DE102018200485A1 - Waterborne vehicle with a power supply device - Google Patents
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Abstract
Ein wassergebundenes Fahrzeug weist eine Energieversorgungseinrichtung (24) auf, wobei die Energieversorgungseinrichtung (24) Brennstoffzellenmodule (1) und Gleichspannungswandler (16) aufweist. Die Gleichspannungswandler (16) sind elektrisch seriell mit einem Gleichspannungsbus (25) verbunden. Die Gleichspannungswandler (16) weisen eine galvanische Trennung (18) auf. Die Gleichspannungswandler (16) speisen elektrisch seriell einen Gleichspannungsbus (25). A water-bound vehicle has a power supply device (24), wherein the power supply device (24) comprises fuel cell modules (1) and DC voltage converters (16). The DC-DC converter (16) are electrically connected in series with a DC bus (25). The DC-DC converter (16) have a galvanic isolation (18). The DC-DC converter (16) electrically feed a DC bus (25) in series.
Description
Die Erfindung betrifft ein wassergebundenes Fahrzeug mit einer Energieversorgungseinrichtung, wobei die Energieversorgungseinrichtung Brennstoffzellenmodule aufweist, eine Energieversorgungseinrichtung für ein wassergebundenes Fahrzeug, ein Verfahren zum Betrieb einer Energieversorgungseinrichtung eines wassergebundenen Fahrzeuges, bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines wassergebundenen Fahrzeuges mit einer Energieversorgungseinrichtung.The invention relates to a waterborne vehicle having a power supply device, wherein the energy supply device comprises fuel cell modules, a power supply device for a waterborne vehicle, a method for operating a power supply device of a waterborne vehicle, or a method for operating a waterborne vehicle with a power supply device.
Ein wassergebundenes Fahrzeug ist beispielsweise ein U-Boot oder ein Schiff. Das Schiff ist beispielsweise ein Kreuzfahrtschiff, ein Containerschiff, eine Fähre, ein Fischerboot, ein Schnellboot, ein Kreuzer, etc. Der Einsatz von Brennstoffzellen in einem U-Boot ist beispielsweise aus der
Aus der
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine Einsatzsicherheit bzw. Verfügbarkeit einer Energieversorgung für ein Schiff und/oder ein U-Boot, zu verbessern.An object of the invention is to improve the operational reliability or availability of a power supply for a ship and / or a submarine.
Eine Lösung der Aufgabe gelingt bei einem wassergebundenen Fahrzeug gemäß Anspruch 1, bzw. bei einem Verfahren zum Betrieb einer Energieversorgungseinrichtung eines wassergebundenen Fahrzeuges nach Anspruch 8. Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche 2 bis 7 bzw. 9 und 10.A solution of the problem succeeds in a waterborne vehicle according to claim 1, or in a method for operating a power supply device of a waterborne vehicle according to claim 8. Embodiments are the subject of the respective subclaims 2 to 7 or 9 and 10.
Ein wassergebundenes Fahrzeug weist eine Energieversorgungseinrichtung auf. Die Energieversorgungseinrichtung weist Brennstoffzellenmodule und Gleichspannungswandler auf, wobei die Gleichspannungswandler elektrisch seriell mit einem Gleichspannungsbus verbunden sind. Hieraus ergibt sich ein modularer Aufbau, durch den sich eine hohe Betriebssicherheit erzielen lässt. Die serielle Verschaltung der Gleichspannungswandler ist eine Reihenschaltung. Die Energieversorgungseinrichtung kann neben Brennstoffzellen, auch Akkumulatoren und/oder Dieselgeneratoren aufweisen. Für den Antrieb des wassergebundenen Fahrzeugs ist insbesondere ein Elektromotor vorgesehen. Der Gleichspannungsbus ist insbesondere ein Energiebus zur Versorgung des wassergebundenen Fahrzeuges mit elektrischer Energie.A water-bound vehicle has a power supply device. The power supply device has fuel cell modules and DC-DC converter, wherein the DC-DC converter are electrically connected in series with a DC bus. This results in a modular structure, through which a high level of operational reliability can be achieved. The serial connection of the DC-DC converter is a series connection. The energy supply device may have not only fuel cells, but also accumulators and / or diesel generators. For driving the water-bound vehicle, an electric motor is provided in particular. The DC bus is in particular an energy bus for supplying the water-bound vehicle with electrical energy.
