DC/DC转换装置的制作方法

本发明涉及多相dc/dc转换装置，具有直流电压输入端、直流电压输出端和并联连接的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有至少一个由控制装置控制的开关元件。本发明也涉及分别具有dc/dc转换装置的能量传输系统和交通工具及其操作方法。

de102011051482a1公开了用于电压转换器的桥电路结构和操作方法，电压转换器由两个半桥结构构成。在半桥结构外设置的三个切换元件用于在第一配置和第二配置之间切换，在第一配置中所述半桥结构与输入接线端并联连接，在第二配置中所述半桥结构在输入接线端之间串联。在高输入电压的情况下采用半桥串联电路，以便将电压分散给两个半桥。在较低输入电压的情况下，具有并联半桥的桥电路结构被操作。电压转换器还包括谐振网、变换器和整流器。该桥电路的目的是提高电子装置的耐电压性。此拓扑的缺点特别是局限到两个半桥以及三个切换元件，其决定了高的电路成本且作为半导体是相当可观的成本部分。

de102007017187b4公开了用于机动车的电网，具有交通工具电池、超级电容、电压敏感的负载、第一dc/dc转换器和至少一个第二dc/dc转换器以及电子开关。每个dc/dc转换器以其第一接线端与超级电容相连。第一转换器的第二接线端与该负载相连。第二转换器的第二接线端与交通工具电池相连。该电子开关连接在dc/dc转换器的第二接线端之间。通过该电子开关的打开保证了敏感的负载在起动过程中只由超级电容供应能量。在交通工具电池和起动机所依赖的电网部分上的电压下降因此不影响电压敏感的负载。在起动过程外，该开关被闭合，使得两个dc/dc转换器被用于超级电容的充电。为了限制充电电流，在每个dc/dc转换器中可以设置另一个开关。所有的dc/dc转换器具有相同的拓扑。

jp2006311776a公开了一种燃料电池交通工具，具有由多个并联的子单元构成的转换器。一个控制装置根据各个子单元的状态(如温度)确定操作哪个(哪些)子单元。

de102010041625a1公开了一种用于移动应用的电转换器。直流电压转换器由并联的各个转换器构成。该控制装置在转换器的操作中执行有效的电流补偿。为此记录流过瞬间处于操作运行的各个转换器的电流的值。另外，可以补偿各个转换器的故障。

us6954365b2公开了一种燃料电池交通工具，具有并联的dc/dc变换器，其可以分别包括一个电流测量装置。各个dc/dc变换器的控制或延时控制借助一个控制装置进行。

de112008003489t5公开了一种燃料电池系统，其中，在燃料电池和电池之间设有dc/dc转换器。该dc/dc转换器由三个全桥单元构成，其线圈彼此感应耦合。

us7518886b1公开了一种燃料电池装置，具有由初级侧和次级侧构成的转换器。初级侧由三个相同的并联相构成。次级侧包括共同的整流器。

de102012109638a1公开了一种具有输入侧emv过滤器的组串型逆变器。

在现有技术中已知用于重叠电压区的直流电压转换器，特别是施加在转换器输入端的电源(如燃料电池)和施加在转换器输出端的蓄电器(交通工具电池)。

如果输入电压(燃料电池电压)可以高于或低于输出电压(电池电压)，则所用的转换器拓扑是全桥转换器。特别是为了分散功率，此时并行操作多个全桥转换器。

现有技术的缺点是，需要许多半桥开关和相应的控制逻辑电路。微控制器、fpga、cpld、asic等类似机构的计算成本也巨大。这不利地影响到构造空间、重量、成本和效率(高功耗)。另外，已知系统没有或者没有最佳地适配或适配于电源且特别是燃料电池的电流电压特性曲线，由此一来，或是只得到有限的工作区，或估计损耗显著。

因此，本发明的目的是消除所述缺点并提供一种dc/dc转换装置，其操作运行可最佳适配于电源、优选地是燃料电池单元的特征电流电压特性曲线。功率损耗应该被最小化。另外，相比于现有技术，本发明的特点应该是结构空间更小、重量更轻、成本更低和/或效率更高。

