WO2022150862A2 - Prüfverfahren zum prüfen einer trennfunktionalität einer hauptschaltvorrichtung einer elektrischen verbindungsvorrichtung eines brennstoffzellensystems - Google Patents

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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a testing method for testing the isolation functionality of a main switching device of an electrical connection device of a fuel cell system, a computer program product comprising instructions for executing such a method on a computer and a testing device for testing the isolation functionality of a main switching device of an electrical connection device of a fuel cell system.
  • fuel cell systems are used for the local generation of electricity.
  • electrical connection devices are usually provided, which pass on the electrical energy generated to corresponding electrical users.
  • This can be a connected electrical network or decentralized electrical users, such as mobile electric motors.
  • a main switching device is provided for generating an electrically safe state when the fuel cell systems are switched off, in order to electrically disconnect the electrical load and/or the electrical network from the fuel cell system.
  • Such known main switching devices are usually equipped with two main switches, namely a negative main switch for the negative pole and a positive main switch for the positive pole of the fuel cell system.
  • a disadvantage of the known solutions is that the outlay for checking the functionality of the main switching device is relatively high.
  • test method according to the invention can be carried out in an identical manner both for starting operation, ie when switching on the main switching device, and during shutdown operation and therefore when switching off the main switching device.
  • the evaluation differs in starting operation and in shutdown operation.
  • a voltage variation is deliberately generated on the low-voltage side of a transformer device in a test method according to the invention.
  • This voltage variation can also be referred to as test voltage variation since it would not occur in normal operation but is actively introduced into the low voltage side of the transformer device. This can be done, for example, in that a corresponding change in the low voltage on the low-voltage side of the transformer device is generated from the high-voltage side of the transformer device, a separate power supply or by varying the operating mode of the fuel cell system in shutdown mode. Once this voltage variation has been made available, the negative main switch of the main switching device is then switched.
  • Switching one of the two main switches is to be understood as changing the switching state.
  • the negative main switch is moved from the open position to the closed position, while during the shutdown process in a test method according to the invention, a closed negative main switch is switched to its open position in this step.
  • the switching of the negative main switch and thus the changing of the switching state of this negative main switch now means that one pole of the electrical connection device is switched on during starting operation and one pole of the main switching device is switched off during shutdown operation.
  • the switching of the negative main switch therefore means that in both cases, that is to say both in starting operation and in shutting down operation, only one of the two electrical conductors establishes a connection between the fuel cell system and the transformer device.
  • a test method In shutdown mode, a test method according to the invention assumes that the main switches are closed. The change in the switching position of the negative main switch thus leads to the opening of this negative main switch, so that only the positive main switch remains in the closed switching state. If the separation functionality is given, this means that the impressed voltage difference remains, since the open negative main switch can no longer equalize the voltage. However, if the opening of the negative main switch is unsuccessful, for example due to the negative main switch sticking or welding together, the electrically conductive connection between the fuel cell system and the transformer device remains, voltage equalization can take place and the zero value is recognized as the voltage difference.
  • a comparison of a detected voltage difference with a zero value will provide a result as to whether the isolating functionality is present or not. If the zero value is detected as the voltage difference, this corresponds to an error in the two versions described, ie a non-existent isolating functionality of the negative main switch and/or the positive main switch (in starting operation). If a value other than the zero value is recognized as the voltage difference, it can be assumed that the separation functionality is functional.
  • test method according to the invention can now be used inexpensively and easily on the low-voltage side of the transformer device.
  • a zero value in the sense of the present invention for the voltage difference represents in particular 0 volts or essentially 0 volts.
  • another base value can also be understood as a zero value within the meaning of the present invention, which can in particular be greater than 0 volts.
  • the transformer device is designed in particular as a DC/DC converter which is able to transform the low voltage of the fuel cell system to a high voltage of a downstream consumer and/or electrical network.
  • the voltage variation is generated during starting operation of the fuel cell system by charging the low-voltage side of the transformer device, in particular from a high-voltage side of the transformer device and/or by means of a low-voltage supply of the transformer device.
  • This is to be understood in particular as starting operation of a method according to the invention and a so-called precharge state or precharge state being achievable.
  • From the high-voltage side i.e. for example from a battery device arranged there, a corresponding compensator device or an electrical network, it is now possible to precharge the low-voltage side via an inverse transformation using a bidirectionally effective transformer device and in this way generate a voltage excess for the desired necessary voltage variation to provide.
  • a zero value of 0 volts is particularly assumed on the low-voltage side.
  • the use of a separate low-voltage supply makes particular sense when either there is no voltage on the high-voltage side when the fuel cell system is switched off or the voltage on this side is not sufficient for the required voltage variation.
  • this power supply can be used for the voltage variation in the manner according to the invention.
  • the voltage variation is generated when the fuel cell system is switched off by shutting down the power generation by the fuel cell system, in particular by reducing or switching off a gas supply to the fuel cell system.
  • a voltage variation can be achieved by external supply and thus a voltage increase
  • a shutdown mode is based on a normal controlled mode of operation of the fuel cell system. Shutdown operation thus starts both in the form of a formal shutdown and in the form of an emergency shutdown, from a corresponding system voltage that is not equal to 0 volts.
  • the mode of operation of the fuel cell system can be changed here for the voltage variation, so that the output voltage of the fuel cell system falls as a result, in particular by reducing or switching off the gas supply.
  • the air supply can be reduced or even switched off completely, so that the fuel cell operation in the fuel cell system comes to a standstill for a certain switch-off period.
  • the system voltage of the fuel cell system drops during these switch-off processes, so that when the main switching device is completely switched on, the low voltage on the low-voltage side of the transformer device also drops.
  • This voltage variation is therefore no longer based on the zero value, but on a base value in the form of the operating voltage of the system voltage.
  • the test method and the test result correspond to the basic procedure in starting operation.
  • the switching position of a positive main switch of the main switching device is maintained for a switching offset period after the negative main switch has been switched.
  • This switching offset duration can also be referred to as the test duration and can be approximately 20 ms, for example.
  • the switching offset duration is long enough to carry out the test method according to the invention and short enough to quickly provide an electrical connection with the electrical connection device with a fault-free disconnection functionality.
  • the switching offset duration can therefore be understood as a test time or safety time.
  • This switching offset duration is identical or substantially identical, in particular, for the starting operation and the switching-off operation.