Sind die Gleichspannungswandler elektrisch seriell mit einem Gleichspannungsbus verbunden, so kann dieser ganz oder teilweise durch diese gespeist werden. Durch die serielle elektrische Verschaltung der Gleichspannungswandler kann jeder dieser seriell verschalteten Gleichspannungswandler seinen Spannungshubanteil beitragen.If the DC-DC converters are electrically connected in series with a DC bus, then this can be completely or partially fed by them. Due to the serial electrical connection of the DC-DC converter, each of these series-connected DC-DC converter can contribute its Spannungshubanteil.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung sind die Gleichspannungswandler über Schalter vom Gleichspannungsbus trennbar.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, the DC-DC converter via switches from the DC bus are separable.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung sind die Gleichspannungswandler über Schalter vom Gleichspannungsbus trennbar, wobei einzelne und/oder eine Gruppe von Gleichspannungswandlern überbrückbar sind um den Gleichspannungsbus aktiv zu halten. In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, the DC-DC converter via switches from the DC bus are separable, with individual and / or a group of DC-DC converters are bridged to keep the DC bus active.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung sind die Brennstoffzellenmodule von den Gleichspannungswandlern räumlich getrennt. Beispielsweise befinden sich die Brennstoffzellenmodule und die Gleichspannungswandler in unterschiedlichen Schaltschränken und/oder in unterschiedlichen Räumen. Dadurch kann beispielsweise die Sicherheit erhöht werden.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, the fuel cell modules are spatially separated from the DC voltage converters. For example, the fuel cell modules and the DC-DC converter are in different cabinets and / or in different rooms. As a result, for example, the security can be increased.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung bildet ein Brennstoffzellenmodul mit einem Gleichspannungswandler ein Gesamtmodul. Dabei sind Gleichspannungswandler und Brennstoffzellenmodul beispielsweise aufeinander gesteckt und/oder miteinander verschraubt. Damit kann ein platzsparender Aufbau realisiert werden.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, a fuel cell module with a DC-DC converter forms a total module. In this case DC-DC converter and fuel cell module, for example, plugged and / or screwed together. Thus, a space-saving design can be realized.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung ist jeweils einem Brennstoffzellenmodul jeweils ein Gleichspannungswandler (auch DC/DC-Steller genannt) zugeordnet. Es ist also (genau) einem Brennstoffzellenmodul (genau) ein Gleichspannungswandler zugeordnet. Dies kann eine elektrische, räumliche und/oder bauliche Zuordnung betreffen. Je Brennstoffzellenmodul wird also ein unabhängiger Gleichspannungswandler verwendet. Hieraus wird eine einfache Anpassung in Form einer Reihenschaltung an verschiedene Anwendungszwecke möglich. Es ergibt sich beispielsweise auch eine einfache Anpassung der in Reihe geschalteten Gleichspannungswandler an einen Ausfall/Defekt eines Gleichspannungswandlers. Ein ausgefallener Gleichspannungswandler kann durch verbliebene aktive Gleichspannungswandler kompensiert werden, indem diese ihre ausgegebene Spannung erhöhen. So kann beispielsweise nicht nur ein ausgefallener Gleichspannungswandler kompensiert werden sondern ggf. auch ein vielfacher Ausfall von Gleichspannungswandlern, ohne dass die DC-Spannung am Gleichspannungsbus sinken muss. Abhängig von der Anzahl der in Reihe geschalteten Gleichspannungswandler und abhängig vom maximalen Spannungshub können bis zu 2/3 der Gleichspannungswandler ausfallen. Diese Versorgungssicherheit für den Gleichspannungsbus wird aber ggf. durch einen geringeren Wirkungsgrad des Gesamtsystems erkauft. Der Wirkungsgrad eines Gleichspannungswandlers ist in der Regel um so geringer, je kleiner der Spannungshub ist.