该目的通过前述类型的dc/dc转换装置如此实现，在并联连接的直流电压转换器中，至少一个第一直流电压转换器在从直流电压输入端至直流电压输出端的方向上设计为降压转换器和升压转换器，至少一个第二直流电压转换器在从直流电压输入端至直流电压输出端的方向上设计为升压转换器，其中，所述至少一个第一直流电压转换器的拓扑不同于所述至少一个第二直流电压转换器的拓扑，并且所述dc/dc转换装置包括至少一个优选地分离的开关装置，该开关装置具有：

第一开关状态，在第一开关状态中所述至少一个第二直流电压转换器被断开，使得在直流电压输入端和直流电压输出端之间的电压转换通过所述至少一个第一直流电压转换器进行而所述至少一个第二直流电压转换器不参与，

第二开关状态，在第二开关状态中所述至少一个第二直流电压转换器被接通，使得所述至少一个第二直流电压转换器参与所述直流电压输入端与直流电压输出端之间的电压转换，优选地所述至少一个第一直流电压转换器同时参与。

通过本发明获得了特别针对以下情况的优化解决方案：施加在dc/dc转换装置的输入端的电压与施加在dc/dc转换装置的输出端的电压之差改变符号。这样的情况特别出现在燃料电池单元与dc/dc转换装置的输入端相连并且蓄电器(如电池)与dc/dc转换装置的输出端相连时。燃料电池单元的电流电压特性曲线或极曲线的特征在于从空载电压起首先明显降低的部分。通常，燃料电池电压在该降低部分内或之后低于电池电压，从而必须从降压操作转变至升压操作(或者说调整转换情况)。

dc/dc转换装置的直流电压输入端因此用于连接至电源、特别是燃料电池单元，直流电压输出端用于连接至蓄电器。

“接通”是指，所述至少一个第二直流电压转换器连接在输入端和输出端之间，使得它可参与输入端和输出端之间的电压转换。因此，“断开”是指相反情况。在断开状态中，所述至少一个第二直流电压转换器不参与电压转换。

该开关装置的第一开关状态对应于第一操作模式，此时电压转换通过所述至少一个第一直流电压转换器进行(升压操作)，而所述至少一个第二直流电压转换器不参与。

开关装置的第二开关状态对应于第二操作模式，此时所述至少一个第二直流电压转换器参与电压转换。现在，对于第二操作模式有两种变型：

在第一变型中通过所述至少一个第一直流电压转换器(升压操作)和至少一个第二直流电压转换器进行在直流电压输入端与直流电压输出端之间的电压转换。

在第二变型中，只通过这个或这些第二直流电压转换器进行在直流电压输入端与直流电压输出端之间的电压转换而第一直流电压转换器不参与。

第二操作模式的第一变型例如可以在所述至少一个第二直流电压转换器接通之后运行。在预定时间段之后使这个或这些第一直流电压转换器下降运行，从而流过这个/这些第一直流电压转换器的电流减小，直到所述至少一个第一直流电压转换器完全不操作(即其开关元件不再节拍动作)。同时，所述至少一个第二直流电压转换器接管其开关元件的节拍被相应调整而释放的电流负载。现在，实现第二操作模式的第二变型(即所述至少一个第一直流电压转换器不参与电压转换)。

如果通过第一直流电压转换器的在升压操作期间永久闭合的开关元件的损耗大于通过开关装置的损耗，则从第一变型转变至第二变型可以是有利的。第二操作模式的第二变型也可被称为“高效模式”。它特别适用在多个第二直流电压转换器可供使用时。

本发明基于以下原理，所述至少一个第二直流电压转换器可被断开或切断，即它可以通过该开关装置与所述至少一个第一直流电压转换器断开并且在此(第一)开关状态下不参与直流电压转换。所述转换在第一开关状态下只通过所述至少一个第一直流电压转换器进行。通过有目的地接通这个/这些第二直流电压转换器，电源的电流电压特性曲线可以被尽量最佳满足。

术语“多相”是指，所述dc/dc转换装置具有至少两个相，即由至少两个并联连接的直流电压转换器构成。所述至少一个第一直流电压转换器和至少一个第二直流电压转换器此时并联连接在dc/dc转换装置的输入端与输出端之间。

