別の電気負荷、たとえ
ば、別の補助駆動装置、ファン、サーボステアリングの
部類に給電することができる。
【００１４】第２電圧ネットワーク８は、第２ＤＣ／Ｄ
Ｃ変換器１０の接続部１０．１／１０．３に接続されて
いる。第２ＤＣ／ＤＣ変換器１０は、接続部１０．２／
１０．３を介して２極第３電圧ネットワーク１１に接続
されている。接続部１０．３は好適にはアースに接続さ
れる。第３電圧ネットワーク１１は第２電圧ネットワー
ク８より低い定格電圧を有するのが好ましい。第３電圧
ネットワーク１１は、第２エネルギー貯蔵器１２に接続
されている。第１および／または第２エネルギー貯蔵器
９および１２として、たとえば、再充電可能なバッテ
リ、蓄電池および／またはＳｕｐｅｒＣａｐｓが使用さ
れることができる。第３電圧ネットワーク１１が１４Ｖ
の好ましい定格電圧を有する場合、第２エネルギー貯蔵
器１２として、１２Ｖの定格電圧を持つバッテリが好適
に使用される。前面ガラス・ワイパー・モータ、制御
器、白熱電球のような別の負荷は第３電圧ネットワーク
１２に接続されることができる。
【００１５】第２電圧ネットワーク８は４２Ｖの定格電
圧を有するのが好ましい。４２Ｖは、車両において４２
Ｖ車両ネットワークと呼ばれているものに通常使用され
ている定格電圧を意味することを意図している。４２Ｖ
車両ネットワークを使用する時の利点は、４２Ｖ車両ネ
ットワークが内燃機関を有する車両においてすでに広く
使用されていることである。１つの有利な特徴は、対応
するバッテリおよび負荷のような、４２Ｖ車両ネットワ
ーク用および１４Ｖ車両ネットワーク用部品は高いレベ
ルの開発信頼性を提供し、商業的に利用でき、従って、
比較的安いことである。
【００１６】別の典型的な実施形態において、第１およ
び第２エネルギー貯蔵器９および１２は、２電圧エネル
ギー貯蔵器の形態、たとえば、３６Ｖの定格電圧と、た
とえば１２Ｖの付加電圧タップとを有する２電圧バッテ
リである。これは、軽量で、小型で、空間節約の形態を
備えているという特徴を有する。
【００１７】本発明の１つの利点は、人員の安全および
乗物の部品の安全が、第１ＤＣ／ＤＣ変換器７が第１電
圧ネットワーク２と第２および第３電圧ネットワーク８
および１１の間のＤＣ絶縁を提供している点、および、
第２および第３電圧ネットワーク８および１１の定格電
圧が、ＤＩＮ ＶＤＥ ０１００により、安全特別低電
圧より低いか、または、それに等しい点で、改善されて
いることである。
【００１８】本発明の別の利点は、第２電圧ネットワー
ク８が第３電圧ネットワーク１１と機能的に直列に接続
されていることである。このことより、第２電圧ネット
ワーク８から第３電圧ネットワーク１１へ電力を供給す
ること、および、その逆を可能にしている。定格電圧が
１２Ｖである第２エネルギー貯蔵器１２は、定格電圧が
３６Ｖである第１エネルギー貯蔵器９から充電されるこ
と、また、その逆が行われることが好ましい。このこと
は、たとえば乗物の正常動作中に、電圧ネットワーク８
から第２ＤＣ／ＤＣ変換器１０を介して第２エネルギー
貯蔵器１２を充電すること、および／または、おそらく
第３電圧ネットワーク１１に配置された電圧負荷に給電
すること、を可能にすることを意味している。さらに、
第２エネルギー貯蔵器１２から、たとえば、燃料電池シ
ステムを始動させるために、電力が、第２ＤＣ／ＤＣ変
換器１０を介して第２電圧ネットワーク８へ送られるこ
とができる。
【００１９】別の典型的な実施形態において、ＤＣ絶縁
を有し、第１電圧ネットワーク２を第３電圧ネットワー
ク１１に接続する、（詳細には特定されていない）別の
第３ＤＣ／ＤＣ変換器を備えることができる。有利に
は、詳細には特定しない、この第３ＤＣ／ＤＣ変換器を
介して直接、エネルギー貯蔵器１２、および、おそらく
第３電圧ネットワーク１１に接続されている電気負荷に
給電することが可能である。乗物を始動している間、お
よび／または、加速している間に、（詳細には特定され
ていない）第３ＤＣ／ＤＣ変換器を介して、エネルギー
貯蔵器１２から電圧ネットワーク２の補助または付加装
置６に電力が提供されることができるのが好ましい。さ
らに、電力は、第２ＤＣ／ＤＣ変換器１０を介して、
（詳細には特定されていない）外部エネルギー貯蔵器、
たとえば、別の車両バッテリまたは標準充電器から第２
電圧ネットワーク８に供給されることができる。
【００２０】第２電圧ネットワーク８と第３電圧ネット
