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Title:
FUEL CELL SYSTEM, IN PARTICULAR FOR A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/145301
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fuel cell system (10), in particular for a vehicle, comprising a fuel cell unit (12) for generating electrical energy and a secondary battery (14) for storing electrical energy. A compressor (20) for acting on the fuel cell unit (12) is provided, and an inverter (30) for actuating the compressor (20) is provided. The inverter (30) is electrically connected to the fuel cell unit (12) and to the secondary battery (14).

Inventors:
FASSNACHT, Jochen (Justinus-Kerner-Str. 4, Calw, 75365, DE)
BEULICH, Klaus (Leimtelstr. 18, Weil Der Stadt, 71263, DE)
Application Number:
EP2019/051509
Publication Date:
August 01, 2019
Filing Date:
January 22, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
B60L50/51; B60L50/75; H01M16/00
Domestic Patent References:
WO2016059708A12016-04-21
Foreign References:
DE102015119565A12016-05-19
DE102017101852A12017-08-17
DE102017111644A12017-12-21
DE102014220834A12016-04-21
DE102012222343A12014-06-05
DE102011122162A12013-06-27
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Claims:
Ansprüche

1. Brennstoffzellensystem (10), insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend eine Brennstoffzelleneinheit (12) zur Erzeugung elektrischer Energie und eine Sekundärbatterie (14) zur Speicherung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass

ein Verdichter (20) zur Beaufschlagung der Brennstoffzelleneinheit (12) vorgesehen ist, und dass

ein Wechselrichter (30) zum Ansteuern des Verdichters (20) vorgesehen ist, wobei

der Wechselrichter (30) elektrisch mit der Brennstoffzelleneinheit (12) und mit der Sekundärbatterie (14) verbunden ist.

2. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der Wechselrichter (30) einen Pluspol (37), einen Minuspol (35) und einen Neutralpol (36) aufweist, wobei

die Brennstoffzelleneinheit (12) und die Sekundärbatterie (14) elektrisch seriell verschaltet und mit den Polen (35, 36, 37) des Wechselrichters (30) elektrisch verbunden sind.

3. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

die Brennstoffzelleneinheit (12) und die Sekundärbatterie (14) derart mit den Polen (35, 36, 37) des Wechselrichters (30) elektrisch verbunden sind, dass

an dem Pluspol (37) ein höheres Potential anliegt als an dem Neutralpol (36), und dass an dem Minuspol (35) ein tieferes Potential anliegt als an dem Neutralpol (36).

4. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

ein erster Phasenausgang (31) des Wechselrichters (30) mit einer ersten Phasenwicklung (21) des Verdichters (20) elektrisch verbunden ist, und dass

ein zweiter Phasenausgang (32) des Wechselrichters (30) mit einer zweiten Phasenwicklung (22) des Verdichters (20) elektrisch verbunden ist, und dass

ein dritter Phasenausgang (33) des Wechselrichters (30) mit einer dritten Phasenwicklung (23) des Verdichters (20) elektrisch verbunden ist.

5. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Wechselrichter (30) als 3-Level-lnverter ausgebildet ist und mehrere elektronische Schalter (Sl, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, Sil, S12) und Dioden (Dl, D2, D3, D4, D5, D6, XI, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, Xll, X12) aufweist.

6. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

ein Umrichter (50) zum Ansteuern eines Traktionsmotors (52) vorgesehen ist, wobei

der Umrichter (50) einen Pluspol (37), einen Minuspol (35) und einen Neutralpol (36) aufweist, und wobei

die Brennstoffzelleneinheit (12) und die Sekundärbatterie (14) elektrisch seriell verschaltet und mit den Polen (35, 36, 37) des Umrichters (50) elektrisch verbunden sind.

7. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

der Wechselrichter (30) und der Umrichter (50) in einem gemeinsamen Gehäuse (54) angeordnet sind.

8. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verdichter (20) in einer Zuführleitung zum Zuführen eines Stoffes an die Brennstoffzelleneinheit (12) angeordnet ist.

9. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verdichter (20) in einer Abführleitung zum Abführen eines Abgases von der Brennstoffzelleneinheit (12) angeordnet ist.

10. Verwendung eines Brennstoffzellensystems (10) nach einem der

vorstehenden Ansprüche in einem Brennstoffzellenfahrzeug.

Description:
Beschreibung

Titel

Brennstoffzellensvstem, insbesondere für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Fahrzeug. Das Brennstoffzellensystem umfasst dabei eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie, eine Sekundärbatterie zur Speicherung von elektrischer Energie, und einen Verdichter zur Beaufschlagung der

Brennstoffzelleneinheit.

Stand der Technik

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft insbesondere in Fahrzeugen vermehrt elektrische Systeme zum Einsatz kommen, die fortschrittliche Technologien zur Energieerzeugung mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren. Eine Möglichkeit zur Erzeugung elektrischer Energie für ein elektrisches Antriebssystem eines Fahrzeugs bilden Brennstoffzellen. Ein Brennstoffzellensystem weist neben Brennstoffzellen zur Erzeugung elektrischer Energie auch eine Sekundärbatterie zur Speicherung der elektrischen Energie auf. Fahrzeuge, welche ein derartiges Brennstoffzellensystem aufweisen, werden auch als Brennstoffzellenfahrzeug (Fuel cell Vehicle = FCV) bezeichnet.

Aus dem Dokument DE 10 2012 222 343 Al ist ein Antriebssystem,

beispielsweise für ein Fahrzeug, bekannt. Das Antriebssystem umfasst eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung elektrischer Energie, eine

Sekundärbatterie zur Speicherung elektrischer Energie und eine elektrische Maschine.

Brennstoffzellensysteme weisen in der Regel einen Verdichter auf, welcher beispielsweise Umgebungsluft ansaugt und den Brennstoffzellen zuführt. Der Verdichter benötigt bis zu 20% der von den Brennstoffzellen erzeugten elektrischen Leistung, beziehungsweise Energie. Die Verluste des Verdichters sind damit relevant für die Gesamteffizienz des Fahrzeugs. Die Dynamik des Brennstoffzellensystems ist limitiert durch das Hochlaufverhalten des

Verdichters.

Aus dem Dokument DE 10 2011 122 162 Al sind verschiedenartige

Brennstoffzellenvorrichtungen bekannt. Die Brennstoffzellenvorrichtungen weisen Versorgungsleitungen zum Zuführen von Stoffen an eine Kathode und an eine Anode sowie eine Abführleitung zum Abführen von Abgasen auf. Die

Brennstoffzellenvorrichtungen weisen ferner Verdichter auf, welche

beispielsweise in einer der Versorgungsleitungen oder in der Abführleitung angeordnet sind.

Da die Brennstoffzellen beim Start des Fahrzeugs keine ausreichende Spannung und Energie liefern, kann der Verdichter beim Start über die Sekundärbatterie versorgt werden. Der Verdichter kann dazu an das Traktionsbordnetz des Fahrzeugs angeschlossen werden, welches über DC/DC-Wandler sowohl an die Sekundärbatterie als auch an die Brennstoffzellen angeschlossen ist. Die DC/DC-Wandler müssen für die Zusatzbelastung durch den Verdichter ausgelegt werden, was zu erhöhten Kosten führt. Die bei der Spannungswandlung entstehenden Verluste zum Betrieb des Verdichters erhöhen den

Gesamtverbrauch des Fahrzeugs.

Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Fahrzeug,

vorgeschlagen. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie und eine Sekundärbatterie zur

Speicherung von elektrischer Energie. Die Brennstoffzelleneinheit weist mehrere Brennstoffzellen auf.