  • a fault is detected when a detected voltage difference corresponds or essentially corresponds to the zero value.
  • a method according to the invention is designed for error detection when there is no voltage difference. This preferably applies both to the shutdown mode and to the starting mode. If no voltage difference is detected despite a voltage variation in starting operation when changing the switching state in the form of turning on the negative main switch, the reason can only be that the positive switch is operating in an undesired manner is also present in the switched-on switching state. Since the starting operation is based on a switched off fuel cell system, this can only be due to a defective isolating functionality of the positive main switch.
  • the positive main switch is switched in a shutdown mode when a fault is detected.
  • shutdown mode the fuel cell system is in operation and should be deactivated.
  • the error case here corresponds to a welded and/or defective negative main switch, so that electrical isolation can only be guaranteed by switching off the positive main switch.
  • This error case preferably not only leads to the output of the error signal and/or the error information, but in particular also to a suppression of a restart of the fuel cell system until the defective isolating functionality of the negative main switch has been rectified.
  • the operation of the fuel cell system is adapted when a fault is detected, in particular as follows: in start-up operation, the start-up operation of the fuel cell system is ended, in shutdown operation, an electrically protected shutdown of the fuel cell system, after a shutdown operation, a restart is prevented of the fuel cell system.
  • the above listing is a non-exhaustive list.
  • the individual reactions are in particular immediate reactions of the fuel cell system. If an error is detected during starting operation due to a defective isolating functionality of the positive main switch, then the starting operation can be terminated immediately in order to prevent the fuel cell system from reaching a normal operating state if the isolating functionality of the main switching device is defective. In shutdown mode, a secure and electrically protected shutdown must be guaranteed, so that, for example, in an emergency shutdown mode, the electrical mode of operation is adjusted if the main switching device is defective in order to avoid overheating or electrical short circuits. As soon as the operating situation of the fuel cell system has been saved after the shut-down operation when an error is detected, a restart of the fuel cell system can be blocked.
  • an insulation check is carried out.
  • Such an insulation check can be integrated into a test device and, in particular, detect insulation faults during starting operation. Due to the fact that there is an electrically conductive partial connection via the closed negative main switch due to the time-shifted switching option of the main switch of the main switching device, an insulation testing device on the transformer device side can already carry out an insulation test at this point in time.
  • a computer program product comprising instructions that upon execution of the program by a computer causing it to carry out a method according to the present invention.
  • a testing device for testing the isolation functionality of a main switching device of an electrical connection device of a fuel cell system.
  • a test device has a generation module for generating a voltage variation on the low-voltage side of a transformer device.
  • a switching module is also provided for switching a negative main switch of the main switching device.
  • a detection module serves to detect a voltage difference between a low voltage of the low-voltage side of the transformer device and a system voltage of the fuel cell system.
  • a comparison module can be used to compare the recorded voltage difference with a zero value.
  • the generation module, the switching module, the detection module and/or the comparison module are designed in particular to carry out a method according to the invention.
  • a testing device according to the invention thus brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a method according to the invention.
  • test device has an insulation test module for an insulation test of the fuel cell system.
  • an insulation test can be integrated into the test of the isolation functionality according to the present invention.
  • FIGS. 1 to 3 shows the embodiment of FIGS. 1 to 3 in shutdown mode
  • FIG. 1 shows a schematic of an embodiment of a testing device 10 according to the invention. This is used to test the isolating functionality of the main switching device 110, which is integrated into the electrically conductive connection 100 between a fuel cell system 200 and an electrical load or an electrical network, not shown in detail.
  • the electrical connection device 100 is also provided with a transformer device 120 here.
  • the transformer device 120 transforms between a low voltage LV to a high voltage on the high voltage side HVS.
  • the connection between the transformer device 120 and the fuel cell system 200 is provided on the low-voltage side LVS of the transformer device 120 and can be switched via the negative main switch 112 and the positive main switch 114 of the main switching device 110 .
  • a starting operation SB is shown.
  • the test procedure begins with a voltage variation VV being impressed on the low voltage side LVS of the transformer device 120 .
  • this is done from the high-voltage side HVS.
  • the negative main switch 112 is closed and the voltage difference VD between the system voltage SV and the low voltage LV on the low-voltage side LVS of the transformer device 120 is detected carried out.
  • This measured voltage difference VD is now compared with a zero value NW in the next step, so that when the system is functioning there is a voltage difference VD unequal to the zero value NW and the positive main switch 114 can also be closed.
  • FIG. 3 shows the switched-on situation, which can now transfer the fuel cell system 200 to regular operation after the starting operation SB.
  • FIG. 4 shows a variation in which the voltage variation VV is not introduced from the high-voltage side HVS but from a low-voltage supply 122 of the transformer device 120 .
  • the further functioning of the main switching device 110 is preferably identical to the description of Figures 1 to 3.
  • the testing device 10 is additionally equipped with an insulation test module 60, which is able to carry out an insulation test of the fuel cell system 200 .
  • FIG. 5 shows the individual switching and voltage curves for starting operation SB according to FIGS Switching curves are qualitatively specified here between a lower value, which corresponds to the switched-off state, and an upper value, which corresponds to the switched-on state. Below this is the voltage curve of the low voltage LV and the system voltage SV and finally the voltage difference VD in the bottom line.
  • a fuel cell system 200 is now put into starting mode SB, both main switches 112 and 114 are still switched off.
  • a voltage variation W is generated by precharging on the low-voltage side LVS, for example from the high-voltage side HVS. This can be seen between times I and II in that the low voltage LV increases. In the normal case, i.e.
  • FIGS. 6, 7 and 8 show the shutdown mode AB of an embodiment of a testing device 10.
  • a voltage variation VV is now generated, for example by changing the mode of operation of the fuel cell system 200. This leads, for example, to a drop in the system voltage SV by preventing or reducing the air supply in the fuel cell system 200.
  • the two main switches 112 and 114 are in the closed state of Figure 6, there is a balance between the low voltage LV and the system voltage SV and both voltages decrease to the same extent due to the voltage variation W.
  • the negative main switch 112 is first opened again, also in the shutdown mode AB.
  • this negative main switch 112 If the isolating function of this negative main switch 112 is functional, voltage equalization is suppressed, as will be explained in more detail later with FIG. If a voltage difference can be seen in FIG. 7 at this point in time, it can be assumed that the negative main switch 112 is functionally disconnecting, the switch-off operation AB can be continued and the positive main switch 114 can be opened.