ワーク１１の好ましくは異なる定格電圧により、広い範
囲の可能な電気負荷が、本発明による電力生成および分
配システムに接続されることができる。
【００２１】燃料電池システムに対して迅速な始動方法
を確保するには１ｋＷを超える電力レベルが通常必要と
されている。第２電圧ネットワーク８としての好ましい
４２Ｖ車両ネットワークの一利点は、そのネットワーク
が、たとえば、燃料電池システムの始動時、加速中およ
び車両がアイドリングしている時に特に有利であるよう
な、また、第１ＤＣ／ＤＣ変換器７を介して駆動モータ
５および／または補助および付加装置６に提供されるよ
うな、大きな電力を提供することである。乗物の正常動
作中、第１エネルギー貯蔵器９は第１ＤＣ／ＤＣ変換器
７を介して第１電圧ネットワーク２から充電される。こ
のことは、有利には、燃料電池が迅速に動作温度に達す
ることを意味している。たとえば、車両がブレーキをか
けている時、駆動モータ５は発電機として動作させら
れ、この場合、生成される電力は第１ＤＣ／ＤＣ変換器
７を介して第１エネルギー貯蔵器９に供給されることが
できる。このことは、制動エネルギーが失われないの
で、全体システムの効率の改善につながる。
【００２２】別の典型的な実施形態において、詳細には
特定されていない、付加的な第４電圧ネットワークは、
詳細には特定されていない、第４ＤＣ／ＤＣ変換器を介
して、第１電圧ネットワーク２に接続されることができ
る。この第４電圧ネットワークは、ＤＩＮ ＶＤＥ ０
１００による、安全特別低電圧より大きな定格電圧を有
し、（詳細には特定されていない）少なくとも１つの電
気負荷および／または詳細には特定されていない、少な
くとも１つの第３エネルギー貯蔵器を含んでいることが
好ましい。高電圧エネルギー貯蔵器である、この第３エ
ネルギー貯蔵器は、たとえば、乗物の始動および／また
は加速のために、および／または大きな電力レベルが必
要とされる電気負荷を動作させるために、有利には、比
較的高い電力レベルが提供されることを可能にしてい
る。別の利点は、たとえば、車両がブレーキをかけてい
る時に、第３エネルギー貯蔵器により、より多くのエネ
ルギーが貯蔵されることができることである。
【００２３】図２は、燃料電池システム１を用いた好ま
しい電力生成および分配システムの別の概略説明図であ
る。同じ部品には図１と同じ参照記号が付けられてい
る。前の図１と対照的に、第１ＤＣ／ＤＣ変換器７およ
び第２ＤＣ／ＤＣ変換器１０は共通ハウジング１３に統
合されている。ハウジング１３内のＤＣ／ＤＣ変換器
７，１０は、接続部１３．１／１３．２を介して第１電
圧ネットワーク２に、接続部１３．３／１３．５を介し
て第２電圧ネットワーク８に、そして、接続部１３．４
／１３．５を介して第３電圧ネットワーク１１に接続さ
れている。接続部１３．５はアース接続されている。
【００２４】１つの有利な特徴は、第２および第３電圧
ネットワーク８，１１用の２つのＤＣ／ＤＣ変換器が単
一アース接続しか必要としないことである。２つのＤＣ
／ＤＣ変換器の動作のための電源はまた共通であっても
よい。２つのＤＣ／ＤＣ変換器に対して、共通冷却もま
た備えることができる。同様に、たとえば、制御器およ
び／または別の部品とのデータバス接続、ならびに電流
および／または電圧を平滑化するための、ＥＭＣフィル
タリングのための、および、過電圧に対する中心保護の
ための部品を共同で使用することができる。ＥＭＣの略
語は電磁両立性を表わしている。接続部およびラインも
同様に共同で使用することができる。さらに、この実施
形態は、少数の部品により、軽量で、小型で、空間節約
の形態を備えている利点を有する。
【００２５】図３は、図示されていない共通ハウジング
内で結合された第１および第２ＤＣ／ＤＣ変換器７およ
び１０を好都合に有する装置の好ましい実施形態を示す
図である。同じ部品には図１および図２と同じ参照記号
が付けられている。２極第１電圧ネットワーク２は、浮
動ネットワークであり、第１ＤＣ／ＤＣ変換器７に接続
されている。ＤＣ／ＤＣ変換器７はライン１５．１／１
５．２を介して第２ＤＣ／ＤＣ変換器１０に接続されて
いる。ライン１５．２はアース１７に接続されている。
【００２６】第２ＤＣ／ＤＣ変換器１０は、ライン１
６．１／１６．３を介して第２電圧ネットワーク８に、
そして、ライン１６．２／１６．３を介して第３電圧ネ
ットワーク１１に接続されている。ライン１６．３はア