Erfindungsgemäß ist in dem Brennstoffzellensystem ein Verdichter zur

Beaufschlagung der Brennstoffzelleneinheit vorgesehen. Ferner ist ein

Wechselrichter zum Ansteuern des Verdichters vorgesehen. Dabei ist der Wechselrichter elektrisch mit der Brennstoffzelleneinheit und mit der

Sekundärbatterie verbunden. Bevorzugt weist der Wechselrichter einen Pluspol, einen Minuspol und einen Neutralpol auf. Dabei sind die Brennstoffzelleneinheit und die Sekundärbatterie elektrisch seriell verschaltet und mit den Polen des Wechselrichters elektrisch verbunden. Beispielsweise ist die Brennstoffzelleneinheit mit dem Minuspol und dem Neutralpol verbunden, und die Sekundärbatterie ist mit dem Neutralpol und dem Pluspol verbunden. Alternativ ist die Sekundärbatterie mit dem Minuspol und dem Neutralpol verbunden, und die Brennstoffzelleneinheit ist mit dem Neutralpol und dem Pluspol verbunden.

Vorteilhaft sind die Brennstoffzelleneinheit und die Sekundärbatterie derart mit den Polen des Wechselrichters verbunden, dass an dem Pluspol ein höheres Potential anliegt als an dem Neutralpol, und dass an dem Minuspol ein tieferes Potential anliegt als an dem Neutralpol. Beispielsweise ist ein negatives Terminal der Brennstoffzelleneinheit oder der Sekundärbatterie mit dem Minuspol verbunden, und ein positives Terminal der Brennstoffzelleneinheit oder der Sekundärbatterie ist dem Neutralpol verbunden. Alternativ ist das negative Terminal der Brennstoffzelleneinheit oder der Sekundärbatterie mit dem

Neutralpol verbunden, und das positive Terminal der Brennstoffzelleneinheit oder der Sekundärbatterie ist dem Pluspol verbunden.

Vorzugsweise weist der Wechselrichter drei Phasenausgänge auf, und der Verdichter weist drei Phasenwicklungen auf. Dabei ist ein erster Phasenausgang des Wechselrichters mit einer ersten Phasenwicklung des Verdichters elektrisch verbunden, und ein zweiter Phasenausgang des Wechselrichters ist mit einer zweiten Phasenwicklung des Verdichters elektrisch verbunden, und ein dritter Phasenausgang des Wechselrichters ist mit einer dritten Phasenwicklung des Verdichters elektrisch verbunden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechselrichter als 3-Level-lnverter ausgebildet und weist mehrere elektronische Schalter und Dioden auf. Die elektronischen Schalter des Wechselrichters sind dabei derart ansteuerbar, dass der Verdichter wahlweise mit elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit oder mit elektrischer Energie von der Sekundärbatterie oder mit elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit und von der Sekundärbatterie betreibbar ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist auch ein Umrichter zum Ansteuern eines Traktionsmotors vorgesehen. Dabei weist der Umrichter einen Pluspol, einen Minuspol und einen Neutralpol auf. Die

Brennstoffzelleneinheit und die Sekundärbatterie sind elektrisch seriell verschaltet und mit den Polen des Umrichters elektrisch verbunden. Der

Umrichter ist somit bezüglich der Brennstoffzelleneinheit und der

Sekundärbatterie elektrisch parallel zu dem Wechselrichter zum Ansteuern des Verdichters geschaltet.

Der Umrichter weist bevorzugt auch drei Phasenausgänge auf, und der

Traktionsmotor weist drei Phasenwicklungen auf. Dabei sind die

Phasenausgänge des Umrichters mit den Phasenwicklungen des

Traktionsmotors verbunden.

Vorteilhaft sind der Wechselrichter und der Umrichter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdichter in einer Zuführleitung zum Zuführen eines Stoffes an die Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Vorzugsweise ist der Verdichter dabei in einer Zuführleitung zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Der Verdichter kann auch in einer Zuführleitung zum Zuführen eines Brennstoffs zu der

Brennstoffzelleneinheit angeordnet sein.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der

Verdichter in einer Abführleitung zum Abführen eines Abgases von der

Brennstoffzelleneinheit angeordnet.

Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem findet vorteilhaft Verwendung in einem Brennstoffzellenfahrzeug. Aber auch andere Anwendungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems sind denkbar. Vorteile der Erfindung

In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem sind die durch den Betrieb eines Verdichters verursachten elektrischen Verluste signifikant verringert. Dadurch ist der Verbrauch an Brennstoff in einem mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ausgerüsteten Fahrzeug ebenfalls verringert und die Reichweite ist erhöht. Der Verdichter kann wahlweise mit elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit oder mit elektrischer Energie von der

Sekundärbatterie oder mit elektrischer Energie von beiden Quellen gleichzeitig versorgt und betrieben werden. Bei Anordnung des Wechselrichters zum Ansteuern des Verdichters und des Umrichters zum Ansteuern des

Traktionsmotors in einem gemeinsamen Gehäuse ist nur ein Satz

Anschlussklemmen erforderlich, an welche die Brennstoffzelleneinheit und die Sekundärbatterie angeschlossen werden. Innerhalb des Gehäuses sind die Anschlussklemmen mit den Pluspolen, Neutralpolen und Minuspolen des Wechselrichters und des Umrichters verbunden. Ferner können in diesem Fall von dem Wechselrichter und dem Umrichter gemeinsame Kondensatoren als Zwischenkreiskondensatoren genutzt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems,

Figur 2 einen detaillierten Schaltplan des Brennstoffzellensystems aus Figur

1 und

Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems. Ausführungsformen der Erfindung

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.

In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems 10 für ein Fahrzeug schematisch dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 12 zur Erzeugung elektrischer Energie und eine Sekundärbatterie 14 zur Speicherung elektrischer Energie. Die

Brennstoffzelleneinheit 12 weist mehrere seriell und eventuell parallel

verschaltete Brennstoffzellen auf. Die Sekundärbatterie 14 weisen mehrere seriell und eventuell parallel verschaltete Batteriezellen auf. Parallel zu der Brennstoffzelleneinheit 12 ist ein erster Kondensator 16 geschaltet. Parallel zu der Sekundärbatterie 14 ist ein zweiter Kondensator 18 geschaltet. Die beiden Kondensatoren 16, 18 dienen in dem Brennstoffzellensystem 10 als

Zwischenkreiskondensatoren.

Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 10 einen Verdichter 20 zur

Beaufschlagung der Brennstoffzelleneinheit 12. Vorliegend ist der Verdichter 20 in einer Zuführleitung zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelleneinheit 12 angeordnet. Der Verdichter 20 kann auch in einer Zuführleitung zum Zuführen eines Brennstoffs zu der Brennstoffzelleneinheit 12 angeordnet sein. Auch kann der Verdichter 20 in einer Abführleitung zum Abführen eines Abgases von der Brennstoffzelleneinheit 12 angeordnet sein.

Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst auch einen Wechselrichter 30 zum Ansteuern des Verdichters 20. Der Wechselrichter 30 weist vorliegend einen ersten Phasenausgang 31, einen zweiten Phasenausgang 32 und einen dritten Phasenausgang 33 auf. Die Phasenausgänge 31, 32, 33 sind dabei mit dem Verdichter 20 verbunden. Der Wechselrichter 30 weist ferner einen Minuspol 35, einen Neutralpol 36 und einen Pluspol 37 auf. Vorliegend ist ein negatives Terminal der

Brennstoffzelleneinheit 12 mit dem Minuspol 35 verbunden, und ein positives Terminal der Brennstoffzelleneinheit 12 ist mit dem Neutralpol 36 verbunden. Ferner ist ein negatives Terminal der Sekundärbatterie 14 mit dem Neutralpol 36 verbunden, und ein positives Terminal der Sekundärbatterie 14 ist mit dem Pluspol 37 verbunden. Die Brennstoffzelleneinheit 12 und die Sekundärbatterie 14 sind somit auch seriell verschaltet. Alternativ können die