  • FIG. 9 shows the individual voltage and switching curves of the embodiments of FIGS. 6, 7 and 8.
  • shutdown operation AB assumes normal operation of fuel cell system 200, ie both main switches 112 and 114 are switched on.
  • the voltage variation VV takes place here by reducing the air supply to the fuel cell system 200.
  • the system voltage SV and the low voltage LV drop together until time II.
  • the negative main switch 112 is switched off, so that the voltage exchange can no longer take place and the low voltage LV drops sharply.
  • the system voltage SV follows a slow fall as is to the right of timing II can be seen.
  • a voltage difference VD thus arises, which is plotted separately in the bottom line of FIG.
  • switching offset duration SD between the switching times II and III. This is selected in the range of 20 ms, for example, in order to ensure that the test method according to the invention, in particular the detection and comparison steps of the test method, are given sufficient time to carry out.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zum Prüfen der Trennfunktionalität einer Hauptschaltvorrichtung (110) einer elektrischen Verbindungsvorrichtung (100) eines Brennstoffzellensystems (200), aufweisend die folgenden Schritte: Erzeugung einer Spannungsvariation (W) auf der Niederspannungs-Seite (LVS) einer Transformatorvorrichtung (120), Schalten eines negativen Hauptschalters (112) der Hauptschaltervorrichtung (110), Erfassen einer Spannungsdifferenz (VD) zwischen einer Niederspannung (LV) der Niederspannungs-Seite (LVS) der Transformatorvorrichtung (120) und einer Systemspannung (SV) des Brennstoffzellensystems (200), Vergleich der erfassten Spannungsdifferenz (VD) mit einem Nullwert (NW).

Description

Prüfverfahren zum Prüfen einer Trennfunktionalität einer Hauptschaltvorrichtung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zum Prüfen der Trennfunktionalität einer Hauptschaltvorrichtung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems, ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle zur Ausführung eines solchen Verfahrens auf einem Computer sowie eine Prüfvorrichtung für ein Prüfen der Trennfunktionalität einer Hauptschaltvorrichtung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems.
Es ist bekannt, dass Brennstoffzellensysteme für die lokale Erzeugung von elektrischem Strom eingesetzt werden. Um im Startbetrieb, im Normalbetrieb oder im Abschaltbetrieb den erzeugten Strom weiter zu verteilen, sind üblicherweise elektrische Verbindungsvorrichtungen vorgesehen, welche die erzeugte elektrische Energie an entsprechende elektrische Nutzer weitergeben. Dabei kann es sich um ein angeschlossenes elektrisches Netzwerk oder um dezentrale elektrische Nutzer, wie beispielsweise mobil genutzte Elektromotoren, handeln. Auch ist es bekannt, dass für das Erzeugen eines elektrisch gesicherten Zustandes bei ausgeschalteten Brennstoffzellensystemen eine Hauptschaltvorrichtung vorgesehen ist, um die elektrische Last und/oder das elektrische Netz in elektrischer Weise von dem Brennstoffzellensystem zu trennen. Solche bekannten Hauptschaltvorrichtungen sind üblicherweise mit zwei Hauptschaltern, nämlich einem negativen Hauptschalter für den negativen Pol und einem positiven Hauptschalter für den positiven Pol des Brennstoffzellensystems ausgestattet.
Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass der Aufwand zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit der Hauptschaltvorrichtung relativ hoch ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine defekte Trennfunktonalität einer solchen Hauptschaltvorrichtung zu erkennen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst von einem Prüfverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einem Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie einer Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt sowie der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Erfindungsgemäßer Kerngedanke ist ein Prüfverfahren zum Prüfen der Trennfunktionalität einer Hauptschaltvorrichtung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems. Ein solches Prüfverfahren weist die folgenden Schritte auf:
Erzeugung einer Spannungsvariation auf der Niederspannungs-Seite einer Transformatorvorrichtung,
Schalten eines negativen Hauptschalters der Hauptschaltervorrichtung,
Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen einer Niederspannung der Niederspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung und einer Systemspannung des Brennstoffzellensystems,
Vergleich der erfassten Spannungsdifferenz mit einem Nullwert.
Erfindungsgemäß wird ein Prüfverfahren vorgeschlagen, welches auf Basis bestehender System Informationen durchgeführt werden kann. Üblicherweise ist sowohl auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellensystems als auch auf der Niederspannungs-Seite der nachgeordneten Transformatorvorrichtung eine Spannungsüberwachung angeordnet. Bei der normalen Betriebsweise wird auf diese Weise sichergestellt, welche Ausgangsspannung aktuell in der Betriebssituation vom Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt wird und welche Eingangsspannung der nachgeordneten Transformatorvorrichtung zugeführt wird. Dies kann zur Kontrolle des Brennstoffzellensystems und/oder zur Kontrolle der Transformatorvorrichtung eingesetzt werden. In erfindungsgemäßer Weise werden diese Spannungsinformationen nun in zusätzlicher Weise durch eine definierte Schaltreihenfolge in der Hauptschaltvorrichtung verwendet. Erfindungsgemäß wird es nun möglich, die Hauptschaltvorrichtung zeitversetzt zu schalten, also insbesondere zuerst nur den negativen Hauptschalter zu schalten. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass ein erfindungsgemäßes Prüfverfahren sowohl für den Startbetrieb, also beim Einschalten der Hauptschaltvorrichtung, als auch beim Abschaltbetrieb und demnach beim Ausschalten der Hauptschaltvorrichtung in identischer Weise durchgeführt werden kann. Die Auswertung unterscheidet sich dabei jedoch beim Startbetrieb und beim Abschaltbetrieb.
In einem ersten Schritt wird bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren bewusst eine Spannungsvariation auf der Niederspannungs-Seite einer Transformatorvorrichtung erzeugt. Diese Spannungsvariation kann auch als Prüf- Spannungsvariation bezeichnet werden, da sie im normalen Betrieb nicht auftreten würde, sondern aktiv in die Niederspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung eingebracht wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass von der Hochspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung, einer separaten Stromversorgung oder aber auch durch eine Variation der Betriebsweise des Brennstoffzellensystem im Abschaltbetrieb, eine entsprechende Veränderung der Niederspannung auf der Niederspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung erzeugt wird. Sobald diese Spannungsvariation zur Verfügung gestellt worden ist, wird anschließend der negative Hauptschalter der Hauptschaltvorrichtung geschaltet.