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, a respective DC-DC converter (also called DC / DC controller) is assigned to a respective fuel cell module. So it is (exactly) a fuel cell module (exactly) associated with a DC-DC converter. This can relate to an electrical, spatial and / or structural assignment. Each fuel cell module so an independent DC-DC converter is used. This results in a simple adaptation in the form of a series connection to different Applications possible. It also results, for example, a simple adaptation of the series-connected DC-DC converter to a failure / defect of a DC-DC converter. A failed DC-DC converter can be compensated by remaining active DC-DC converters by increasing their output voltage. Thus, for example, not only a failed DC-DC converter can be compensated, but possibly also a multiple failure of DC-DC converters without the DC voltage having to drop across the DC bus. Depending on the number of series-connected DC-DC converters and depending on the maximum voltage swing, up to 2/3 of the DC-DC converters may fail. However, this security of supply for the DC bus is possibly paid for by a lower efficiency of the overall system. The efficiency of a DC-DC converter is generally lower, the smaller the voltage swing.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung weist das Brennstoffzellenmodul eine Brennstoffzelleneinheit und eine Betriebsmittel-Versorgungseinheit zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit den Betriebsmitteln auf, wobei die Brennstoffzelleneinheit und die Betriebsmittel-Versorgungseinheit über eine zwischen den beiden Einheiten angeordnete Verbindungs-Platte miteinander verbunden sind. Es ist dabei eine hohe Verfügbarkeit des Brennstoffzellensystems und somit auch der einzelnen Module sicherzustellen. Im Falle eines Defektes einer Brennstoffzelle kann das gesamte Modul aus dem Brennstoffzellensystem ausgebaut und falls notwendig gegen ein intaktes Modul ausgetauscht werden. Hierzu wird insbesondere - gesteuert durch eine übergeordnete Steuerungs- und Regelungseinrichtung - zumindest das defekte Modul mit einer Abschaltprozedur in einen sicheren Zustand gebracht. Nach Austausch des defekten Moduls folgt eine Einschaltprozedur. Unter einem „sicheren“ Zustand wird hierbei insbesondere ein Zustand verstanden, bei dem zum einen an der Brennstoffzelleneinheit keine gefährliche Berührungsspannungen (z.B. Spannungen kleiner 120 V DC) anliegen und zum anderen bei dem Betriebsmittelkonzentrationen einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten (z.B. Wasserstoffkonzentration kleiner als 4 Vol.%), so dass ein Trennen der Brennstoffzelleneinheit von der Betriebsmittel-Versorgungseinheit und somit ein Kontakt der Brennstoffzellen zur Umgebungsluft dann nicht zur Ausbildung eines explosionsfähigen Brennstoff/Sauerstoff-Gemisches führt.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, the fuel cell module has a fuel cell unit and a resource supply unit for supplying the fuel cell unit with the resources, wherein the fuel cell unit and the resource supply unit are interconnected via a connection plate arranged between the two units , It is thereby a high availability of the fuel cell system and thus ensure the individual modules. In the event of a fuel cell failure, the entire module may be removed from the fuel cell system and, if necessary, replaced with an intact module. For this purpose, in particular - controlled by a higher-level control and regulating device - at least the defective module is brought into a safe state with a shutdown procedure. After replacing the defective module, a switch-on procedure follows. In this case, a "safe" state is understood in particular to mean a state in which no dangerous contact voltages (eg voltages less than 120 V DC) are applied to the fuel cell unit and, on the other hand, falls below a predetermined limit value at the resource concentrations (eg hydrogen concentration less than 4 vol. %), so that a separation of the fuel cell unit from the resource supply unit and thus a contact of the fuel cell to the ambient air then does not lead to the formation of an explosive fuel / oxygen mixture.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung weisen die Gleichspannungswandler eine galvanische Trennung auf. Hierdurch sind durch die direkte galvanische Trennung im Steller, also dem Gleichspannungswandler, hohe Netzspannungen realisierbar. Die Anlagenverfügbarkeit wird durch das Überbrücken eines oder mehrerer ausgefallener Steller gewährleistet, die Ausgangsspannung der verbliebenen Steller wird entsprechend nachgeregelt und/oder gesteuert. Durch kleinere Einheiten kann eine leichtere Wechselbarkeit erreicht werden. Für kleinere und größere Anlagen können somit Standardbrennstoffzellenmodule mit DC/DC-Steller (Gleichspannungswandler) verwendet werden.