Brennstoffzelleneinheit 12 und die Sekundärbatterie 14 vertauscht angeordnet sein. In diesem Fall ist das negative Terminal der Sekundärbatterie 14 mit dem Minuspol 35 und das positive Terminal der Sekundärbatterie 14 mit dem

Neutralpol 36 verbunden, und das negative Terminal der Brennstoffzelleneinheit 12 ist mit dem Neutralpol 36 und das positive Terminal der

Brennstoffzelleneinheit 12 mit dem Pluspol 37 verbunden.

Figur 2 zeigt einen detaillierten Schaltplan des Brennstoffzellensystems 10 aus Figur 1. Der Verdichter 20 weist eine erste Phasenwicklung 21, eine zweite Phasenwicklung 22 und eine dritte Phasenwicklung 23 auf. Die drei

Phasenwicklungen 21, 22, 23 sind vorliegend in einer Sternschaltung verschaltet und mit einem gemeinsamen Sternpunkt 25 verbunden. Die Phasenwicklungen 21, 22, 23 könnten auch in einer Dreieckschaltung verschaltet sein.

Der erste Phasenausgang 31 des Wechselrichters 30 ist mit der ersten

Phasenwicklung 21 des Verdichters 20 verbunden. Der zweite Phasenausgang 32 des Wechselrichters 30 ist mit der zweiten Phasenwicklung 22 des

Verdichters 20 verbunden. Der dritte Phasenausgang 33 des Wechselrichters 30 ist mit der dritten Phasenwicklung 23 des Verdichters 20 verbunden.

Eine erste Klemmdiode Dl ist zwischen dem Neutralpol 36 und einem ersten Knotenpunkt 41 vorgesehen. Eine zweite Klemmdiode D2 ist zwischen dem Neutralpol 36 und einem zweiten Knotenpunkt 42 vorgesehen. Eine dritte Klemmdiode D3 ist zwischen dem Neutralpol 36 und einem dritten Knotenpunkt 43 vorgesehen. Eine vierte Klemmdiode D4 ist zwischen dem Neutralpol 36 und einem vierten Knotenpunkt 44 vorgesehen. Eine fünfte Klemmdiode D5 ist zwischen dem Neutralpol 36 und einem fünften Knotenpunkt 45 vorgesehen. Eine sechste Klemmdiode D6 ist zwischen dem Neutralpol 36 und einem sechsten Knotenpunkt 46 vorgesehen.

Zwischen dem Pluspol 37 und dem ersten Knotenpunkt 41 ist ein erster Schalter S1 angeordnet. Zwischen dem ersten Phasenausgang 31 und dem ersten Knotenpunkt 41 ist ein zweiter Schalter S2 angeordnet. Zwischen dem ersten Phasenausgang 31 und dem zweiten Knotenpunkt 42 ist ein dritter Schalter S3 angeordnet. Zwischen dem Minuspol 35 und dem zweiten Knotenpunkt 42 ist ein vierter Schalter S4 angeordnet.

Zwischen dem Pluspol 37 und dem dritten Knotenpunkt 43 ist ein fünfter Schalter S5 angeordnet. Zwischen dem zweiten Phasenausgang 32 und dem dritten Knotenpunkt 43 ist ein sechster Schalter S6 angeordnet. Zwischen dem zweiten Phasenausgang 32 und dem vierten Knotenpunkt 44 ist ein siebter Schalter S7 angeordnet. Zwischen dem Minuspol 35 und dem vierten Knotenpunkt 44 ist ein achter Schalter S8 angeordnet.

Zwischen dem Pluspol 37 und dem fünften Knotenpunkt 45 ist ein neunter Schalter S9 angeordnet. Zwischen dem dritten Phasenausgang 33 und dem fünften Knotenpunkt 45 ist ein zehnter Schalter S10 angeordnet. Zwischen dem dritten Phasenausgang 33 und dem sechsten Knotenpunkt 46 ist ein elfter Schalter Sil angeordnet. Zwischen dem Minuspol 35 und dem sechsten Knotenpunkt 46 ist ein zwölfter Schalter S12 angeordnet.

