WO2019214976A1 - Verfahren zum betreiben eines hochvoltbordnetzes eines kraftfahrzeugs, und hochvoltbordnetz - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines hochvoltbordnetzes eines kraftfahrzeugs, und hochvoltbordnetz Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a high-voltage vehicle electrical system. Furthermore, the invention relates to a corresponding high-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle, with a high-voltage battery and a fuel cell fuel. The high-voltage battery is over a
  • DC-DC converter connected to an inverter of an electric traction unit of the motor vehicle.
  • Known Hochvoltbordnetze with a high-voltage battery and a fuel cell usually have two DC voltage converter.
  • a DC-DC converter is usually arranged between the fuel cell and the inverter of the electric traction unit, while the other DC voltage converter is arranged between the high-voltage battery and the inverter.
  • the operating voltage of the fuel cell can be adjusted, while the operating voltage of the high-voltage battery can be adjusted by the other DC-DC converter.
  • the two DC-DC converters space is required and the vehicle weight is increased. Furthermore, DC losses cause power losses.
  • a high-voltage vehicle electrical system is operated. The following steps are carried out:
  • the invention is based on the finding that the fuel cell fuel cell also directly, so DC converter can be tied to the inverter, especially if the loading operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is adapted to the operating voltage of the fuel cell before coupling the fuel cell with the high-voltage vehicle electrical system.
  • Fuel cells usually increase their operating voltage after activation. This would mean that the fuel cell - can be coupled to the high-voltage vehicle electrical system - in direct connection of the fuel cell with the inverter - only if the operating voltage of the fuel cell to the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system. The fuel cell would therefore have to be operated for a while until the ent speaking operating voltage for coupling with the high-voltage vehicle electrical system provided. The fuel cell is used only from the coupling of the fuel cell with the high-voltage vehicle electrical system. Before the coupling, the fuel cell is operated in particular without using the energy generated.
  • the fuel cell can be earlier coupled directly to the high-voltage electrical system, as would be the case without adjustment of the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system .
  • the energy of the fuel cell which is generated at the beginning, ie shortly after the activation of the fuel cell, so earlier can be fed into the high-voltage electrical system, whereby the high-voltage electrical system or the fuel cell is operated energieeffizi enter.
  • the fuel cell is coupled in step f) by a fuel cell switch with the high-voltage vehicle electrical system.
  • the fuel cell switch can be designed as a contactor.
  • the fuel cell cell switch is preferably arranged between the fuel cell and the inverter.
  • the fuel cell switch for coupling the Fuel cell, the fuel cell switch in particular special closed.
  • the fuel cell switch allows the fuel cell to be connected to the inverter in an energy-efficient and space-saving manner.
  • the fuel cell cell switch is opened before activation of the fuel cell in step c).
  • the fuel cell is decoupled from the high-voltage vehicle electrical system and can be activated without there being a significant voltage difference between the operating voltage of the fuel cell and the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system.
  • the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system for adaptation to the current operating voltage of the fuel cell in step e) is reduced.
  • the fuel cell can be coupled earlier in the ramp-up state or in the starting phase, in which the operating voltage of the fuel cell increases continuously with the high-voltage electrical system, as if the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is not reduced.
  • the energy of the fuel cell can be fed earlier into the high-voltage electrical system, as if the coupling of the fuel cell takes place later, namely, only when the fuel cell has reached an operating voltage which is similar to the loading operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system.
  • the operating voltage of the fuel cell and / or the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system after coupling of the fuel cell in step f) is increased.
  • the inverter and thus also the traction be powered on a higher voltage, making the traction unit more powerful and efficient. It is thus provided in particular that the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system for the coupling process of the fuel cell is temporarily reduced and after the successful coupling process again, for example, to the original level, is increased.
  • the coupling of the fuel cell takes place at a time when the motor vehicle does not retrieve the full power of the traction unit, but rather preferably at a time in which it is anticipated that the future performance of the fuel cell is needed. Therefore, the coupling signal can be generated and the vehicle electrical system coupling of the fuel cell can be performed according to the method.
  • a decoupling signal is generated, and the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is adjusted depending on the decoupling signal to the operating voltage of the fuel cell, wherein the fuel cell is operated de-energized after adjusting using the decoupling signal, i. the voltage difference between the fuel cell and the high-voltage on-board network is zero.