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, the DC-DC converter on a galvanic isolation. As a result, by the direct galvanic isolation in the actuator, so the DC-DC converter, high line voltages can be realized. The system availability is ensured by bridging one or more failed controllers, the output voltage of the remaining controller is readjusted and / or controlled accordingly. Smaller units make it easier to change. For smaller and larger systems, standard fuel cell modules with DC / DC controllers (DC-DC converter) can be used.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung sind die Gleichspannungswandler mittels einer Schaltung überbrückbar. So ist deren Austausch im Betrieb der Energieversorgungseinrichtung bzw. der Brennstoffzellenmodule möglich.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, the DC-DC converter can be bridged by means of a circuit. Thus, their replacement during operation of the power supply device or the fuel cell modules is possible.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung weisen die Brennstoffzellenmodule eine zu den Gleichspannungswandlern unterschiedliche Isolierung auf. Die Isolierung betrifft insbesondere die Isolationsfestigkeit. Durch Wasserbrücken in Schläuchen und Kanälen sind hohe Isolationswiderstände und somit hohe Anlagenspannungen nur begrenzt möglich, dies lässt sich durch eine galvanische Trennung im Gleichspannungswandler (DC/DC-Steller) leichter realisieren. Auf diese Weise lässt sich ein Gleichspannungsbus von über 900V bis mehrere kV, insbesondere 2 bis 3 kV, einfach realisieren.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, the fuel cell modules have a different insulation from the DC-DC converters. The insulation relates in particular to the insulation resistance. Due to water bridges in hoses and channels, high insulation resistances and thus high system voltages are only possible to a limited extent; this can be achieved more easily by galvanic isolation in the DC-DC converter (DC / DC controller). In this way, a DC bus of over 900V to several kV, especially 2 to 3 kV, can be easily realized.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung ist eine Steuerungseinrichtung mit den Gleichspannungswandlern datentechnisch verbunden. Die Steuerungseinrichtung steuert und/oder regelt. Die Steuerungseinrichtung kann abhängig vom Ausfall eines oder mehrerer Gleichspannungswandler in einer seriellen Schaltung den Spannungsausgang der verbleibenden aktiven Gleichspannungswandler in der seriellen Schaltung erhöhen. In einer Ausgestaltung gleicht diese Erhöhung den Ausfall komplett aus. In einer Ausgestaltung wird die notwendige Erhöhung gleichmäßig zu gleichen Teilen auf die verbleibenden aktiven Gleichspannungswandler aufgeteilt.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, a control device is connected to the DC voltage converters in terms of data technology. The control device controls and / or regulates. The controller may increase the voltage output of the remaining active DC-DC converters in the series circuit depending on the failure of one or more DC-DC converters in a serial circuit. In one embodiment, this increase compensates for the failure completely. In one embodiment, the necessary increase is divided evenly in equal parts among the remaining active DC-DC converters.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung ist der Gleichspannungsbus als elektrischer Versorgungsbus über das wassergebunden Fahrzeug verteilt. Der Gleichspannungsbus bildet beispielsweise insbesondere zumindest einen Teil der Bordstromversorgung und/oder stellt eine Hauptstromschien dar.In one embodiment of the water-bound vehicle or of the energy supply device, the DC voltage bus is distributed as an electric supply bus via the water-bound vehicle. For example, the DC voltage bus forms, in particular, at least part of the on-board power supply and / or represents a main current rail.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung ist der Gleichspannungswandler (DC/DC-Steller) speziell an die Brennstoffzellenanlage angepasst. Eine zusätzliche Redundanz wird durch eine Parallelschaltung jeweils eines zweiten Stellers bzw. Stellereinganges erreicht.In one embodiment of the water-bound vehicle or the energy supply device, the DC-DC converter (DC / DC Steller) specially adapted to the fuel cell system. Additional redundancy is achieved by a parallel connection in each case a second actuator or actuator input.