Bei den Schaltern Sl, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, Sil, S12 des Wechselrichters handelt es sich um elektronische Schalter, die von einer nicht dargestellten Ansteuereinheit ansteuerbar sind. Die besagten Schalter Sl, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, Sil, S12 sind vorzugsweise als

Bipolartransistor oder als Bipolartransistor mit isolierter Gate- Elektrode (insulated gate bipolar transistor, IGBT) ausgeführt.

Parallel zu dem ersten Schalter Sl ist eine erste Freilaufdiode XI geschaltet. Parallel zu dem zweiten Schalter S2 ist eine zweite Freilaufdiode X2 geschaltet. Parallel zu dem dritten Schalter S3 ist eine dritte Freilaufdiode X3 geschaltet. Parallel zu dem vierten Schalter S4 ist eine vierte Freilaufdiode X4 geschaltet. Parallel zu dem fünften Schalter S5 ist eine fünfte Freilaufdiode X5 geschaltet. Parallel zu dem sechsten Schalter S6 ist eine sechste Freilaufdiode X6 geschaltet. Parallel zu dem siebten Schalter S7 ist eine siebte Freilaufdiode X7 geschaltet. Parallel zu dem achten Schalter S8 ist eine achte Freilaufdiode X8 geschaltet. Parallel zu dem neunten Schalter S9 ist eine neunte Freilaufdiode X9 geschaltet. Parallel zu dem zehnten Schalter S10 ist eine zehnte Freilaufdiode X10 geschaltet. Parallel zu dem elften Schalter Sil ist eine elfte Freilaufdiode Xll geschaltet. Parallel zu dem zwölften Schalter S12 ist eine zwölfte

Freilaufdiode X12 geschaltet.

Durch diese elektrische Verschaltung des Wechselrichters 30 mit der

Brennstoffzelleneinheit 12, der Sekundärbatterie 14 und dem Verdichter 20 kann der Verdichter 20 wahlweise mit elektrischer Energie von der

Brennstoffzelleneinheit 12 oder mit elektrischer Energie von der Sekundärbatterie 14 versorgt und betrieben werden. Auch kann der Verdichter 20 gleichzeitig mit elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit 12 und von der

Sekundärbatterie 14 versorgt und betrieben werden.

In einem ersten Betriebsmodus wird der Verdichter 20 ausschließlich mit elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit 12 betrieben. Der erste Betriebsmodus wird insbesondere dann verwendet, wenn das

Brennstoffzellensystem 10 regulär in Betrieb ist und die Brennstoffzelleneinheit 12 regulär elektrische Energie erzeugt. Vorteilhaft entstehen in dem ersten Betriebsmodus nur geringe elektrische Verluste und somit ergibt sich eine verhältnismäßig hohe Effizienz.

In einem zweiten Betriebsmodus wird der Verdichter 20 ausschließlich mit elektrischer Energie von der Sekundärbatterie 14 betrieben. Der zweite

Betriebsmodus wird insbesondere dann verwendet, wenn die

Brennstoffzelleneinheit 12 nicht genügend elektrische Energie erzeugt, und wenn eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelleneinheit 12 zu gering ist. Dieser Fall tritt insbesondere beim Starten Brennstoffzelleneinheit 12 auf. Vorteilhaft entstehen auch in dem zweiten Betriebsmodus nur geringe elektrische Verluste und somit ergibt sich eine verhältnismäßig hohe Effizienz. Ferner ergibt sich eine hohe Verfügbarkeit des Brennstoffzellensystems 10. Weiterhin ist es möglich den Verdichter 20 im Generatorbetrieb zu betreiben. Dadurch wird die Dynamik des Brennstoffzellensystems 10 bei einem Lastabwurf erhöht.