Unter einem Schalten eines der beiden Hauptschalter ist ein Umschalten des Schaltzustandes zu verstehen. Beim Startbetrieb wird der negative Hauptschalter aus der geöffneten Position in die geschlossene Position bewegt, während beim Abschaltvorgang bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren bei diesem Schritt ein geschlossener negativer Hauptschalter in seine geöffnete Position geschaltet wird. Das Schalten des negativen Hauptschalters und damit das Ändern des Schaltzustandes dieses negativen Hauptschalters führt nun dazu, dass im Startbetrieb ein Pol der elektrischen Verbindungsvorrichtung eingeschaltet und beim Abschaltbetrieb ein Pol der Hauptschaltvorrichtung ausgeschaltet wird. Das Schalten des negativen Hauptschalters führt also dazu, dass in beiden Fällen, also sowohl im Startbetrieb als auch im Abschaltbetrieb, nur ein einziger der beiden elektrischen Leiter eine Verbindung zwischen dem Brennstoffzellensystem und der T ransformatorvorrichtung herstellt. Sofern in dieser Situation die Trennfunktionalität der beiden Hauptschalter funktionsfähig ist, bedeutet dies, dass der andere Hauptschalter seine vorherige Schaltposition beibehält. Im Startbetrieb sind vor dem erfindungsgemäßen Verfahren beide Hauptschalter ausgeschaltet, sodass der negative Hauptschalter eingeschaltet und der positive Hauptschalter ausgeschaltet ist. In einem solchen Fall entsteht durch das Einschalten des negativen Hauptschalters keine Änderung in der elektrischen Verbindungssituation, sodass die aufgeprägte Spannungsvariation bestehen bleibt. In einem solchen Fall während des Startbetriebes wird also eine Spannungsdifferenz erkennbar zwischen der Niederspannung mit der aufgebrachten Spannungsvariation auf der Niederspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung und einer sich noch bei Null befindlichen Systemspannung des Brennstoffzellensystems.
Ist hier keine Spannungsdifferenz zu erkennen, kann der Grund nur darin liegen, dass der positive Hauptschalter in unerwünschter Weise keine Trennfunktionalität bietet, sondern vielmehr sich in unerwarteter Weise schon in einer geschlossenen Situation befindet. In diesem Fall bewirkt das Schalten des negativen Hauptschalters ein vollständiges Schließen der elektrischen Verbindung zwischen dem Brennstoffzellensystem und der Transformatorvorrichtung, welches wiederum zu einem Spannungsausgleich führt, sodass als Spannungsdifferenz ein Nullwert erfasst wird.
Im Abschaltbetrieb geht ein erfindungsgemäßes Prüfverfahren von geschlossenen Hauptschaltern aus. Die Veränderung der Schaltposition des negativen Hauptschalters führt also zum Öffnen dieses negativen Hauptschalters, sodass nur mehr der positive Hauptschalter in dem geschlossenen Schaltzustand verbleibt. Sofern die Trennfunktionalität gegeben ist, führt dies dazu, dass die aufgeprägte Spannungsdifferenz bestehen bleibt, da durch den geöffneten negativen Hauptschalter kein Spannungsausgleich mehr erfolgen kann. Ist jedoch das Öffnen des negativen Hauptschalters nicht erfolgreich, beispielsweise durch ein unerwünschtes Verkleben oder Verschweißen des negativen Hauptschalters, so bleibt die elektrisch leitende Verbindung zwischen Brennstoffzellensystem und Transformatorvorrichtung bestehen, ein Spannungsausgleich kann stattfinden und als Spannungsdifferenz wird der Nullwert erkannt. In beiden Fällen, also im Startbetrieb wie auch im Abschaltbetrieb wird ein Vergleich einer erfassten Spannungsdifferenz mit einem Nullwert ein Ergebnis liefern, ob die Trennfunktionalität gegeben ist oder nicht. Wird als Spannungsdifferenz der Nullwert erkannt, so entspricht dies in den beiden beschriebenen Versionen einem Fehlerfall, also einer nicht gegebenen Trennfunktionalität des negativen Hauptschalters und/oder des positiven Hauptschalters (im Startbetrieb). Wird als Spannungsdifferenz ein Wert unterschiedlich vom Nullwert erkannte, so kann von einer funktionsfähigen Trennfunktionalität ausgegangen werden.
Im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei welchem eine solche Prüffunktionalität durch separate Bauteile erfolgen musste, kann ein erfindungsgemäßes Prüfverfahren nun kostengünstig und einfach auf der Niederspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung eingesetzt werden.
Insbesondere kann auf bestehende Spannungsinformationen des Brennstoffzellensystems und der Niederspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung zurückgegriffen werden. Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Prüfverfahrens liegt darin, dass es in seiner grundsätzlichen Konzeption sowohl für den Startbetrieb als auch für den Abschaltbetrieb eingesetzt werden kann. Es ist also ohne neue Hardware für die Sonderbetriebssituationen des Einschaltens und des Ausschaltens mit einer identischen Auswertmöglichkeit in Form des Vergleichs der erfassten Spannungsdifferenz mit einem Nullwert durchführbar.
Dabei sei noch darauf hingewiesen, dass ein Nullwert im Sinne der vorliegenden Erfindung für die Spannungsdifferenz insbesondere 0 Volt oder im Wesentlichen 0 Volt darstellt. Jedoch kann grundsätzlich auch ein anderer Basiswert als Nullwert im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden werden, welcher insbesondere größer als 0 Volt ausgebildet sein kann.
