供电装置、燃料电池车辆和用于在供电装置处的电压限制的方法与流程

1.本发明涉及一种用于对至少一个耗电器进行供电的供电装置，该供电装置具有一次电网，在该一次电网中存在具有第一工作能力的第一燃料电池装置；该供电装置具有电压转换器，该电压转换器将一次电网与包括电池组的二次电网连接；而且该供电装置具有至少一个测量装置，用于检测该供电装置的绝缘电阻、尤其是一次电网和/或二次电网的绝缘电阻。本发明还涉及一种具有供电装置的燃料电池车辆以及一种用于在对耗电器供电时对供电装置进行电压限制的方法。


背景技术：

2.这样的供电装置通常在燃料电池车辆中使用，其中对于这样电驱动的车辆来说，绝缘电阻通常相对于出现的最高电压而言为100 ohm/volt（欧姆/伏特），以便保护人类免受对他来说危险的电击。
3.在de 10 2016 219 984 a1中示出了开头提及的按照权利要求1的前序部分所述的供电装置。在这种情况下，借助于多个测量装置，确定由燃料电池装置和电池组混合构成的燃料电池车辆的绝缘电阻。根据所确定的绝缘电阻的值，为了防止危险的电击，将燃料电池车辆置于紧急行驶模式或者甚至置于怠速停机模式。
4.在us 2008 / 0 107 933 a1中描述了一种燃料电池系统，该燃料电池系统根据所提出的负载要求来将不同数目的燃料电池堆设定为活跃或者不活跃，以提供功率。
5.在us 2017 / 0 162 924 a1中描述了一种燃料电池系统，该燃料电池系统监控燃料电池堆所提供的电压并且在超过总系统的极限电压时转变到紧急运行。
6.在cn 109 606 203 a中描述了一种用于运行以电池组和燃料电池装置形成的系统的方法，该方法在有紧急事件的情况下引起紧急停机。