In einer Ausgestaltung des wassergebundenen Fahrzeugs bzw. der Energieversorgungseinrichtung sind die Brennstoffzellenmodule zur Versorgung mit Betriebsmitteln (z.B. Wasserstoff, Sauerstoff, Kühlwasser, Stickstoff) an eine gemeinsame Betriebsmittelversorgung angeschlossen (z.B. an jeweils einen gemeinsamen Speicher für Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff). Dabei können Brennstoffzellenmodule zum Einsatz kommen, die eine elektrische Nennleistung im einstelligen bis dreistelligen kW-Bereich aufweisen.In one embodiment of the water-powered vehicle or power supply, the fuel cell modules are connected to a common resource supply (e.g., one common storage for oxygen, hydrogen, and nitrogen) for supply of resources (e.g., hydrogen, oxygen, cooling water, nitrogen). In this case, fuel cell modules can be used, which have an electrical rated power in the single-digit to three-digit kW range.
Nach einem Verfahren zum Betrieb einer Energieversorgungseinrichtung eines wassergebundenen Fahrzeuges bzw. zum Betrieb des wassergebundenen Fahrzeuges mit der Energieversorgungseinrichtung speisen Gleichspannungswandler elektrisch seriell einen Gleichspannungsbus. Die Gleichspannungswandler befinden sich also in einer Reihenschaltung. Jeder Gleichspannungswandler trägt seinen Teil zur Spannung des Gleichspannungsbusses bei. Jede Gleichspannungswandler ist insbesondere ein Brennstoffzellenmodul zugeordnet und mit diesem zumindest elektrisch verbunden. Hieraus ergibt sich eine hohe Modularität.According to a method for operating a power supply device of a water-bonded vehicle or for operating the water-bound vehicle with the power supply device, DC-DC converters electrically feed a DC voltage bus in series. The DC-DC converter are thus in a series circuit. Each DC-DC converter contributes its part to the voltage of the DC bus. Each DC-DC converter is in particular associated with a fuel cell module and at least electrically connected thereto. This results in a high degree of modularity.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei Ausfall eines Gleichspannungswandlers oder bei Ausfalle mehrerer Gleichspannungswandler die Ausgangsspannung eines oder mehrerer verbleibender Gleichspannungswandler erhöht. Damit kann das Spannungsniveau eines zu speisenden Gleichspannungsbusses konstant gehalten werden bzw. ein zu großer Spannungseinbruch vermieden werden.In one embodiment of the method, if one DC-DC converter fails or several DC-DC converters fail, the output voltage of one or more remaining DC-DC converters is increased. Thus, the voltage level of a DC bus to be fed can be kept constant or an excessive voltage dip can be avoided.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann dieses bei einem der beschriebenen wassergebundenen Fahrzeuge bzw. bei einem der beschriebenen Energieversorgungseinrichtungen verwendet werden.In one embodiment of the method, this can be used in one of the waterborne vehicles described or in one of the power supply devices described.