ース１７に接続されている。第１エネルギー貯蔵器９は
第２電圧ネットワーク８に配置されている。別の電気負
荷が第１エネルギー貯蔵器９と並列に配置され得ること
が好適である。ライン１６．１は第１エネルギー貯蔵器
９の接続部９．１に接続されている。第１エネルギー貯
蔵器９の接続部９．２はアース１７に接続されている。
第２エネルギー貯蔵器１２は第３電圧ネットワーク１１
に配置されている。別の電気負荷が第２エネルギー貯蔵
器１２と並列に配置され得ることが好適である。第２エ
ネルギー貯蔵器１２の接続部１２．１はライン１６．２
に接続されている。第２エネルギー貯蔵器１２の接続部
１２．２はアース１７に接続されている。電圧および／
または電流を平滑化およびフィルタリングするコンデン
サ、負荷軽減回路および整流用ダイオードは第１電圧ネ
ットワーク２において都合良く使用されているが、明か
な理由で、図３には示されてはいない。
【００２７】第１電圧ネットワーク２のライン２．１は
抵抗Ｒ３の１つの極に接続されている。抵抗Ｒ３の第２
の極はインダクタンスＬ３の１つの極に接続されてい
る。インダクタンスＬ３の第２の極はライン１８に接続
されている。インダクタンスＬ３は誘導子として働き、
特に電流平滑化用に使用される。抵抗Ｒ３は特に電流計
測に使用されている。別の電流センサが使用されてもよ
い。ライン１８とライン２．２はブリッジ回路１４に接
続されている。ブリッジ回路は、４つのスイッチＳ５，
Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８を備え、ブリッジ回路のＳ５とＳ６は
互いに直列に接続され、かつＳ７とＳ８に並列に接続さ
れており、Ｓ７とＳ８は互いに直列に接続されている。
スイッチＳ５とＳ８は、電力が第１電圧ネットワーク２
から第２電圧ネットワーク８に供給されることを意図し
ている動作モードにおいて、第１電圧ネットワーク２の
電圧に対してインバータとして働くために、スイッチＳ
６とＳ７が同時に開いたり、閉じたりしている状態で、
交互に開いたり、閉じたりする。このことは、ブリッジ
回路が第１電圧ネットワーク２から第２電圧ネットワー
ク８への電力の流れ方向を制御するのに使用されている
ことを意味している。第１ＤＣ／ＤＣ変換器７を介し
て、第２電圧ネットワーク８から第１電圧ネットワーク
２に供給される電圧は、詳細には特定されていないが、
通常の方法で、スイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８と並列
に背中合わせに接続されているダイオードにより整流さ
れる。並列に背中合わせとは、ダイオードを通しての順
方向への電流流れ方向が、スイッチを通る好ましい電流
の流れ方向と反対方向であることを意味している。これ
らのダイオードは、図を単純で明快にするために、図２
に示されていない。
【００２８】ライン１４．１および１４．２は、ライン
１４．２がスイッチＳ５とＳ６の間でブリッジ回路１４
に接続され、ライン１４．１がスイッチＳ７とＳ８の間
でブリッジ回路１４に接続された状態で、ブリッジ回路
をＤＣ／ＤＣ変換器７の変圧器Ｔｒ１の一方の側に接続
している。変圧器Ｔｒ１の他方の側は、インダクタンス
Ｌ２の１つの極に接続されている中心タップＴｒ１．２
を有する。変圧器Ｔｒ１のこの側の極Ｔｒ１．１はダイ
オードＤ３のカソードに接続されている。変圧器のこの
側の極Ｔｒ１．３はダイオードＤ４のカソードに接続さ
れている。ダイオードＤ３とＤ４のアノードは、アース
１７に接続されている。装置動作モードで、電力が第１
電圧ネットワーク２から第２電圧ネットワーク８に供給
されているような場合に、ダイオードＤ３とＤ４が変圧
器Ｔｒ１のこの側を流れる電流を整流するのに使用され
る。ダイオードＤ３とＤ４は、スイッチＳ３とスイッチ
Ｓ４と並列に背中合わせに配列されている。電力が第１
電圧ネットワーク２から第２電圧ネットワーク８に供給
されている時に、スイッチＳ３とＳ４が同期整流のため
に使用されることができる。上述した動作モードにおい
て、このことは効率を増すことにつながる。電力が第２
電圧ネットワーク８から第１電圧ネットワーク２に供給
される動作モードにおいて、スイッチＳ３とＳ４は、第
２電圧ネットワーク８の電圧に対するインバータとして
働くために、交互に動作する。インダクタンスＬ２は、
特に、電流平滑化のために使用される。