技术实现要素：

7.本发明的任务在于说明一种供电装置、一种燃料电池车辆和一种用于电压限制的方法，该供电装置、该燃料电池车辆和该方法提供增加的安全性。
8.该任务通过一种具有权利要求1的特征的供电装置、通过一种具有权利要求5的特征的燃料电池车辆并且通过一种具有权利要求6的特征的方法来被解决。本发明的具有适宜的扩展方案的有利的设计方案在从属权利要求中说明。
9.按照本发明的供电装置的特点尤其在于：在一次电网中的第一燃料电池装置与具有优选地与第一工作能力不同的第二工作能力的第二燃料电池装置串联；这些燃料电池装置中的每个燃料电池装置分别与包括开关的桥接电路并联；而且这些桥接电路的开关能根据所检测到的绝缘电阻来切换。
10.如果例如使用工作能力不同的两个燃料电池装置，则可以确保：由于存在绝缘电阻，电压被降低到对于人类来说没有危险的水平，原因在于仅燃料电池装置中的具有低电
压的那个燃料电池装置仍提供功率。在该紧急运行下可以限制仍活跃的燃料电池装置的动态行为、即负载点的与情况匹配的设定。使用该供电装置的燃料电池车辆仍总是可以在紧急行驶模式（“跛行回家（limp home）”）下以降低的功率来继续运行或继续行驶，其中不需要将燃料电池车辆置于停机模式并且阻止继续行驶。
11.为了将该供电装置的电压、尤其是该供电装置的输出电压限制到对于人类来说没有危险的值并且借此将绝缘电阻提高到或者超过预先给定的电阻值，有利的是：在二次电网中的电池组同样与桥接电路并联，该桥接电路包括能根据所检测到的绝缘电阻来切换的开关。
12.在一个有利的设计方案中，可能的是：为了设定第一燃料电池装置的电压水平、第二燃料电池装置的电压水平以及电池组的电压水平，电压转换器被形成为三端口转换器。因此，三端口转换器可以确保：绝缘电阻不下降到预先给定的电阻值以下，这可能会导致对于人类来说有危险的电击。为此，首先借助于测量装置来确定绝缘电阻，接着，根据该绝缘电阻来计算对于人类来说没有危险的、对于该供电装置来说可能的最大电压。接着，燃料电池装置和电池组的单独电压被设定并且必要时相互协调为使得不超过该最大电压值。
13.为了可以提供对于不同应用来说可用的功率调节，还有利的是：在一次电网中，存在至少一个其它燃料电池装置，而且该至少一个其它燃料电池装置与其余的燃料电池装置串联，该至少一个其它燃料电池装置具有被分配给该至少一个其它燃料电池装置的、包括开关的桥接电路。
14.结合按照本发明的供电装置所阐述的优点、技术效果和有利的设计方案同样适用于按照本发明的燃料电池车辆。该燃料电池车辆的特点在于：在绝缘电阻过低的情况下，能够以降低的功率来继续行驶，而且紧急停机（“emergency shutdown”）被避免。
15.按照本发明的用于在对耗电器供电时对上述供电装置进行电压限制的方法尤其包括如下步骤：a. 借助于测量装置来检测在一次电网中和/或在二次电网中的绝缘电阻；b. 检查绝缘电阻是否已低于预先给定的电阻值；而且c. 在低于电阻值的情况下，操控桥接电路的一个或多个开关，使得：这些燃料电池装置中的至少一个燃料电池装置被桥接并且因此至少部分地、优选地完全被设定为不活跃；而且这些燃料电池装置中的另一燃料电池装置未被桥接并且因此为了提供电压而被设定为活跃。
16.但是，在该方法中，优选地并不需要：第一燃料电池装置具有第一工作能力；而且第二燃料电池装置具有与第一工作能力不同的第二工作能力；而且在低于电阻值的情况下，表现出较高的工作能力的那个燃料电池装置被桥接。
17.以这种方式，确保了以降低的功率来对耗电器进行紧急供电，使得避免了耗电器的紧急停机。
18.有利的是：在低于电阻值的情况下，电池组的充电状态（soc）被降低，原因在于该供电装置的电压以这种方式总体上被降低。
19.如果仅降低电池组的电压水平不足以将绝缘电阻提高到预先给定的电阻值，则存在如下可能性：在二次电网中的电池组同样与桥接电路并联，该桥接电路包括能根据所检测到的绝缘电阻来切换的开关；而且在低于电阻值的情况下该电池组同样被桥接并且因此
被设定为不活跃。
20.为了提高该供电装置的运行安全性，还有利的是：电压转换器被形成为三端口转换器，该三端口转换器在低于电阻值的情况下降低第一燃料电池装置的电压水平、第二燃料电池装置的电压水平和/或电池组的电压水平。即，因此，该三端口转换器可以根据现有的绝缘电阻和该供电装置的由此得出的最大电压将所有组件的电压水平都设定到对于人类来说没有危险的值。
21.上文在描述中提到的特征和特征组合以及随后在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能以相应所说明的组合来应用而且能以其它组合或单独地被应用，而并不脱离本发明的保护范围。因此，在附图中未明确示出或阐述、然而通过从所阐述的实施方案中分选的特征组合得知并能产生的实施方案应被视为由本发明所包括并且公开。
附图说明
22.本发明的其它优点、特征和细节根据权利要求书、随后对优选的实施方式的描述以及依据附图来得到。在此：图1示出了用于对至少一个耗电器进行供电的供电装置的示意图，该至少一个耗电器以具有用于驱动机动车的驱动机组的驱动装置为形式。
具体实施方式
23.在图1中示出了用于对第一耗电器2和第二耗电器3进行供电的供电装置1的示意图。优选地，本供电装置1也可以给其它未更详细示出的耗电器供应电能。
24.供电装置1包括一次电网4，在该一次电网中存在第一燃料电池装置7和第二燃料电池装置8，该第一燃料电池装置和该第二燃料电池装置彼此串联。供电装置1还具有二次电网17，在该二次电网中存在电池组20。电池组20被设计为对耗电器2、3进行通电。一次电网4在输入侧连接到电压转换器13上，其中二次电网17在当前情况下在输出侧连接到电压转换器13上，使得电压转换器13将一次电网4与二次电网17连接。