  • the fuel cell is then decoupled from the high-voltage on-board electrical system during power-off operation. In particular, the fuel cell is switched off or deactivated after decoupling.
  • the fuel cell is operated without power and the fuel cell can be decoupled by opening the fuel cell switch from the high-voltage vehicle electrical system.
  • steps a) to f) are carried out in the given order. Due to the given order, the fuel cell becomes energy efficient and efficient Essentially coupled without voltage jumps to the high-voltage vehicle electrical system.
  • the invention also relates to a high-voltage vehicle electrical system.
  • the high-voltage vehicle electrical system according to the invention has a high-voltage battery and a fuel cell.
  • the high-voltage battery is electrically connected via a DC-DC converter with an inverter in an electric traction unit of the motor vehicle.
  • the fuel cell is electrically connected directly to the inverter, that is, DC voltage without transformer.
  • a switch in particular a fuel cell switch, is arranged between the fuel cell and the inverter.
  • the high-voltage on-board network can be made more space-saving and energy-efficient. Furthermore, passive components of the high-voltage vehicle electrical system can be made smaller or completely saved.
  • a fuel cell switch is arranged, and the power connection point is directly electrically connected to the DC-DC converter, the inverter, and the fuel cell.
  • the power connection point Through the power connection point are the Fuel cell and the high-voltage battery in particular connected in parallel.
  • the high-voltage on-board electrical system can then be supplied with energy both from the fuel cell and from the high-voltage battery.
  • the high-voltage onboard network has a control unit which is adapted to generate a coupling signal, by which the fuel cell is coupled to the high-voltage vehicle electrical system, and / or a decoupling signal, by which the fuel cell is decoupled from the high-voltage vehicle electrical system, to create.
  • the control unit can then be adjusted preferably also the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system.
  • the adjustment of the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system preferably takes place via the DC-DC converter.
  • the control unit can be connected to the DC-DC converter to transmit control signal.
  • 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 each designed to carry out the respective method steps.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a motor vehicle with an exemplary embodiment of a high-voltage on-board electrical system according to the invention.
  • the FIG. 1 shows a schematic plan view of a motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 has a high-voltage on-board network 2 and a traction unit 3.
  • the traction unit 3 may be formed, for example, as an electric motor.
  • the main drive power of the motor vehicle 1 is provided by the traction unit 3.
  • the high-voltage vehicle electrical system 2 has an inverter 4, a fuel cell 5, a high-voltage battery 6, a DC voltage converter 7 and a fuel cell 8.
  • the fuel cell 5 is electrically connected to the high-voltage vehicle electrical system 2 via the fuel cell switch 8. More specifically, by closing the fuel cell switch 8, a first high-voltage vehicle electrical system section 9 having the fuel cell 5 is electrically connected to a second high-voltage vehicle electrical system section 10 having the high-voltage battery 6 and the DC-DC converter 7.
  • the high-voltage battery 6 is connected according to the embodiment only via the DC-DC converter 7 to the inverter 4.
  • a power connection point 11 is arranged between the fuel cell switch 8, the inverter 4 and the DC-DC converter 7, a power connection point 11 is arranged.
  • the fuel cell switch 8 in turn is arranged according to the embodiment directly between the fuel cell 5 and the power connection point 11.
  • the high-voltage vehicle electrical system has a control unit 12, which is connected according to the embodiment with the DC-DC converter 7 to transmit control signal.
  • control of the DC-DC converter 7 can be carried out by the control unit 12 in order to ensure that operating voltage 13 of the high-voltage vehicle electrical system 3, in particular of the second high-voltage electrical system section 10, adapt, in particular to increase or decrease.
  • An operating voltage 14 is provided by the fuel cell 5. If the fuel cell switch 8 is open, the operating voltage 14 of the fuel cell 5 is present only in the first high-voltage onboard power supply section 9.
  • a method for operating the high-voltage vehicle electrical system 2 now proceeds as follows, for example.
  • a coupling signal 15 to the vehicle electrical system coupling of the fuel cell 5 is generated.
  • the current operating voltage 14 of the fuel cell 5 is determined.