【００２９】ダイオードＤ１のカソードはインダクタン
スＬ２の他の極に接続されている。ダイオードＤ２のカ
ソードはダイオードＤ１のアノードに接続されている。
ダイオードＤ２のアノードはアース１７に接続されてい
る。ダイオードＤ１はスイッチＳ１と並列に背中合わせ
に接続されている。ダイオードＤ２はスイッチＳ２と並
列に背中合わせに接続されている。ダイオードＤ１のカ
ソードは、また、抵抗Ｒ１の１つの極に接続されてお
り、それの第２極がライン１６．１に接続されている。
抵抗Ｒ１は、特に、電流計測に使用される。抵抗Ｒ１の
代わりに、他の何らかの電流センサが使用されることが
できる。第１エネルギー貯蔵器９の接続部９．２はアー
ス１７に接続されている。
【００３０】インダクタンスＬ１の１つの極は、ダイオ
ードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードの間に
接続されている。抵抗Ｒ２の１つの極はインダクタンス
Ｌ１の他の極に接続されている。抵抗Ｒ２の他の極はラ
イン１６．２に接続されている。抵抗Ｒ２は特に電流計
測に使用される。抵抗Ｒ２の代わりに、他の何らかの電
流センサが使用されることができる。第２エネルギー貯
蔵器１２の接続部１２．２はアース１７に接続されてい
る。
【００３１】スイッチＳ１が閉じて、スイッチＳ２が開
いている時、第２エネルギー貯蔵器１２は第１電圧ネッ
トワー２および／または第２電圧ネットワー８からのエ
ネルギーで充電される。スイッチＳ１が開いている時
に、第３電圧ネットワーク１１から第１エネルギー貯蔵
器９を再充電するために、スイッチＳ２は、インダクタ
ンスＬ１が磁化されるまで、閉じたままにさせられる。
その後、Ｓ２は開く。第１および第２エネルギー貯蔵器
９および１２の充電は、スイッチＳ１とＳ２の切換周波
数またはデューティ比により調整されることができる。
インダクタンスＬ１とＬ２は特にエネルギー貯蔵誘導子
として働く。さらに、それらは電流平滑化のために使用
される。２つのＤＣ／ＤＣ変換器７および１０は互いに
独立に動作されることができる。
【００３２】スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，
Ｓ６，Ｓ７およびＳ８はＭＯＳＦＥＴおよび／またはＩ
ＧＢＴの形態であることが好ましい。第２および第３電
圧ネットワーク８および１１の定格電圧はそれぞれ４２
Ｖと１４Ｖであることが好ましく、第１および第２エネ
ルギー貯蔵器９および１２の定格電圧はそれぞれ３６Ｖ
と１２Ｖであることが好ましい。第１および第２エネル
ギー貯蔵器９および１２はバッテリおよび／またはＳｕ
ｐｅｒＣａｐであることが好ましい。第１エネルギー貯
蔵器９は約１ｋＷか、または、それを超える電力定格を
有することが好ましい。価格を最少にするために、第１
エネルギー貯蔵器９は、それぞれが１２Ｖの定格電圧を
有する、３つの直列接続されたバッテリの形態であるこ
とができる。
【００３３】別の有利な改良において、詳細には特定さ
れていないコンデンサ、特に、電解コンデンサが第１エ
ネルギー貯蔵器９と並列に接続される。このコンデンサ
は電流平滑化のために、インダクタンスＬ２とともに、
好都合に使用される。
【００３４】本発明の別の有利な改良において、詳細に
は特定されていないＳｕｐｅｒＣａｐは第１エネルギー
貯蔵器９と並列に接続される。このことは、たとえば、
乗物を加速するために、より高い電力レベルが第１電圧
ネットワーク２に供給されることができ、従って、より
高い電力レベルが利用できるという利点を有する。別の
利点は、たとえば、乗物がブレーキをかけている時、よ
り多くのエネルギーが貯蔵されることができることであ
る。同じ電力要求に対して、詳細には特定されていない
ＳｕｐｅｒＣａｐを並列に接続することにより、第１エ
ネルギー貯蔵器９の電力定格に対する要求を減ずること
が可能となる。ＳｕｐｅｒＣａｐを並列に接続すること
により、充電／放電電流がＳｕｐｅｒＣａｐと第１エネ
ルギー貯蔵器９の間で共有され、そのために第１エネル
ギー貯蔵器９が、並列に接続されたＳｕｐｅｒＣａｐが
無い構成においてそうであるよりも少ないエネルギーし
か変換する必要がないために、第１エネルギー貯蔵器９
の寿命を増加させることが可能となる。
【００３５】本発明の別の有利な改良において、第１、
第２および第３電圧ネットワーク２，８および１１から
の電流および／または電圧計測値は、ディジタル形式
