JP4163875B2 - 乗物内で電力を生成し負荷に分配する装置 - Google Patents

Description

【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ＤＥ１９９５４３０６．２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ＤＣ／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 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。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つの異なる電圧を有する２電圧バッテリとして組み合わされる。
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 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。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／ＤＣ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、ＤＩＮ 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／ＤＣ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４２Ｖ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 ０１００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１５．１／１５．２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１６．１／１６．３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Ｓ６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ＩＧＢＴ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４２Ｖ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ＳｕｐｅｒＣａｐ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２ＤＣ／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／ＤＣ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

Claims (13)

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を有し、および第２（８）と第３（１１）の電圧ネットワークがそれぞれ少なくとも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ＤＣ／ＤＣ変換器（１０）を介して第３電圧ネットワーク（１１）に機能的に直列に接続されていること、および第２電圧ネットワーク（８）と第３電圧ネットワーク（１１）とが前記関連する電気負荷を正常に動作させる互いに異なる定格電圧を有すること、および第３電圧ネットワーク（１１）のエネルギー貯蔵器（１２）から、燃料電池システムを始動させるために、電力が、第２双方向ＤＣ／ＤＣ変換器（１０）を介して第２電圧ネットワーク（８）へ送られ、かつ第２電圧ネットワーク（８）から第１双方向ＤＣ／ＤＣ変換器（７）を介して燃料電池システム用負荷に提供され得ることを特徴とする装置。
2. 第２（８）および第３（１１）の電圧ネットワークが、ＤＣ電圧６０Ｖ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. 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. 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（１１）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. 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（１１）の第２エネルギー貯蔵器（１２）が、２つの異なる電圧を有する２電圧バッテリとして組み合わされることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
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. 第４電圧ネットワークが、ＤＣ電圧６０Ｖ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. 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. 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. 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. ＤＣ／ＤＣ変換器（７，１０）が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. 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. 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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