“分离的开关装置”是指，开关装置不是各个第一直流电压转换器和第二直流电压转换器的组成部分，而只是除此之外另外设置。分离的开关装置也可以由该控制装置来控制。

本发明的一个重要特征在于，这个或这些第一直流电压转换器具有与这个或这些第二直流电压转换器不同的拓扑(即不同构造)。

因此，第一直流电压转换器从输入端至输出端按照两个不同的操作模式投入使用，即按照降压操作和按照升压操作。第二直流电压转换器可仅设计用于一个操作模式，即用于升压操作(从输入端至输出端来看)，由此，它可以简单、紧凑且廉价许多地设定尺寸。

与燃料电池的极曲线相关地，所述第一直流电压转换器从空载电压起首先用作降压转换器(所谓下拉相)。电流在此区域内尚小，使得通过这个/这些第一直流电压转换器的负载仍然可以损耗低。一旦燃料电池电压等于或小于蓄电器电压，则这个或这些第二直流电压转换器也可以为此被接通(即参与电压转换)。电流通过这种方式被分散给多个转换器。现在，这个或这些第一直流电压转换器像这个/这些第二直流电压转换器那样用作升压转换器。

这个/这些第一直流电压转换器同时是降压转换器和升压转换器，即它们按照不仅能以降压操作运行也能以升压操作运行的方式设计。本发明的一个重要优点在于，这个/这些第二直流电压转换器在从输入端至输出端的方向上只能设计成升压转换器，由此，它们可以简单且廉价许多地设定尺寸。

在此要说明的是，术语“直流电压输入端”和“直流电压输出端”被用于限定降压操作或升压操作的方向。但也可行的是该直流电压转换器双向构成，使得施加在直流电压输出端上的电压转变至直流电压输入端。这个/这些第二直流电压转换器于是可以在从输出端至输入端的方向上起到降压转换器的作用。

在此要说明的是，这个/这些第二直流电压转换器整个被断开或接通，即在断开状态下不进行与第一直流电压转换器的拓扑的组合或结合。

一个优选实施方式的特点在于，第二直流电压转换器具有比第一直流电压转换器更简单的拓扑，和/或第二直流电压转换器具有比第一直流电压转换器更少的、优选为一半的开关元件。由此，特别可以减小所用半导体组件的数量，由此可以减小结构空间、重量和成本。

一个优选实施方式的特点在于，所述至少一个第二直流电压转换器因为其拓扑而在从直流电压输入端至直流电压输出端的方向上只具有升压操作。这个/这些第二直流电压转换器为此能比第一直流电压转换器简单且廉价许多地设定尺寸。此实施方式并非排除这个/这些第二直流电压转换器双向设计(即可在相反方向起到降压转换器作用)。

一个优选实施方式的特点在于，所述至少一个第一直流电压转换器是全桥转换器，和/或所述至少一个第二直流电压转换器是半桥转换器。这是一个特别优选的变型，因为一方面该全桥转换器同样适用于降压操作和升压操作，另一方面，半桥转换器作为升压转换器在升压操作时具有与全桥转换器一样的性能，但只需要一半的半导体开关元件。

一个优选实施方式的特点在于，在开关装置的第一开关状态中，所述至少一个第二直流电压转换器以其至少一极与所述直流电压输入端和/或直流电压输出端并且与所述至少一个第一直流电压转换器断开。因此，所述断开只通过分隔开一个极来实现也就够了。

一个优选实施方式的特点在于，设有唯一的开关装置用于断开或接通第二直流电压转换器。由此保持低的切换成本。

也可行的是，每个第二直流电压转换器或每组第二直流电压转换器分别可通过自己的开关装置被接通或断开。

本发明优选是电连接的转换器(即不是通过变压器电隔离的转换器)，即输入端和输出端电连接。

一个优选实施方式的特点在于，与直流电压转换器的开关元件的开关状态无关地，在直流电压输入端的一极与直流电压输出端的相应极之间形成电连接，该电连接优选地不存在感应组件，特别优选地不存在任何有源和无源电组件。这样的转换器拓扑可以简单廉价地实现并且损耗极低。