  • the operating voltage 13 of the high-voltage vehicle electrical system 2 by means of the DC-DC converter 7 to the operating voltage 14 of
  • Fuel cell 5 adapted or brought to the same voltage level.
  • the high-voltage vehicle electrical system (2) is set up to adjust the operating voltage (13) of the high-voltage vehicle electrical system (2) to the operating voltage (14) of the fuel cell (5) in step e).
  • the fuel cell 5 is directly coupled to the high-voltage vehicle electrical system 2, that is to say the fuel cell switch 8 is closed.
  • the combustion Substance cell switch 8 can be closed without current flow.
  • the fuel cell 5 can now feed the traction unit 3 or a drive train of the motor vehicle 1 without losses of a DC-DC converter.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes (2) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem folgende Schritte durchgeführt werden: a) Erzeugen eines Kopplungssignals (15) zur Bordnetzankopplung einer Brennstoffzelle (5) des Kraftfahrzeugs (1); b) Durchführen von Schritten c) bis f) abhängig von dem Kopplungssignal (15); c) Aktivieren der Brennstoffzelle (5) abhängig von dem Kopplungssignal (15); d) Bestimmen einer aktuellen Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5); e) Anpassen einer Betriebsspannung (13) des von der Brennstoffzelle (5) entkoppelten Hochvoltbordnetz (2) an die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5); und f) Koppeln der Brennstoffzelle (5)mit dem Hochvoltbordnetz (2).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes eines
Kraftfahrzeugs, und Hochvoltbordnetz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein dementsprechendes Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hochvoltbatterie und einer Brenn stoffzelle. Die Hochvoltbatterie ist dabei über einen
Gleichspannungswandler mit einem Inverter einer elektrischen Traktionseinheit des Kraftfahrzeugs verbunden.
Bekannte Hochvoltbordnetze mit einer Hochvoltbatterie und einer Brennstoffzelle weisen üblicherweise zwei Gleichspannungs wandler auf. Ein Gleichspannungswandler ist dabei üblicherweise zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter der elektrischen Traktionseinheit angeordnet, während der andere Gleichspan nungswandler zwischen der Hochvoltbatterie und dem Inverter angeordnet ist. Durch einen Gleichspannungswandler kann die Betriebsspannung der Brennstoffzelle angepasst werden, während durch den anderen Gleichspannungswandler die Betriebsspannung der Hochvoltbatterie angepasst werden kann.
Durch die zwei Gleichspannungswandler wird Bauraum benötigt und das Fahrzeuggewicht wird erhöht. Weiterhin fallen durch die Gleichspannungswandler Leistungsverluste an.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes und ein Hochvoltbordnetz zu schaffen, bei welchem bzw. mit welchem ein Hochvoltbordnetz mit einer
Brennstoffzelle und einer Hochvoltbatterie bauraumsparender ausgebildet und energieeffizienter betreiben werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Hochvoltbordnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs betrieben. Es werden folgende Schritte durchgeführt :
a) Erzeugen eines Kopplungssignals zur Bordnetzankopplung einer Brennstoffzelle des Kraftfahrzeugs;
b) Durchführen von Schritten c) bis f) abhängig von dem
Kopplungssignal ;
c) Aktivieren der Brennstoffzelle abhängig von dem Kopp
lungssignal ;
d) Bestimmen einer aktuellen Betriebsspannung der Brenn
stoffzelle;
e) Anpassen einer Betriebsspannung des von der Brennstoffzelle entkoppelten Hochvoltbordnetzes an die Betriebsspannung der Brennstoffzelle; und
f) Koppeln der Brennstoffzelle mit dem Hochvoltbordnetz.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Brenn stoffzelle auch direkt, also gleichspannungswandlerlos, mit dem Inverter gebunden sein kann, insbesondere falls die Be triebsspannung des Hochvoltbordnetzes an die Betriebsspannung der Brennstoffzelle vor dem Koppeln der Brennstoffzelle mit dem Hochvoltbordnetz angepasst wird.