で、直接的にまたは間接的に、第１および／または第２
ＤＣ／ＤＣ変換器７，１０を介して、図示されていない
制御器に供給されている。例示的なものとして、図３に
おいて電流計測が抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲ３により提供
されている。他の電流センサがまた使用されてもよい。
制御器は、計測された値を処理し、および／または、デ
ータバスに接続されている任意の他の構成要素と同様
に、乗物内部データバス、たとえば、ＣＡＮバスを介し
て計測された値を利用可能にする。データバスに接続さ
れているエネルギー貯蔵管理システム、たとえば、バッ
テリ管理システムが、計測された値を読み、好ましくは
電流計測値を積分することにより、エネルギー貯蔵器
９，１２の充電状態を評価することが可能になる。電流
および電圧のような最も重要な特性値がすでにＤＣ／Ｄ
Ｃ変換器において検出されており、従って、ＤＣ／ＤＣ
変換器において利用できるため、エネルギー管理は、ま
た、ＤＣ／ＤＣ変換器７，１０により直接行われること
もできる。
【００３６】本発明の別の有利な改良において、図示さ
れていない、第１および第２エネルギー貯蔵器９，１２
の温度を計測するセンサが備わっており、第１および第
２ＤＣ／ＤＣ変換器７，１０に接続されている。エネル
ギー貯蔵管理システムは、第１および第２ＤＣ／ＤＣ変
換器７，１０から直接に温度値を得ることができ、それ
らを評価することができる。温度計測値は、図示されて
いないが、データバスに接続されている制御器およびデ
ータバスに接続されている他の負荷に対して利用される
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】別々に図示された第１および第２ＤＣ／ＤＣ変
換器を有する、好ましい電力生成および分配システムの
概略説明図である。
【図２】統合された形態で図示された第１および第２Ｄ
Ｃ／ＤＣ変換器を有する、好ましい電力生成および分配
システムの概略説明図である。
【図３】第１および第２ＤＣ／ＤＣ変換器を図示してい
る、好ましい電力分配システムの例示的な実施形態を示
す図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池ユニット ２ 第１電圧ネットワーク ３ 燃料電池保護スイッチ ５ 電気駆動モータ ６ 補助または付加装置 ７ 第１ＤＣ／ＤＣ変換器 ８ 第２電圧ネットワーク ９ 第１エネルギー貯蔵器 １０ 第２ＤＣ／ＤＣ変換器 １１ 第３電圧ネットワーク １２ 第２エネルギー貯蔵器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500074800 Ｎｅｕｅ ｓｔｒａｓｓｅ 95 Ｋｉｒｃ ｈｈｅｉｍ／Ｔｅｃｋ−Ｎａｂｅｒｎ Ｄ ｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ (72)発明者 マティアス ベーミッシュ ドイツ国 78224 ジンゲン カナールシ ュトラーセ １Ｂ (72)発明者 ヴォルフガンク ツィンザー ドイツ国 73230 キルヒハイム／テック エルケンベルクシュトラーセ 10 Ｆターム(参考） 5H115 PA08 PA11 PG04 PI18 PU01 PV02 SE06 TI05 TI06 TO14 TR19 TU04

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 変換器（４）を介して燃料電池ユニット
    （１）に接続される少なくとも１つの電気駆動モータ
    （５）を有し、燃料電池ユニット（１）が、少なくとも
    第１（２）、第２（８）および第３（１１）の電圧ネッ
    トワークに接続され、それぞれの電圧ネットワークが少
    なくとも１つの関連する電気負荷および／または少なく
    とも１つの関連するエネルギー貯蔵器（９，１２）を有
    し、第１電圧ネットワーク（２）が燃料電池電圧ネット
    ワークによって形成され、かつ第１双方向ＤＣ／ＤＣ変
    換器（７）を介して第２電圧ネットワーク（８）に接続
    されている、乗物内で電力を生成および分配する装置で
    あって、 第１双方向ＤＣ／ＤＣ変換器（７）が第１電圧ネットワ
    ーク（２）と第２電圧ネットワーク（８）の間でＤＣ絶