一个优选实施方式的特点在于，所述第一直流电压转换器和/或第二直流电压转换器具有至少一个半导体开关元件、特别是igbt或mosfet，以及至少一个扼流圈。

一个优选实施方式的特点在于，至少其中一个直流电压转换器具有变压器式耦合的扼流圈，由此可以提高效率。

一个优选实施方式的特点在于，该dc/dc转换装置包括至少一个电流和/或电压测量装置，它与该控制装置连接且设计为使得根据用电流和/或电压测量装置确定的测量值实现开关装置的控制。该开关装置优选地也与该控制装置相连。得到整个dc/dc转换装置的自动可靠控制。

所述目的也通过一种能量传输系统来实现，它包括电源、特别是燃料电池单元，蓄电器、特别是电池，以及根据本发明的dc/dc转换装置，其中，该电源和该蓄电器经由dc/dc转换装置彼此电连接。在此，该电源与该dc/dc转换装置的直流电压输入端相连，该蓄电器与其直流电压输出端相连。已经在更前面详细介绍了特别与燃料电池系统相关的优点。

所述目的也通过一种交通工具、特别是燃料电池交通工具来实现，其具有根据本发明的能量传输系统。

所述目的也通过一种操作dc/dc转换装置和/或能量传输系统和/或交通工具的方法来实现，其中，

当施加在直流电压输入端的电压大于施加在直流电压输出端的电压时，所述dc/dc转换装置按照第一操作模式被操作，其中在第一操作模式中所述至少一个第一直流电压转换器按照降压操作运行，且该开关装置处于所述至少一个第二直流电压转换器被断开的第一开关状态，

并且其中当施加在直流电压输入端的电压小于施加在直流电压输出端的电压时，所述dc/dc转换装置按照第二操作模式被操作，其中在第二操作模式中所述开关装置处于所述至少一个第二直流电压转换器被接通的第二开关状态，且优选地所述至少一个第一直流电压转换器按照升压操作运行。

以上限定的方法也在第二操作模式中包括已如上所述的第一和第二变型。

在第一变型中，所述至少一个第二直流电压转换器和至少一个第一直流电压转换器处于操作(升压操作)中且参与电压转换。在第二变型中，使所述至少一个第一直流电压转换器不操作(即它不支持电压转换)。

一旦施加在直流电压输入端的电压等于施加在直流电压输出端的电压或比施加在直流电压输出端的电压小了预定值，则所述至少一个第二直流电压转换器的接通和/或断开优选地借助该开关装置进行。

该开关装置的切换优选地基本上无负载地进行，其中流过开关装置的电流优选地通过所述至少一个第二直流电压转换器来调整。因此，流过第二直流电压转换器的电流可以通过其开关元件的节拍形式被减小。同时，所述至少一个第一直流电压转换器接受很多电流(也通过其开关元件的节拍形式的改变)。开关装置切换至第一开关状态因此优选地只在流过开关装置的电流基本上为零时才进行。也可能的是，第二直流电压转换器的开关元件已经在开关过程(从第一开关状态至第二开关状态)前处于操作中以完成从输出电压至输入电压的调整，使得流过开关装置的电流变为零或至少保持很低。

在开关装置和第二直流电压转换器之间的支持电容可以支持或简化无负载接通。通过这些措施，也可以简单廉价地设定该开关装置的尺寸。

以下还将概述一个特别的实施方式：在(如交通工具的)燃料电池和电池之间连接有下述类型的dc/dc转换装置：dc/dc转换装置在输入端和输出端之间由多个并联连接的子单元组成，每个子单元单独地是一个直流电压转换器。(称为“下拉相”的)第一直流电压转换器、特别是全桥转换器不仅可以按照升压模式、也可按照降压模式操作。至少另一个只能以升压模式操作的(第二)转换器、特别是半桥转换器可以通过分离的开关装置被接通以实现“下拉相”。本发明表明一种最佳适应于燃料电池的电流电压特性曲线(极曲线)的解决方案。