Brennstoffzellen steigern nach dem Aktivieren üblicherweise ihre Betriebsspannung. Dies würde dazu führen, dass die Brenn stoffzelle - bei direkter Verbindung der Brennstoffzelle mit dem Inverter - erst mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt werden kann, falls die Betriebsspannung der Brennstoffzelle der Betriebs spannung des Hochvoltbordnetzes entspricht. Die Brennstoffzelle müsste also eine Zeit lang betrieben werden, bis die ent sprechende Betriebsspannung zum Koppeln mit dem Hochvoltbordnetz bereitgestellt wird. Die durch die Brennstoffzelle wird erst ab der Kopplung der Brennstoffzelle mit dem Hochvoltbordnetz vom Kraftfahrzeug genutzt. Vor der Kopplung wird die Brennstoffzelle insbesondere betrieben ohne die erzeugte Energie zu nutzen.
Dadurch, dass die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes, insbesondere durch einen Gleichspannungswandler zwischen der Hochvoltbatterie und dem Inverter, angepasst wird, also ins besondere herabgesetzt wird, kann die Brennstoffzelle früher mit dem Hochvoltbordnetz direkt gekoppelt werden, als dies ohne Anpassung der Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes der Fall wäre. Die Energie der Brennstoffzelle, welche zu Beginn, also kurz nach der Aktivierung der Brennstoffzelle erzeugt wird, kann also früher in das Hochvoltbordnetz eingespeist werden, wodurch das Hochvoltbordnetz bzw. die Brennstoffzelle energieeffizi enter betrieben wird.
Ferner kann durch die, insbesondere lediglich über einen Brennstoffzellenzuschalter ausgebildete Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter, Energie mit weniger Verlust, welcher beispielsweise bei einem zusätzlichen Gleichspan nungswandler für die Brennstoffzelle entstehen würde, vermieden werden .
Weiterhin kann durch den Verzicht auf den zusätzlichen
Gleichspannungswandler zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter Bauraum im Kraftfahrzeug eingespart werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzelle im Schritt f) durch einen Brennstoffzellenzuschalter mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt wird. Der Brennstoffzellenzuschalter kann dabei als Schaltschütz ausgebildet sein. Der Brenn stoffzellenzuschalter ist dabei vorzugsweise zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter angeordnet. Für das Koppeln der Brennstoffzelle wird der Brennstoffzellenzuschalter insbe sondere geschlossen. Durch den Brennstoffzellenzuschalter kann die Brennstoffzelle energieeffizient und bauraumsparend mit dem Inverter verbunden werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Bren- stoffzellenzuschalter vor dem Aktivieren der Brennstoffzelle im Schritt c) geöffnet wird. Durch das Öffnen des Brennstoff- zellenzuschalters wird die Brennstoffzelle vom Hochvoltbordnetz entkoppelt und kann aktiviert werden, ohne dass eine wesentliche Spannungsdifferenz zwischen der Betriebsspannung der Brenn stoffzelle und der Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes besteht .
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebs spannung des Hochvoltbordnetzes zur Anpassung an die aktuelle Betriebsspannung der Brennstoffzelle im Schritt e) reduziert wird. Durch das Reduzieren der Betriebsspannung des Hoch- voltbordnetzes kann die Brennstoffzelle im hochfahrenden Zustand bzw. in der Startphase, in welchem die Betriebsspannung der Brennstoffzelle kontinuierlich zunimmt, früher mit dem Hoch voltbordnetz gekoppelt werden, als wenn die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes nicht reduziert wird. Dadurch kann die Energie der Brennstoffzelle früher in das Hochvoltbordnetz eingespeist werden, als wenn die Kopplung der Brennstoffzelle erst später erfolgt, nämlich erst dann, wenn die Brennstoffzelle eine Betriebsspannung erreicht hat, welche ähnlich der Be triebsspannung des Hochvoltbordnetzes ist.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebs spannung der Brennstoffzelle und/oder die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes nach dem Koppeln der Brennstoffzelle in Schritt f) erhöht wird. Durch das Erhöhen der jeweiligen Be triebsspannung kann der Inverter und somit auch die Trakti- onseinheit mit einer höheren Spannung versorgt werden, wodurch die Traktionseinheit leistungsfähiger und effizienter ist. Es ist also insbesondere vorgesehen, dass die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes für den Ankopplungsvorgang der Brenn stoffzelle zeitweise herabgesetzt wird und nach dem erfolgten Ankopplungsvorgang wieder, beispielsweise auf das ursprüngliche Niveau, heraufgesetzt wird.