25.耗电器2包括驱动机组22，该驱动机组以电机的形式存在。该电机通常能借助于三相交变电流来运行，而且优选地被形成为机动车的牵引马达。由于一次电网4以及还有二次电网17提供高电压和直流电，所以耗电器2附加地被分配给逆变器21，该逆变器将直流电转换成三相交变电流。在耗电器2的一个扩展方案中，驱动机组22也可以被用作发电机，使得例如在制动过程中通过驱动机组22所产生的能量可以经由逆变器21重新被输送给电池组20。
26.耗电器3同样可以连接到由一次电网4和二次电网17构成的车载电网上。例如，可以考虑燃料电池装置7的附属设备、充电器、12v直流-直流转换器、高电压加热器、电空调压缩机等等，作为耗电器3。
27.本供电装置1的特点在于多个桥接电路10，所述多个桥接电路分别包括开关11。在此，在一次电网4中的每个燃料电池装置7、8都与自己的桥接电路10并联，以便选择性地：在开关11闭合的情况下将燃料电池装置7、8电桥接并且借此将该燃料电池装置设定为不活跃；或者在开关11断开的情况下将相关的燃料电池装置7、8设定为活跃，以便该燃料电池装
置提供电压。在所示出的示例中，电池组20也与具有开关11的桥接电路10并联，利用该桥接电路，电池组20在开关11闭合的情况下被电桥接并且借此被设定为不活跃，而且利用该桥接电路，电池组20在开关11断开的情况下被设定为活跃，以便该电池组可以提供或者吸接收电压。
28.例如借助于电压转换器13来操控开关11，该电压转换器例如被形成为三端口转换器，以便该电压转换器可以设定第一燃料电池装置7、第二燃料电池装置8以及电池组20的电压水平。但是，也可以存在和使用其它——与电压转换器13分开的——控制器，用于操控桥接电路10。
29.供电装置1包括测量装置12，用于检测一次电网4和/或二次电网17的绝缘电阻。优选地，所示出的测量装置12检测整个供电装置1的绝缘电阻，即因此检测总系统的绝缘电阻。可存在多个测量装置12，使得优选地第一测量装置12检测一次电网4的绝缘电阻并且第二测量装置检测二次电网17的绝缘电阻。
30.在供电装置1运行时，确保该供电装置的绝缘电阻不下降到对于人类来说有危险的值以下。出于该原因，在一次电网4中和/或在二次电网17中的绝缘电阻借助于测量装置12来被时控或者被持续检测。然后，检查：绝缘电阻是否已低于预先给定的电阻值，其中在低于电阻值的情况下，桥接电路10的开关11中的一个或多个开关被操控和切换为使得：具有较高的工作能力的那个燃料电池装置7、8被桥接并且因此优选地完全被设定为不活跃，而且具有较低的工作能力的那个燃料电池装置7、8未被桥接并且因此为了提供电压而被设定为活跃。
31.优选地，在低于电阻值的情况下，还降低电池组20的充电状态（soc）。如果该降低不足以实现系统的所希望的绝缘值，则可以使用被分派给电池组20的桥接电路10。接着，即电池组20在尽管降低soc仍总是低于电阻值的情况下同样被桥接并且因此被设定为不活跃。
32.通过在一次电网4中的开关11和/或在二次电网17中的开关11的相对应的状态，可以确保：绝缘电阻被提高到对于人类来说没有危险的值，并且使用该供电装置的燃料电池车辆仍总是可以在紧急行驶模式（“跛行回家”模式）下运行。因此，能够继续行驶。即，以这种方式，不需要将燃料电池车辆置于停机模式下并且阻止继续行驶或者继续运行。
33.上述方法和上述供电装置1在所有参与的组件的结构类型紧凑的同时提供了高运行安全性。即，相对应的情况也适用于燃料电池车辆的驱动装置，利用这种供电装置1来给该驱动装置供应电能。
34.附图标记清单：1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
供电装置2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
耗电器3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（第二）耗电器4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
一次电网7
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一燃料电池装置8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二燃料电池装置10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
桥接电路11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
开关
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
测量装置13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电压转换器17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
二次电网20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池组21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
逆变器22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
驱动机组