以下将描述多个实施方式，其适用于特殊应用且由本发明涵盖：

-dc/dc转换装置能设计为“正常”dc/dc转换器的形式(具有4个极，两极输入端和两极输出端)。

-dc/dc转换装置可以被集成在三端转换器(有6个极)中。三端转换器形成有三个引线端子。

-dc/dc转换装置可以附加地在输入侧或输出侧具有另外的输出，其用于辅助设备(涡轮压缩机变频器、空调压缩机等)的连接或与之连接。

-本发明也可以涉及一种部件，在该部件中装有或集成有本发明的dc/dc转换装置。该部件还可以覆盖其它功能且包含其它子部件。它们例如可以是：电网转换器(由hv电路的12v或24v或48v电路供电)；用于hv电池充电的车载充电器；给车辆牵引用电动机供电的牵引变频器；具有用于燃料电池系统和/或电池电路的保险、接触器、控制功能的pdu(配电单元)以及用于辅助设备的各种各样的hv输出端和lv输出端(如上所述)。

从以下参照附图对本发明的实施方式的说明中得到本发明的其它优点、特征和细节。在此，如权利要求书和说明书所述的特征分别单独地或在任何组合形式中可能对本发明是重要的。

附图标记列表是本公开的组成部分。相关联且触类旁通地描述所述附图。相同的附图标记表示相同的组件，带有不同的索引的附图标记表示功能相同或相似的组件。

附图中：

图1示出根据本发明的dc/dc转换装置的一个实施方式，

图2示出在燃料电池交通工具中的供电系统，

图3示出燃料电池单元的极曲线，

图4示出呈半桥转换器形式的第二直流电压转换器的实施方式，

图5示出呈全桥转换器形式的第一直流电压转换器的实施方式，

图6示出第二直流电压转换器(半桥转换器)，输入端和输出端的正极经由其永久地即与开关元件的开关状态无关地电连接，

图7示出第一直流电压转换器(全桥转换器)，输入端和输出端的正极经由其永久地即与开关元件的开关状态无关地电连接，

图8以示意图示出具有控制装置和电流测量装置的dc/dc转换装置。

图1示出多相(在此是三相)dc/dc转换装置10，包括直流电压输入端3、直流电压输出端4和并联连接的直流电压转换器1、2、2'，每个直流电压转换器具有至少一个由控制装置16(见图8)控制的开关元件11、12、13、14；21、22、21'、22'。

在并联连接的直流电压转换器1、2、2'中，第一直流电压转换器1在从直流电压输入端3至直流电压输出端4的方向上(同时)设计为降压转换器和升压转换器。在此要说明的是，也可以设置具有上述性能并且彼此并联连接的两个或更多个第一直流电压转换器。

第二直流电压转换器2、2'(分别与第一直流电压转换器1并联连接)在从直流电压输入端3至直流电压输出端4的方向上设计为升压转换器，其中，第一直流电压转换器1的拓扑不同于第二直流电压转换器2、2'的拓扑。在此要说明的是，也可以设置具有上述性能的仅一个第二直流电压转换器或者三个或更多个第二直流电压转换器。

dc/dc转换装置10包括至少一个优选地分离的开关装置5，开关装置5具有第一开关状态和第二开关状态，在第一开关状态中第二直流电压转换器2、2'被断开，使得直流电压输入端3和直流电压输出端4之间的电压转换通过第一直流电压转换器1实现而第二直流电压转换器2、2'不参与，在第二开关状态中第二直流电压转换器2、2'被接通，使得第二直流电压转换器2、2'参与直流电压输入端3和直流电压输出端4之间的电压转换，优选地通过第一直流电压转换器1的同时参与。

不同于图1所示，也可以针对每个第二直流电压转换器2、2'设置自己的开关装置5，使得能可选地接通仅一个第二直流电压转换器2或两个第二直流电压转换器2、2'。

如图1所示，每个第二直流电压转换器2、2'具有比第一直流电压转换器1更简单的拓扑，并且每个第二直流电压转换器2、2'具有比第一直流电压转换器1更少的开关元件(在此是其一半)。

第二直流电压转换器2、2'可以基于其“简化”的拓扑而在从直流电压输入端3至直流电压输出端4的方向上分别仅被操作为升压转换器。在所示的优选实施方式中，第一直流电压转换器1设计为全桥转换器，第二直流电压转换器2、2'分别设计为半桥转换器。

在此，第一直流电压转换器1具有至少四个开关元件11、12、13、14，它们与至少一个扼流圈15一起形成全桥电路，其中，扼流圈15形成桥臂。第二直流电压转换器2、2'包括至少两个开关元件21、22或21'、22'，它们与至少一个扼流圈25或25'一起形成半桥电路。