Insbesondere erfolgt das Ankoppeln der Brennstoffzelle zu einem Zeitpunkt, zu welchem das Kraftfahrzeug nicht die volle Leistung der Traktionseinheit abruft, sondern vielmehr vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, in welchem vorhergesehen wird, dass zukünftig die Leistung der Brennstoffzelle benötigt wird. Daher kann das Kopplungssignal erzeugt werden und die Bordnetzankopplung der Brennstoffzelle kann gemäß dem Verfahren durchgeführt werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass nach dem Koppeln der Brennstoffzelle ein Entkopplungssignal erzeugt wird, und die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes abhängig von dem Entkopplungssignal an die Betriebsspannung der Brennstoffzelle angepasst wird, wobei die Brennstoffzelle nach dem Anpassen anhand des Entkopplungssignals stromlos betrieben wird, d.h. die Spannungsdifferenz zwischen Brennstoffzelle und Hochvolt bordnetz ist gleich null. Die Brennstoffzelle wird dann im Stromlosbetrieb vom Hochvoltbordnetz entkoppelt. Insbesondere wird die Brennstoffzelle nach dem Entkoppeln abgeschaltet bzw. deaktiviert. Durch das Anheben der Betriebsspannung des
Hochvoltbordnetzes wird die Brennstoffzelle stromlos betrieben und die Brennstoffzelle kann durch Öffnen des Brennstoffzel- lenzuschalters vom Hochvoltbordnetz entkoppelt werden.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Schritte a) bis f) in der gegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Durch die gegebene Reihenfolge wird die Brennstoffzelle energieeffizient und im Wesentlichen ohne Spannungssprünge mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt .
Die Erfindung betrifft auch ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Hochvoltbordnetz weist eine Hochvoltbatterie und eine Brennstoffzelle auf. Die Hochvolt batterie ist über einen Gleichspannungswandler mit einem In verter einer elektrischen Traktionseinheit des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden. Als ein wichtiger Gedanke ist vorgesehen, dass die Brennstoffzelle direkt, das heißt gleichspannungs wandlerlos, mit dem Inverter elektrisch verbunden ist.
Durch die direkte Verbindung der Brennstoffzelle mit dem Inverter wird vorliegend beschrieben, dass zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter kein Gleichspannungswandler angeordnet ist, also zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter keine Spannungsanpassung erfolgt.
Jedoch kann direkt bedeuten, dass zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter ein Schalter, insbesondere ein Brennstoff- zellenzuschalter, angeordnet ist.
Durch die direkte Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter kann das Hochvoltbordnetz bauraumsparender und energieeffizienter ausgebildet werden. Weiterhin können passive Komponenten des Hochvoltbordnetzes kleiner ausgebildet bzw. vollständig eingespart werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass zwischen der Brenn stoffzelle und einem Stromverbindungspunkt des Hochvoltbord netzes ein Brennstoffzellenzuschalter angeordnet ist, und der Stromverbindungspunkt mit dem Gleichspannungswandler, dem Inverter, und dem Brennstoffzellenzuschalter direkt elektrisch verbunden ist. Durch den Stromverbindungspunkt werden die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie insbesondere parallel geschaltet. Das Hochvoltbordnetz kann dann sowohl von der Brennstoffzelle als auch von der Hochvoltbatterie mit Energie versorgt werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Hochvolt bordnetz eine Steuereinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein Kopplungssignal, durch welches die Brennstoffzelle mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt wird, zu erzeugen und/oder ein Entkopplungssignal, durch welches die Brennstoffzelle von dem Hochvoltbordnetz entkoppelt wird, zu erzeugen. Durch die Steuereinheit kann dann vorzugsweise auch die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes angepasst werden. Das Anpassen der Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes erfolgt vorzugsweise über den Gleichspannungswandler. Die Steuereinheit kann dazu mit dem Gleichspannungswandler steuersignalübertragend verbunden sein .