Durch die beschrieben Modularität bezüglich der Brennstoffzellenmodule und der Gleichspannungswandler (DC/DC-Steller) kann sich die Skalierung und die Ausfallsicherheit solcher Anlagen verbessern, insbesondere im Vergleich zu Anlagen bei welchen ein einzelner Gleichspannungswandler die ganze Spannungshöhe des angeschlossene Spannungsnetz bzw. -busses ausgibt. Bei Ausfällen von Brennstoffzellenmodulen ist dort nach unterschreiten einer Mindestspannung die gesamte Brennstoffzellenanlage abzuschalten. Dies kann nun vermieden werden. Eine erforderliche Spannungshöhe kann auch durch eine reine Reihenschaltung von Brennstoffzellenmodulen erreicht werden. Durch diese Reihenschaltung von beispielsweise wassergekühlten Brennstoffzellenmodulen ist eine Limitierung der Spannungshöhe durch entsprechende Isolationswiderstände aufgrund der Kompaktheit gegeben, wenn nicht wie beschrieben auch die Gleichspannungswandler in Reihe geschalten werden um ein Gleichspannungsnetz (Gleichspannungsbus) zu speisen. Bei Einsatz eines DC/DC-Stellers für die Gesamtanlage ist diese durch die Anzahl der Stellereingänge limitiert. Bei Ausfall des Stellers ist die gesamte Anlage nicht mehr betreibbar. Dies kann durch die Reihenschaltung der Gleichspannungswandler (DC/DC-Steller) vermieden werden. Die bei konventionellen Stellern möglichen Isolationsfestigkeiten, können durch mit Wasserstrecken betriebene Brennstoffzellenmodule nicht oder nur durch eine sehr große Baugröße erreicht werden. Dies ist vor allem für Einbaugrößen sensitive Anwendung wichtig. Eine Anpassung von neuen Anlagen erfordert ebenfalls eine Anpassung des Stellers. So kann durch die Reihenschaltung der Gleichspannungswandler ausgenutzt werden, dass bei diesen eine hohe Isolationsfestigkeit, insbesondere von mehreren kV, leichter und/oder günstiger zu realisieren ist als bei den Brennstoffzellenmodulen, welche insbesondere wassergekühlt sind. Um die Spannungsvorgaben zu erreichen können Brennstoffzellenmodule auch in Reihe geschaltet werden. Durch den Einsatz speziell an die Brennstoffzellenanlage angepasste DC/DC-Steller mit mehreren Kanälen kann die Ausfallsicherheit bei Ausfall von Brennstoffzellenmodulen auch erhöht werden.The described modularity with respect to the fuel cell modules and the DC-DC converter (DC / DC controller), the scaling and reliability of such systems can improve, especially in comparison to systems in which a single DC-DC converter outputs the entire voltage level of the connected voltage network or bus. In case of failure of fuel cell modules is there to shut down after a minimum voltage, the entire fuel cell system. This can now be avoided. A required voltage level can also be achieved by a pure series connection of fuel cell modules. By this series connection of, for example, water-cooled fuel cell modules, a limitation of the voltage level is given by appropriate insulation resistances due to the compactness, if not as described, the DC-DC converter are connected in series to feed a DC voltage (DC bus). When using a DC / DC controller for the entire system, this is limited by the number of setting inputs. In case of failure of the actuator, the entire system is no longer operable. This can be avoided by the series connection of the DC-DC converter (DC / DC controller). The insulation strengths that are possible with conventional actuators can not be achieved by fuel cell modules operated with water routes or only by a very large structural size. This is especially important for mounting size sensitive application. An adaptation of new systems also requires an adjustment of the actuator. Thus can be exploited by the series connection of the DC-DC converter, that in these a high insulation resistance, in particular of several kV, easier and / or less expensive to implement than in the fuel cell modules, which are in particular water cooled. Fuel cell modules can also be connected in series to achieve the voltage specifications. By using DC / DC controllers with multiple channels specially adapted to the fuel cell system, the reliability can be increased if fuel cell modules fail.
Durch die Verlagerung er hohen Spannungen und der dadurch nötigen Isolationsstrecken auf die Ausgangsseite des DC/DC-Stellers ist die nötige Isolationsstrecke, also die Isolationsfestigkeit, leichter zu realisieren. Die Ausfallsicherheit der Brennstoffzellenanlage wird durch den modularen Aufbau und die in Reihe geschalteten Gleichspannungswandler (DC/DC-Steller) erhöht. So können auch kunden- und/oder anwendungsspezifische kompakte Anlagen konzipiert werden.By shifting he high voltages and the required isolation distances to the output side of the DC / DC controller, the necessary isolation distance, so the insulation resistance, easier to implement. The reliability of the fuel cell system is increased by the modular design and the series-connected DC-DC converter (DC / DC controller). This way, customer-specific and / or application-specific compact systems can also be designed.