    縁を提供すること、および第２電圧ネットワーク（８）
    が第２双方向変換器（１０）を介して第３電圧ネットワ
    ーク（１１）に接続されていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 第２（８）および第３（１１）の電圧ネ
    ットワークが、ＤＩＮ ＶＤＥ ０１００による安全特
    別低電圧未満、またはそれに等しい定格電圧を有する低
    電圧ネットワークであることを特徴とする、請求項１に
    記載の装置。
  3. 【請求項３】 第２電圧ネットワーク（８）の定格電圧
    が第３電圧ネットワーク（１１）の定格電圧より高いこ
    とを特徴とする、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 第３電圧ネットワーク（１１）が、第１
    電圧ネットワーク（２）と第３電圧ネットワーク（１
    １）の間でＤＣ絶縁を提供する第３双方向ＤＣ／ＤＣ変
    換器を介して、第１電圧ネットワーク（２）にさらに接
    続されていることを特徴とする、請求項１に記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 第２電圧ネットワーク（８）の第１エネ
    ルギー貯蔵器（９）および第３電圧ネットワーク（１
    １）の第２エネルギー貯蔵器（１２）が、２電圧バッテ
    リとして組み合わされ、その定格電圧が第１エネルギー
    貯蔵器（９）の定格電圧に対応し、第１エネルギー貯蔵
    器が第２エネルギー貯蔵器（１２）の定格電圧に等しい
    大きさの電圧のタップを有することを特徴とする、請求
    項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 第４電圧ネットワークが設けられ、第４
    電圧ネットワークが少なくとも１つの関連する電気負荷
    および／または少なくとも１つの関連するエネルギー貯
    蔵器を有し、かつ第４双方向ＤＣ／ＤＣ変換器を介して
    第１電圧ネットワーク（２）に接続されていることを特
    徴とする、請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 第４電圧ネットワークが、ＤＩＮ ＶＤ
    Ｅ ０１００による安全特別低電圧より大きい定格電圧
    を有する高電圧ネットワークであることを特徴とする、
    請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 第１（７）および第２（１０）のＤＣ／
    ＤＣ変換器が共通ハウジング内に配置されていることを
    特徴とする、請求項１に記載の装置。
  9. 【請求項９】 ＤＣ／ＤＣ変換器（７，１０）が共通電
    源を有し、および／または、共通アース接続部（１３．
    ５）を使用し、および／または、共通冷却を有すること
    を特徴とする、請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 ＤＣ／ＤＣ変換器（７，１０）が電流
    および／または電圧を平滑化するための部品および／ま
    たはＥＭＣフィルタリングのための部品および／または
    過電圧に対する中心保護のための部品を共同で使用する
    ことを特徴とする、請求項８または９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ＤＣ／ＤＣ変換器（７，１０）がデー
    タバスに対するサブスクライバとして制御器に接続され
    ていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 ＤＣ／ＤＣ変換器（７，１０）が電流
    および／または電圧を計測するセンサを有することを特
    徴とする、請求項１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 エネルギー貯蔵器（９，１２）の温度
    を計測するセンサが設けられ、センサがＤＣ／ＤＣ変換
    器（７，１０）に接続されていることを特徴とする、請
    求項１に記載の装置。
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