以下更详细地说明全桥转换器的性能(图1中的全桥转换器示出为具有共同的负极，但也可以实现为具有共同的正极；见图7)：

全桥转换器允许升压操作(输入电压ue<输出电压ua)和降压操作(ue>ua)。它由两个半桥构成。开关元件11、12、13、14能实现为igbt和/或fet和/或二极管。全桥转换器可以取决于开关元件如何实现而实现为双向(电流可在两个方向上流动)或单向(电流只能在一个方向流动)的。

以下更详细地说明半桥转换器的性能(图1中的半桥转换器示出为具有共同的负极，但也可以实现为具有共同的正极；见图6)：

半桥转换器只允许升压操作(输入电压ue<输出电压ua)。降压操作(ue>ua)是不可能的。其原因是开关元件21、22或21'、22'通常实现为igbt或fet且具备反并联二极管。在具有共同的负极的半桥转换器(图1)中，如果输入电压(燃料电池电压)大于输出电压(电池电压)，则开关元件的连接在桥点与输出端4的正极之间的二极管将在导通方向上被极化。在此情况下将得到无法用转换器控制的电流。在具有共同的正极的半桥转换器(图6)中，开关元件的连接在桥点与输出端4的负极之间的二极管将是此行为的原因。

就像在全桥转换器中那样，开关元件能实现为igbt和/或fet和/或二极管。半桥转换器可以取决于开关元件如何实现而实现为双向(电流可在两个方向上流动)或单向(电流只能在一个方向上流动)的。

分离地即除了直流电压转换器1、2、2'或其开关元件外设置开关装置5。可行的是，所有第二直流电压转换器附接至共同的开关装置5或者通过所述开关装置被接通或断开(例如像在图1中那样)。然而，也可以想到，每个第二直流电压转换器或者每组第二直流电压转换器分别分配有自己的开关装置。后一变型开启了接通选择的第二直流电压转换器的可能性。

在开关装置5的第一开关状态中，第二直流电压转换器2、2'以它们的极中的至少一个与直流电压输入端3(也可能与直流电压输出端4)断开且以它们的极中的至少一个与第一直流电压转换器1断开。如图1所示，可以设置唯一的开关装置5用于断开或接通一个或所有的第二直流电压转换器2、2'。

与直流电压转换器1、2、2'的开关元件11、12、13、14；21、22、21'、22'的开关状态无关地，在直流电压输入端3的一极与直流电压输出端4的相应极之间形成电连接。所述电连接不存在感应组件(在此也不存在任何有源和无源电组件)。

如上所述，第一直流电压转换器1和/或第二直流电压转换器2、2'可以具有至少一个半导体开关元件，特别是igbt或mosfet，以及至少一个扼流圈15、25、25'。图4和图5示出直流电压转换器1、2、2'的替代图1的实施方式。在此，直流电压转换器1、2、2'分别设计成具有变压器式耦合的扼流圈。

图8示出dc/dc转换装置10包括至少一个电流测量装置17(也可能的是电压测量机构)，其与控制装置16相连，并且设计为使得根据用电流测量装置17确定的测量值来实现开关装置5的控制。

图2示出根据本发明的能量传输系统18(如交通工具)，其具有电源6特别是燃料电池单元、蓄电器7特别是(交通工具)电池和dc/dc转换装置10，其中，电源6和蓄电器7经由dc/dc转换装置10彼此电连接。逆变器8也连接至直流电压转换器10的输出端4，该逆变器8将直流电压转变为对于(牵引)马达9适合的交流电压。

现在将参考图1和图3来更详细地说明用于操作dc/dc转换装置(或者能量传输系统和/或交通工具)的方法。尽管这个例子涉及燃料电池应用，但要说明的是本发明也适用于其它的电源，特别适用于具有可比较的或相似的电流电压曲线的电源。

图3示出作为电源6的燃料电池单元的极曲线。空载电压(ibz＝0)相比于燃料电池单元在最大功率下的电压很高(在此，作为参考值仅适用至少2:1的比例)。ubzmax是最大燃料电池电压，ubzmin是最小燃料电池电压，ubatt.max是最大电池电压，ubatt.min是最小电池电压。在图3中看到不同的工作区a、b和c：