Durch die direkte Anbindung eines für die Spannungshöhe optimierten DC/DC-Stellers an ein Brennstoffzellenmodul (kompakte Einheit aus beiden Komponenten) und die dadurch verlagerte Isolation auf die Ausgangsseite der Stellers kann eine variable Skalierung von Brennstoffzellenanlagen und deren Spannungsvorgaben vorgenommen werden.Due to the direct connection of an optimized for the voltage level DC / DC-actuator to a fuel cell module (compact unit of both components) and the thus shifted isolation on the output side of the actuator, a variable scaling of fuel cell systems and their voltage specifications can be made.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Betrieb der Energieversorgungseinrichtung eines wassergebundenen Fahrzeuges werden durch eine aktive Regelung der Gesamtspannung Ausfälle einzelner Einheiten kompensiert und somit die Verfügbarkeit der Anlagen erhöht.In one embodiment of the method for operating the power supply device of a waterborne vehicle, failures of individual units are compensated by an active regulation of the total voltage, thus increasing the availability of the systems.
Durch kompakte Standard-Einheiten aus Brennstoffzellenmodul und Gleichspannungswandler ist eine Brennstoffzellenanlage leichter zu skalieren. Durch das modulare System kann auch die Wartbarkeit dieser Anlagen verbessert werden. Compact standard fuel cell module and DC-DC converter units make it easier to scale a fuel cell system. The modular system can also improve the maintainability of these systems.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert, aus denen, ebenso wie aus den Unteransprüchen, weitere Angaben entnehmbar sind. Dabei zeigen:
-
1 ein Brennstoffzellenmodul; -
2 eine Reihenschaltung von Gleichspannungswandlern und -
3 eine Reihenschaltung nach2 in einem Fehlerfall.
-
1 a fuel cell module; -
2 a series circuit of DC-DC converters and -
3 a series connection after2 in case of an error.
Die Darstellung nach
Die Darstellung nach
Die Darstellung nach
Durch das Konzept der in Reihe geschalteten Gleichspannungswandler
- - skalierbares Anlagenkonzept je nach Bordnetzspannung;
- - höhere Anlagenspannungen im Gleichspannungsbus;
- - kleine Brennstoffzelleneinheiten bzw. Stellereinheiten (Gleichspannungswandler) sind auch für Sonderanwendungen geeignet;
- - Ausfälle/Fehler können ohne Betriebsunterbrechung durch Nachführung der Stellerausgangsspannung kompensiert werden;
- - Kosteneinsparungseffekte durch Standardisierung der Einheiten;
- - leichter zu realisierende Isolationsfestigkeit durch Integration der Hauptisolierung (galvanische Trennung) in den Steller (Gleichspannungswandler) und nicht in das Brennstoffzellenmodul, welches insbesondere Kontakt mit Wasser aufweist und
- - durch kleine Einheiten leichterer Austausch an Bord des wassergebundenen Fahrzeuges möglich (evtl. ist eine Trennung von Gleichspannungswandler und Brennstoffzellenmodul (BZM) möglich).
- - scalable system concept depending on the vehicle electrical system voltage;
- - higher system voltages in the DC bus;
- - Small fuel cell units or controller units (DC-DC converter) are also suitable for special applications;
- - Failures / errors can be compensated without interrupting operation by tracking the controller output voltage;
- - cost saving effects through standardization of units;
- - Easier to implement insulation resistance by integration of the main insulation (galvanic isolation) in the controller (DC-DC converter) and not in the fuel cell module, which in particular has contact with water and
- - Smaller units make easier replacement on board the waterborne vehicle possible (it may be possible to separate the DC / DC converter and the fuel cell module (BZM)).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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