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausführungen des Hochvoltbordnetzes anzusehen. Die gegenständlichen Komponenten des Hochvoltbordnetzes sind jeweils dazu ausgebildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen .
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hoch- voltbordnetzes . Die Fig. zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Hochvoltbordnetz 2 und eine Traktionseinheit 3 auf.
Die Traktionseinheit 3 kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein. Durch die Traktionseinheit 3 wird insbesondere die Hauptantriebsleistung des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt.
Das Hochvoltbordnetz 2 weist einen Inverter 4, eine Brenn stoffzelle 5, eine Hochvoltbatterie 6, einen Gleichspan nungswandler 7 und einen Brennstoffzellenzuschalter 8 auf.
Die Brennstoffzelle 5 ist über den Brennstoffzellenzuschalter 8 mit dem Hochvoltbordnetz 2 elektrisch verbunden. Genauer gesagt wird durch das Schließen des Brennstoffzellenzuschalters 8 ein erster Hochvoltbordnetzabschnitt 9, welcher die Brennstoffzelle 5 aufweist, mit einem zweiten Hochvoltbordnetzabschnitt 10, welcher die Hochvoltbatterie 6 und den Gleichspannungswandler 7 aufweist, elektrisch verbunden.
Die Hochvoltbatterie 6 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nur über den Gleichspannungswandler 7 mit dem Inverter 4 verbunden.
Zwischen dem Brennstofzellenzuschalter 8, dem Inverter 4 und dem Gleichspannungswandler 7 ist ein Stromverbindungspunkt 11 angeordnet. Der Brennstoffzellenzuschalter 8 wiederum ist gemäß dem Ausführungsbeispiel unmittelbar zwischen der Brennstoff zelle 5 und dem Stromverbindungspunkt 11 angeordnet.
Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz eine Steuereinheit 12 auf, welche gemäß dem Ausführungsbeispiel mit dem Gleichspan nungswandler 7 steuersignalübertragend verbunden ist. So kann von der Steuereinheit 12 beispielsweise die Steuerung des Gleichspannungswandlers 7 vorgenommen werden, um eine Be- triebsspannung 13 des Hochvoltbordnetzes 3, insbesondere des zweiten Hochvoltbordnetzabschnitts 10 , anzupassen, insbesondere heraufzusetzen oder herabzusetzen.
Durch die Brennstoffzelle 5 wird eine Betriebsspannung 14 bereitgestellt. Ist der Brennstoffzellenzuschalter 8 geöffnet, so liegt die Betriebsspannung 14 der Brennstoffzelle 5 nur im ersten Hochvoltbordnetzabschnitt 9 an.
Ein Verfahren zum Betreiben des Hochvoltbordnetzes 2 läuft nun beispielsweise wie folgt ab. Es wird ein Kopplungssignal 15 zu Bordnetzankopplung der Brennstoffzelle 5 erzeugt. Dann wird gemäß dem Ausführungsbeispiel überprüft, ob der Brennstoff- zellenzuschalter 8 geöffnet ist. Ist dies der Fall, wird die Brennstoffzelle 5 abhängig von dem Kopplungssignal 15 aktiviert. Es wird die aktuelle Betriebsspannung 14 der Brennstoffzelle 5 bestimmt. Anschließend wird gemäß dem Ausführungsbeispiel die Betriebsspannung 13 des Hochvoltbordnetzes 2 mittels dem Gleichspannungswandler 7 an die Betriebsspannung 14 der
Brennstoffzelle 5 angepasst bzw. auf das gleiche Spannungsniveau gebracht. Das Hochvoltbordnetz (2) ist damit eingerichtet, die Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) an die Be triebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) im Schritt e) anzupassen. Das bedeutet insbesondere, dass die Betriebsspannung 13 des Hochvoltbordnetzes 2, insbesondere dem zweiten Hoch- voltbordnetzabschnitt 10, reduziert werden kann. Insbesondere nach dem Anpassen der Betriebsspannung 13 des Hochvoltbordnetzes 2 wird die Brennstoffzelle 5 mit dem Hochvoltbordnetz 2 direkt gekoppelt, das heißt der Brennstoffzellenzuschalter 8 wird geschlossen .