Die Transformatorvorrichtung ist bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren insbesondere als DC/DC-Wandler ausgebildet, welcher in der Lage ist, die Niederspannung des Brennstoffzellensystems auf eine Hochspannung eines nachgelagerten Verbrauchers und/oder elektrischen Netzes zu transformieren.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren bei einem Startbetrieb des Brennstoffzellensystems die Spannungsvariation erzeugt wird durch ein Aufladen der Niederspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung, insbesondere von einer Hochspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung und/oder mittels einer Niederspannungsversorgung der Transformatorvorrichtung. Darunter ist insbesondere der Startbetrieb eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu verstehen und ein sogenannter Vorladezustand oder Precharge-Zustand erreichbar. Von der Hochspannungs-Seite, also beispielsweise von einer dort angeordneten Batterievorrichtung, einer entsprechenden Kompensatorvorrichtung oder einem elektrischen Netzwerk ist es nun möglich, über eine Rücktransformation durch eine bidirektional wirksame Transformatorvorrichtung die Niederspannungs-Seite vorzuladen und auf diese Weise einen Spannungsüberschuss für die gewünschte notwendige Spannungsvariation zur Verfügung zu stellen. Im Startbetrieb wird dabei auf der Niederspannungs-Seite insbesondere von einem Nullwert von 0 Volt ausgegangen. Die Verwendung einer separaten Niederspannungsversorgung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn entweder auf der Hochspannungs-Seite im ausgeschalteten Zustand des Brennstoffzellensystems keine Spannung vorhanden ist oder aber die Spannung auf dieser Seite für die benötigte Spannungsvariation nicht ausreicht. Vor allem dann, wenn die Transformatorvorrichtung auch für den regulären Betrieb eine eigene Stromversorgung aufweist, kann diese Stromversorgung für die Spannungsvariation in erfindungsgemäßer Weise eingesetzt werden.
Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren die Spannungsvariation von einem Nullwert erfolgt. Auch dies geschieht insbesondere im Startbetrieb, wobei dieser Nullwert insbesondere ein identischer Nullwert ist, wie er für den Vergleichsschritt des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens eingesetzt wird. Die Spannungsvariation erfolgt also insbesondere von 0 Volt oder im Wesentlichen 0 Volt.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren bei einem Abschaltbetrieb des Brennstoffzellensystems die Spannungsvariation erzeugt wird durch ein Herunterfahren der Stromerzeugung durch das Brennstoffzellensystem, insbesondere mittels Reduktion oder Abschalten einer Gaszufuhr zum Brennstoffzellensystem. Während im Startbetrieb eine Spannungsvariation durch externes Zuführen und damit eine Spannungserhöhung erzielt werden kann, wird ein Abschaltbetrieb von einer normalen Regelbetriebsweise des Brennstoffzellensystems ausgehen. Der Abschaltbetrieb startet also sowohl in Form einer formalen Abschaltung als auch in Form einer Notabschaltung, von einer entsprechenden Systemspannung, die ungleich 0 Volt ist. Für die Spannungsvariation kann hier beispielsweise die Betriebsweise des Brennstoffzellensystems verändert werden, sodass insbesondere mittels Reduktion oder Abschalten der Gaszufuhr die Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems im Ergebnis sinkt. Insbesondere kann die Luftzufuhr reduziert oder sogar gänzlich abgeschaltet werden, sodass der Brennstoffzellenbetrieb im Brennstoffzellensystem über eine gewisse Abschaltdauer zum Stillstand kommt. Während dieser Abschaltvorgänge sinkt die Systemspannung des Brennstoffzellensystems, sodass sich bei komplett eingeschalteter Hauptschaltvorrichtung auch die Niederspannung auf der Niederspannungs-Seite der Transformatorvorrichtung sinkt. Diese Spannungsvariation geht also nicht mehr vom Nullwert, sondern von einem Basiswert in Form der Betriebsspannung der Systemspannung aus. Die Prüfweise und das Prüfergebnis entsprechen jedoch dem grundsätzlichen Vorgehen im Startbetrieb.
Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren die Schaltstellung eines positiven Hauptschalters der Hauptschaltvorrichtung nach dem Schalten des negativen Hauptschalters für eine Schaltversatzdauer beibehalten wird. Diese Schaltversatzdauer kann auch als Prüfdauer bezeichnet werden und kann beispielsweise circa 20 ms betragen. Die Schaltversatzdauer ist insbesondere lang genug, um das erfindungsgemäße Prüfverfahren durchzuführen und kurz genug, um bei einer fehlerfreien Trennfunktionalität ein elektrisches Verbinden mit der elektrischen Verbindungsvorrichtung schnell zur Verfügung zu stellen. Die Schaltversatzdauer kann also als Prüfzeit oder Sicherheitszeit verstanden werden. Diese Schaltversatzdauer ist insbesondere für den Startbetrieb und den Abschaltbetrieb identisch oder im Wesentlich identisch.
Vorteile bringt es darüber hinaus mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren bei einer erfassten Spannungsdifferenz, welche dem Nullwert entspricht oder im Wesentlichen entspricht, ein Fehlerfall erkannt wird. Wie bereits einleitend erläutert worden ist, ist ein erfindungsgemäßes Verfahren für eine Fehlererkennung bei nicht vorhandener Spannungsdifferenz ausgelegt. Dies gilt vorzugsweise sowohl für den Abschaltbetrieb als auch für den Startbetrieb. Wird trotz Spannungsvariation im Startbetrieb beim Ändern des Schaltzustandes in Form eines Einschaltens des negativen Hauptschalters keine Spannungsdifferenz erkannt, so kann der Grund nur darin liegen, dass der positive Schalter in unerwünschter Weise ebenfalls in dem eingeschalteten Schaltzustand vorliegt. Da der Startbetrieb von einem ausgeschalteten Brennstoffzellensystem ausgeht, kann dies nur durch eine defekte Trennfunktionalität des positiven Hauptschalters gegeben sein. Im Abschaltbetrieb führt ein aktives Ändern des Schaltzustandes des negativen Hauptschalters zwingend zu einer Spannungsdifferenz, welche ungleich dem Nullwert ist. Nur dann, wenn der negative Hauptschalter sich nicht ändern lässt weil seine Schaltfunktionalität defekt ist, bleibt die elektrisch leitende Verbindung bestehen und die Spannungsvariation führt ebenfalls nicht zu einer Spannungsdifferenz. Ein solcher erkannter Fehlerfall kann entweder ausgegeben werden, ein Fehlersignal zur weiteren Verwendung erzeugen und/oder direkt im Rahmen des Prüfverfahrens Einfluss auf die Betriebsweise des Brennstoffzellensystems, der Hauptschaltvorrichtung selbst und/oder der Transformatorvorrichtung nehmen.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem Prüfverfahren gemäß dem voranstehenden Absatz bei erkanntem Fehlerfall in einem Startbetrieb ein Schalten eines positiven Hauptschalters der Hauptschaltvorrichtung unterdrückt wird. Würde also erkannt, dass im Startbetrieb der positive Hauptschalter durch Verschweißen nicht die gewünschte Trennfunktionalität aufweist, so ist hier kein aktives positives Schalten mehr erforderlich. Insbesondere wird in diesem Fall zusätzlich der negative Hauptschalter wieder geöffnet, um einen unerwünschten Regelbetrieb zu vermeiden, welcher aufgrund der defekten Trennfunktionalität des positiven Hauptschalters nur bedingt ausschaltfähig ist.
Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren bei einem erkannten Fehlerfall in einem Abschaltbetrieb der positive Hauptschalter geschaltet wird. Im Abschaltbetrieb befindet sich das Brennstoffzellensystem im Betrieb und soll deaktiviert werden. Der Fehlerfall hier entspricht einem verschweißten und/oder defekten negativen Hauptschaler, sodass nur durch das Ausschalten des positiven Hauptschalters die elektrische Trennung gewährleistet werden kann. Vorzugsweise führt dieser Fehlerfall nicht nur zur Ausgabe des Fehlersignals und/oder der Fehlerinformation, sondern insbesondere auch zu einer Unterdrückung eines Neustarts des Brennstoffzellensystems bis eine Behebung der defekten Trennfunktionalität des negativen Hauptschalters erfolgt ist. Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren bei erkanntem Fehlerfall der Betrieb des Brennstoffzellensystems angepasst wird, insbesondere wie folgt: im Startbetrieb ein Beenden des Startbetriebes des Brennstoffzellensystems, im Abschaltbetrieb eine elektrisch geschütztes Abschalten des Brennstoffzellensystems, nach einem Abschaltbetrieb ein Verhindern eines Neustarts des Brennstoffzellensystems.
Die voranstehende Aufzählung ist eine nicht abschließende Liste. Die einzelnen Reaktionen sind insbesondere sofortige Reaktionen des Brennstoffzellensystems. Wird bei dem Startbetrieb ein Fehler durch eine defekte Trennfunktionalität des positiven Hauptschalters erkannt, so kann der Startbetrieb sofort beendet werden, um ein Erreichen eines Regelbetriebzustandes des Brennstoffzellensystems bei einer defekten Trennfunktionalität der Hauptschaltvorrichtung zu vermeiden. Im Abschaltbetrieb muss ein gesichertes und elektrisch geschütztes Abschalten gewährleistet sein, sodass beispielsweise bei einem Notabschaltbetrieb die elektrische Betriebsweise bei defekter Hauptschaltvorrichtung angepasst wird, um ein Überhitzen oder elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden. Sobald nach dem Abschaltbetrieb bei erkanntem Fehlerfall die Betriebssituation des Brennstoffzellensystems gesichert worden ist, kann ein Neustart des Brennstoffzellensystems blockiert werden.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Vergleich der erfassten Spannungsdifferenz, insbesondere bei erkanntem Fehlerfall, eine Isolationsüberprüfung durchgeführt wird. Eine solche Isolationsüberprüfung kann in eine Prüfvorrichtung integriert sein und insbesondere beim Startbetrieb Isolationsfehler erkennen. Dadurch, dass durch die zeitversetzte Schaltmöglichkeit der Hauptschalter der Hauptschaltvorrichtung eine elektrisch leitende Teilverbindung über den geschlossenen negativen Hauptschalter vorliegt, kann eine Isolationsprüfvorrichtung auf Seite der Transformatorvorrichtung bereits zu diesem Zeitpunkt eine Isolationsprüfung durchführen. Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Prüfvorrichtung für ein Prüfen der Trennfunktionalität einer Hauptschaltvorrichtung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems. Eine solche Prüfvorrichtung weist ein Erzeugungsmodul für eine Erzeugung einer Spannungsvariation auf der Niederspannungs-Seite einer Transformatorvorrichtung auf. Weiter ist ein Schaltmodul für ein Schalten eines negativen Hauptschalters der Hauptschaltvorrichtung vorgesehen. Ein Erfassungsmodul dient einem Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen einer Niederspannung der Niederspannungs- Seite der Transformatorvorrichtung und einer Systemspannung des Brennstoffzellensystems. Mit Hilfe eines Vergleichsmoduls kann ein Vergleich der erfassten Spannungsdifferenz mit einem Nullwert durchgeführt werden. Das Erzeugungsmodul, das Schaltmodul, das Erfassungsmodul und/oder das Vergleichsmodul sind insbesondere ausgebildet für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Damit bringt eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung diese ein Isolationsprüfmodul aufweist für eine Isolationsprüfung des Brennstoffzellensystems. Wie mit Bezug auf das Prüfverfahren erläutert worden ist, kann auf diese Weise eine Isolationsprüfung in die Prüfung der Trennfunktionalität gemäß der vorliegenden Erfindung integriert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 der nächste Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 der nächste Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,
Fig. 5 die einzelnen Verläufe bei einem Startbetrieb,
Fig. 6 die Ausführungsform der Figuren 1 bis 3 im Abschaltbetrieb,
Fig. 7 der nächste Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens im
Abschaltbetrieb,
Fig. 8 der nächste Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Abschaltbetrieb,
Fig. 9 die einzelnen Verläufe im Abschaltbetrieb.
Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 10. Diese dient zum Prüfen der Trennfunktionalität der Hauptschaltvorrichtung 110, welche in die elektrisch leitende Verbindung 100 zwischen einem Brennstoffzellensystem 200 und einer nicht näher dargestellten elektrischen Last oder eines elektrischen Netzwerkes eingebunden ist. Die elektrische Verbindungsvorrichtung 100 ist hier noch mit einer Transformatorvorrichtung 120 versehen. Die Transformatorvorrichtung 120 transformiert zwischen einer Niederspannung LV auf einer Hochspannung auf der Hochspannungs-Seite HVS. Der Anschluss zwischen der Transformatorvorrichtung 120 und dem Brennstoffzellensystem 200 ist auf der Niederspannungs-Seite LVS der Transformatorvorrichtung 120 vorgesehen und kann über den negativen Hauptschalter 112 und den positiven Hauptschalter 114 der Hauptschaltvorrichtung 110 geschaltet werden.