In einem dritten Betriebsmodus wird der Verdichter 20 gleichzeitig mit elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit 12 und von der

Sekundärbatterie 14 betrieben. Der dritte Betriebsmodus wird auch als

Spannungsboost bezeichnet. In dem dritten Betriebsmodus steht die Summe der Ausgangsspannungen der in Reihe geschalteten Brennstoffzelleneinheit 12 und Sekundärbatterie 14 zur Verfügung. Dies führt zu einer höheren Drehzahl des Verdichters 20. Bei höherer Drehzahl gibt der Verdichter 20 eine höhere mechanische Leistung ab, welche der Brennstoffzelleneinheit 12 zur Verfügung gestellt wird. Dadurch wird die von der Brennstoffzelleneinheit 12 generierte elektrische Leistung erhöht. Dies erhöht beispielsweise die Dynamik beim Beschleunigen des Fahrzeugs.

In einem vierten Betriebsmodus wird die Brennstoffzelleneinheit 12 elektrisch kurzgeschlossen und der Verdichter 20 wird ausschließlich mit elektrischer Energie von der Sekundärbatterie 14 betrieben. Der vierte Betriebsmodus, welcher auch als Gefrierstart bezeichnet wird, wird insbesondere bei geringen Außentemperaturen verwendet. In dem vierten Betriebsmodus wird die zuvor kalte Brennstoffzelleneinheit 12 verhältnismäßig schnell erwärmt und auf eine ausreichende Betriebstemperatur gebracht.

In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems 10 für ein Fahrzeug schematisch dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst, wie auch das in Figur 1 gezeigte Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, eine Brennstoffzelleneinheit 12 zur Erzeugung elektrischer Energie, eine

Sekundärbatterie 14 zur Speicherung elektrischer Energie, zwei als

Zwischenkreiskondensatoren dienende Kondensatoren 16, 18, einen Verdichter 20 zur Beaufschlagung der Brennstoffzelleneinheit 12 und einen Wechselrichter 30 zum Ansteuern des Verdichters 20. Bei räumlich naher Anordnung der Sekundärbatterie 14 und Brennstoffzelleneinheit 12 an den Wechselrichter 30 können die Zwischenkreiskondensatoren eventuell auch entfallen. Zusätzlich umfasst das Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem zweiten

Ausführungsbeispiel einen Umrichter 50 zum Ansteuern eines Traktionsmotors 52 des Fahrzeugs. Der Umrichter 50 weist vorliegend einen ersten

Phasenausgang 31, einen zweiten Phasenausgang 32 und einen dritten

Phasenausgang 33 auf. Die drei Phasenausgänge 31, 32, 33 sind dabei mit dem

Traktionsmotor 52 des Fahrzeugs verbunden.

Der Umrichter 50 weist ferner einen Pluspol 37, einen Minuspol 35 und einen Neutralpol 36 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 12 und die Sekundärbatterie 14 sind elektrisch seriell verschaltet und mit den Polen des Umrichters 50 elektrisch verbunden. Vorliegend ist das negative Terminal der Brennstoffzelleneinheit 12 mit dem Minuspol 35 verbunden, und das positive Terminal der

Brennstoffzelleneinheit 12 ist mit dem Neutralpol 36 verbunden. Ferner ist das negative Terminal der Sekundärbatterie 14 mit dem Neutralpol 36 verbunden, und das positive Terminal der Sekundärbatterie 14 ist mit dem Pluspol 37 verbunden. Der Umrichter 50 ist somit bezüglich der Brennstoffzelleneinheit 12 und der Sekundärbatterie 14 elektrisch parallel zu dem Wechselrichter 30 geschaltet. Der Wechselrichter 30 und der Umrichter 50 sind in einem gemeinsamen

Gehäuse 54 angeordnet. Auch die als Zwischenkreiskondensatoren dienenden Kondensatoren 16, 18 sind in dem Gehäuse 54 angeordnet.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.