Durch das Anpassen der Betriebsspannung 13 des Hochvoltbord netzes 2 an die Betriebsspannung 14 der Brennstoffzelle 5 herrscht insbesondere Potentialgleichheit und der Brenn- stoffzellenzuschalter 8 kann ohne Stromfluss geschlossen werden. Die Brennstoffzelle 5 kann jetzt die Traktionseinheit 3 bzw. einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 1 ohne Verluste eines Gleichspannungswandlers speisen.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Hochvoltbordnetz
3 Traktionseinheit
4 Inverter
5 Brennstoffzelle
6 Hochvoltbatterie
7 Gleichspannungswandler
8 Brennstoffzellenzuschalter
9 erster Hochvoltbordnetzabschnitt
10 zweiter Hochvoltbordnetzabschnitt
11 Stromverbindungspunkt
12 Steuereinheit
13 Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes
14 Betriebsspannung der Brennstoffzelle
15 KopplungsSignal

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes (2) eines
Kraftfahrzeugs (1), bei welchem folgende Schritte durch geführt werden:
a) Erzeugen eines Kopplungssignals (15) zur Bordnetz- ankopplung einer Brennstoffzelle (5) des Kraftfahrzeugs (1) ;
b) Durchführen von Schritten c) bis f) abhängig von dem Kopplungssignal (15);
c) Aktivieren der Brennstoffzelle (5) abhängig vom Kopp lungssignal (15);
d) Bestimmen einer aktuellen Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) ;
e) Anpassen einer Betriebsspannung (13) des von der
Brennstoffzelle (5) entkoppelten Hochvoltbordnetzes (2) an die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5); und f) Koppeln der Brennstoffzelle (5) direkt mit dem Hoch voltbordnetz (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
die Brennstoffzelle (5) im Schritt f) durch einen Brenn stoffzellenzuschalter (8) mit dem Hochvoltbordnetz (2) gekoppelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei
der Brennstoffzellenzuschalter (8) vor dem Aktivieren der Brennstoffzelle (5) im Schritt c) geöffnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) zur Anpassung an die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) im Schritt e) reduziert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) und/oder die Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) nachdem Koppeln der Brennstoffzelle (5) im Schritt f) erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Koppeln der Brennstoffzelle (5) ein Entkopp lungssignal erzeugt wird, und die Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) abhängig von dem Entkopplungssignal an die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) angepasst wird, wobei die Brennstoffzelle (5) nach dem Anpassen anhand des Entkopplungssignals stromlos betrieben wird, wobei die Brennstoffzelle (5) im stromlosen Betrieb vom Hochvolt bordnetz (2) entkoppelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a) bis f) in der gegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
8. Hochvoltbordnetz (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einer Hochvoltbatterie (6) und einer Brennstoffzelle (5), wobei die Hochvoltbatterie (6) über einen Gleichspannungswandler (7) mit einem Inverter (4) einer elektrischen Traktionseinheit (3) des Kraftfahrzeugs (1) verbunden ist,
wobei die Brennstoffzelle (5) direkt mit dem Inverter (4) elektrisch koppelbar ist
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hochvoltbordnetz (2) eingerichtet ist, die Betriebs spannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) an die Betriebs spannung (14) der Brennstoffzelle (5) anzupassen.
9. Hochvoltbordnetz nach Anspruch 8, wobei
zwischen der Brennstoffzelle (5) und einem Stromverbin dungspunkt (11) des Hochvoltbordnetzes (2) ein Brenn- stoffzellenzuschalter (8) angeordnet ist, und der Strom verbindungspunkt (11) mit dem Gleichspannungswandler (7), dem Inverter (4) und dem Brennstoffzellenzuschalter (8) direkt elektrisch verbunden ist.
10. Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 8 oder 9, wobei
das Hochvoltbordnetz (2) eine Steuereinheit (12) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein Kopplungssignal (15), durch welches die Brennstoffzelle (5) mit dem Hochvolt- bordnetz (2) gekoppelt wird, zu erzeugen und/oder ein
Entkopplungssignal, durch welches die Brennstoffzelle (5) von dem Hochvoltbordnetz (2) entkoppelt wird, zu erzeugen, und wobei das Kopplungssignal (15) und/oder das Entkopp lungssignal das Anpassen der Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) auslösen.
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