Mit den Figuren 1 bis 3 wird ein Startbetrieb SB dargestellt. So beginnt das Prüfverfahren damit, dass eine Spannungsvariation VV auf die Niederspannungs- Seite LVS der Transformatorvorrichtung 120 eingeprägt wird. Gemäß der Figur 1 erfolgt dies von der Hochspannungs-Seite HVS aus. Im nächsten Schritt wird gemäß der Figur 2 der negative Hauptschalter 112 geschlossen und eine Erfassung der Spannungsdifferenz VD zwischen der Systemspannung SV und der Niederspannung LV auf der Niederspannungs-Seite LVS der Transformatorvorrichtung 120 durchgeführt. Diese gemessene Spannungsdifferenz VD wird nun im nächsten Schritt mit einem Nullwert NW verglichen, sodass im Funktionsfall eine Spannungsdifferenz VD ungleich dem Nullwert NW vorliegt und auch der positive Hauptschalter 114 geschlossen werden kann. Dies entspricht dem Normalfall bei vollfunktionsfähiger Trennfunktionalität der Hauptschaltvorrichtung 110 und die Figur 3 zeigt die eingeschaltene Situation, welche nun nach dem Startbetrieb SB das Brennstoffzellensystem 200 in den regulären Betrieb überführen kann.
Die Figur 4 zeigt eine Variation, bei welcher die Spannungsvariation VV nicht von der Hochspannungs-Seite HVS, sondern von einer Niederspannungsversorgung 122 der Transformatorvorrichtung 120 eingebracht wird. Die weitere Funktionsweise der Hauptschaltvorrichtung 110 ist dabei vorzugsweise identisch mit der Beschreibung zu den Figuren 1 bis 3. Bei dieser Ausführungsform der Figur 4 ist die Prüfvorrichtung 10 zusätzlich noch mit einem Isolationsprüfmodul 60 ausgestattet, welches in der Lage ist, eine Isolationsprüfung des Brennstoffzellensystems 200 durchzuführen.
Die Figur 5 zeigt die einzelnen Schalt- und Spannungsverläufe zu dem Startbetrieb SB gemäß den Figuren 1 bis 3. Von links nach rechts über die Zeitachse verläuft in der obersten Darstellung die Schaltsituation des negativen Hauptschalters 112 und darunter die Schaltsituation des positiven Hauptschalters 114. Die beiden Schaltverläufe sind hier qualitativ angegeben zwischen einem unteren Wert, welcher dem ausgeschalteten Zustand entspricht, und einem oberen Wert, welcher dem eingeschalteten Zustand entspricht. Darunter findet sich der Spannungsverlauf der Niederspannung LV und der Systemspannung SV sowie abschließend in der untersten Linie die Spannungsdifferenz VD. Wird nun ein Brennstoffzellensystem 200 in den Startbetrieb SB versetzt, so sind beide Hauptschalter 112 und 114 noch ausgeschaltet. Zum Zeitpunkt I wird eine Spannungsvariation W erzeugt, indem auf der Niederspannungs-Seite LVS ein Vorladen, zum Beispiel von der Hochspannungs-Seite HVS stattfindet. Zwischen dem Zeitpunkt I und II ist dies dadurch sichtbar, dass ein Ansteigen der Niederspannung LV stattfindet. Im Normalfall, also wenn in funktionierender Trennfunktionalität der positive Hauptschalter 114 im ausgeschalteten Zustand die Trennfunktion zur Verfügung stellt, ist ein Spannungsausgleich ausgeschlossen, sodass die Systemspannung SV bis zum Zeitpunkt II und auch bis zum Zeitpunkt III, also auch nach dem Einschalten des negativen Hauptschalters 112, beim Nullwert NW verbleibt. Die Spannungsdifferenz VD steigt also zum Zeitpunkt I an und sinkt erst dann wieder ab, wenn ein Spannungsausgleich stattfinden kann. Dies ist bei funktionsfähiger Trennfunktionalität erst möglich, wenn auch der positive Hauptschalter 114 zum Zeitpunkt III ausgeschaltet werden kann. Zu diesem Zeitpunkt sinkt die Spannungsdifferenz VD wieder ab und der Regelbetrieb des Brennstoffzellensystems 200 kann starten.
Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen den Abschaltbetrieb AB einer Ausführungsform einer Prüfvorrichtung 10. Ausgehend von einem Regelbetrieb des Brennstoffzellensystems 200 wird nun, zum Beispiel durch eine Veränderung der Betriebsweise des Brennstoffzellensystems 200 eine Spannungsvariation VV erzeugt. Dies führt zum Beispiel zum Absinken der Systemspannung SV durch ein Unterbinden oder eine Reduktion der Luftzufuhr im Brennstoffzellensystem 200. Solange die beiden Hauptschalter 112 und 114 sich im geschlossenen Zustand der Figur 6 befinden, ist ein Ausgleich zwischen Niederspannung LV und Systemspannung SV gegeben und beide Spannungen sinken im gleichen Maße durch die Spannungsvariation W ab. In der Figur 7 wird nun nach der eingebrachten und andauernden Spannungsvariation VV wieder der negative Hauptschalter 112 auch im Abschaltbetrieb AB zuerst geöffnet. Bei Funktionsfähigkeit der Trennfunktion dieses negativen Hauptschalters 112 erfolgt dadurch ein Unterbinden eines Spannungsausgleichs, wie dies später mit Figur 9 noch näher erläutert wird. Sofern zu diesem Zeitpunkt in der Figur 7 eine Spannungsdifferenz wahrgenommen werden kann, kann von einer funktionsfähigen Trennfunktionalität des negativen Hauptschalters 112 ausgegangen, der Abschaltbetrieb AB weiterverfolgt und der positive Hauptschalter 114 geöffnet werden.
Die Figur 9 zeigt die einzelnen Spannungs- und Schaltverläufe der Ausführungsformen der Figuren 6, 7 und 8. Hier geht der Abschaltebetrieb AB von einem Regelbetrieb des Brennstoffzellensystems 200 aus, also sind beide Hauptschalter 112 und 114 eingeschaltet. Zum Zeitpunkt I erfolgt die Spannungsvariation VV hier durch eine Reduktion der Luftzufuhr zum Brennstoffzellensystem 200. Die Systemsspannung SV und die Niederspannung LV sinken gemeinsam ab bis zum Zeitpunkt II. Zu diesem Zeitpunkt II wird der negative Hauptschalter 112 ausgeschaltet, sodass der Spannungsaustausch nicht mehr stattfinden kann und die Niederspannung LV stark absinkt. Während gleichzeitig die Systemspannung SV einem langsamen Abfallen folgt, wie dies rechts von Zeitpunkt II zu erkennen ist. Es entsteht also eine Spannungsdifferenz VD, welche in der untersten Zeile der Figur 9 separat aufgetragen ist, bis wieder ein Ausgleich der Niederspannung LV und der Systemspannung SV vorgesehen werden kann. Zum Zeitpunkt III kann, insbesondere wenn vorher eine Spannungsdifferenz VD größer als der Nullwert NW erkannt worden ist, ein komplettes Ausschalten des positiven Hauptschalters 114 erfolgen, sodass das Brennstoffzellensystem 200 außer Betrieb gesetzt worden ist.
In den Figuren 5 und 9 ist noch gut zu erkennen, dass eine Schaltversatzdauer SD zwischen den Schaltzeitpunkten II und III gegeben ist. Diese ist beispielsweise im Bereich von 20 ms gewählt, um sicherzustellen, dass das erfindungsgemäße Prüfverfahren, insbesondere die Erfassungs- und Vergleichsschritte des Prüfverfahrens, ausreichend Zeit zur Durchführung erhalten.
Die voranstehende Erläuterung der Durchführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Prüfvorrichtung
20 Erzeugungsmodul
30 Schaltmodul
40 Erfassungsmodul
50 Vergleichsmodul
60 Isolationsprüfmodul
100 elektrische Verbindungsvorrichtung
110 Hauptschaltvorrichtung
112 negativer Hauptschalter
114 positiver Hauptschalter
120 Transformatorvorrichtung
122 Niederspannungsversorgung
200 Brennstoffzellensystem
HVS Hochspannungs-Seite
LVS Niederspannungs-Seite
LV Niederspannung
SV Systemspannung
VV Spannungsvariation
VD Spannungsdifferenz
NW Nullwert
SD Schaltversatzdauer
SB Startbetrieb
AB Abschaltbetrieb

Claims

Patentansprüche Prüfverfahren zum Prüfen der Trennfunktionalität einer Hauptschaltvorrichtung (110) einer elektrischen Verbindungsvorrichtung (100) eines Brennstoffzellensystems (200), aufweisend die folgenden Schritte:
- Erzeugung einer Spannungsvariation (W) auf der Niederspannungs- Seite (LVS) einer Transformatorvorrichtung (120),
- Schalten eines negativen Hauptschalters (112) der Hauptschaltervorrichtung (110),
- Erfassen einer Spannungsdifferenz (VD) zwischen einer Niederspannung (LV) der Niederspannungs-Seite (LVS) der Transformatorvorrichtung (120) und einer Systemspannung (SV) des Brennstoffzellensystems (200),
- Vergleich der erfassten Spannungsdifferenz (VD) mit einem Nullwert (NW). Prüfverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Startbetrieb (SB) des Brennstoffzellensystems (200) die Spannungsvariation (W) erzeugt wird durch ein Aufladen der Niederspannungs-Seite (LVS) der Transformatorvorrichtung (120), insbesondere von einer Hochspannungs- Seite (HVS) der Transformatorvorrichtung (120) und/oder mittels einer Niederspannungsversorgung (122) der Transformatorvorrichtung (120). Prüfverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsvariation (W) von einem Nullwert (NW) erfolgt. Prüfverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abschaltbetrieb (AB) des Brennstoffzellensystems (200) die Spannungsvariation (VD) erzeugt wird durch ein Herunterfahren der Stromerzeugung durch das Brennstoffzellensystem (200), insbesondere mittels Reduktion oder Abschalten einer Gaszufuhr zum Brennstoffzellensystem (200). Prüfverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstellung eines positiven Hauptschalters (114) der Hauptschaltvorrichtung (110) nach dem Schalten des negativen Hauptschalters (112) für eine Schaltversatzdauer (SD) beibehalten wird. Prüfverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erfassten Spannungsdifferenz (VD), welche dem Nullwert (NW) entspricht oder im Wesentlichen entspricht, ein Fehlerfall erkannt wird. Prüfverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkanntem Fehlerfall in einem Startbetrieb (SB) ein Schalten eines positiven Hauptschalters (114) der Hauptschaltvorrichtung (110) unterdrückt wird. Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erkannten Fehlerfall in einem Abschaltbetrieb (AB) der positive Hauptschalter (114) geschaltet wird. Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkanntem Fehlerfall der Betrieb des Brennstoffzellensystems (200) angepasst wird, insbesondere wie folgt:
- Im Startbetrieb (SB) ein Beenden des Startbetriebes (SB) des Brennstoffzellensystems (200)
- Im Abschaltbetrieb (AB) ein elektrisch geschütztes Abschalten des Brennstoffzellensystems (200)
- Nach einem Abschaltbetrieb (AB) ein verhindern eines Neustarts des Brennstoffzellensystems (200) Prüfverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Vergleich der erfassten Spannungsdifferenz (VD), insbesondere bei erkanntem Fehlerfall, eine Isolationsüberprüfung durchgeführt wird. 18 Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen. Prüfvorrichtung (10) für ein Prüfen der Trennfunktionalität einer Hauptschaltvorrichtung (110) einer elektrischen Verbindungsvorrichtung (100) eines Brennstoffzellensystems (200), aufweisend ein Erzeugungsmodul (20) für eine Erzeugung einer Spannungsvariation (W) auf der Niederspannungs- Seite (LVS) einer Transformatorvorrichtung (120), ein Schaltmodul (30) für ein Schalten eines negativen Hauptschalters (112) der Hauptschaltvorrichtung (110), ein Erfassungsmodul (40) für ein Erfassen einer Spannungsdifferenz (UD) zwischen einer Niederspannung (LV) der Niederspannungs-Seite (LVS) der Transformatorvorrichtung (120) und einer Systemspannung (SV) des Brennstoffzellensystems (200) und ein Vergleichsmodul (50) für einen Vergleich der erfassten Spannungsdifferenz (VD) mit einem Nullwert (NW). Prüfvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugungsmodul (20), das Schaltmodul (30), das Erfassungsmodul (40) und/oder das Vergleichsmodul (50) ausgebildet sind für eine Ausführung eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10. Prüfvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Isolationsprüfmodul (60) aufweist für eine Isolationsprüfung des Brennstoffzellensystems (200).
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