工作区a：因为燃料电池电压ubz大于电池电压ubatt.，所以需要降压操作。燃料电池单元的电压必须向下转换至电池的电平。这利用第一直流电压转换器1进行，而第二直流电压转换器2、2'被断开且因此不参与转换。

工作区b：在此，燃料电池电压ubz可以小于或大于电池电压ubatt.。根据工作点，可能需要升压操作或降压操作以调整该系统。

工作区c：因为燃料电池电压ubz小于电池电压ubatt.，所以需要升压操作。燃料电池单元的电压必须上转换至电池的电平。这在第二直流电压转换器2、2'接通的情况下进行，因此第二直流电压转换器2、2'参与转换。

-当施加在直流电压输入端3上的电压大于施加在直流电压输出端4上的电压时，dc/dc转换装置10因此以第一操作模式操作，其中，在第一操作模式中，至少一个第一直流电压转换器1按照降压操作运行，开关装置5处于至少一个第二直流电压转换器2、2'被断开的第一开关状态，并且

-当施加在直流电压输入端3的电压小于施加在直流电压输出端4的电压时，dc/dc转换装置10因此以第二操作模式操作，其中，在第二操作模式中，开关装置5处于至少一个第二直流电压转换器2、2'被接通的第二开关状态，且优选地所述至少一个第一直流电压转换器1按照升压操作运行。

现在存在第二操作模式的两个变型：

在第一变型中，直流电压输入端3与直流电压输出端4之间的电压转换在至少一个第一直流电压转换器1(升压操作)和至少一个第二直流电压转换器2、2'参与的情况下进行。

在第二变型中，直流电压输入端3与直流电压输出端4之间的电压转换只通过第二直流电压转换器2、2'进行但第一直流电压转换器1不参与。

第二操作模式的第一变型例如可以(紧接)在至少一个第二直流电压转换器2、2'接通之后运行。在预定时间段之后或在达到电源的电流电压特性曲线的预定点之后，第一直流电压转换器1下降运行，从而流过第一直流电压转换器1的电流减小，直到至少一个第一直流电压转换器1完全不操作(即其开关元件不再节拍动作)。同时，至少一个第二直流电压转换器2、2'接管其开关元件的节拍被相应调整而释放的电流负载。现在实现第二操作模式的第二变型(即至少一个第一直流电压转换器1不参与电压转换)。

如果通过第一直流电压转换器1的在升压操作期间永久闭合的开关元件(在此是开关元件11)的损耗大于通过开关装置5的损耗，则从第一变型转变至第二变型可以是有利的。第二操作模式的第二变型也可被称为“高效模式”。它特别适用在多个第二直流电压转换器2、2'可供使用或电流可被分散至其时。

一旦施加在直流电压输入端3的电压等于施加在直流电压输出端4的电压或比施加在直流电压输出端4的电压小了预定值，则至少一个第二直流电压转换器2、2'的接通和/或断开借助开关装置5进行。

特别优选的是开关装置5的接通基本上无负载地进行，其中流过开关装置5的电流通过至少一个第二直流电压转换器2、2'来调整。

因此，本发明特别允许针对电源6和蓄电器7的重叠电压区的dc/dc转换。第一直流电压转换器1(也称为下拉相)初始在降压操作中被使用。下拉相此时从燃料电池中汲取电流并且下拉燃料电池电压(下拉原理)。一旦燃料电池的电压等于或小于电池电压，则开关装置5能被接通，而没有不可控电流从燃料电池流向电池。

根据操作策略，可以产生滞后，并且开关装置只在燃料电池电压比电池电压小预定差δu1的情况下才被接通。

一旦开关装置5被接通，第二直流电压转换器2、2'(半桥相)可在升压操作中工作并且支持第一直流电压转换器5(下拉相)。

开关装置5必须最迟在电源6的电压等于蓄电器7的电压时断开第二直流电压转换器2、2'。为了在此考虑保留情况，一旦达到或低于最小差δu2＝ubatt.-ubz，则开关装置5可以已打开。

为了能无负载地接通开关装置5，流过开关装置5的电流的通过两个第二直流电压转换器2、2'的相应额定值设定的调整是值得推荐的。

当实现具有共同的负极的相(直流电压转换器1、2、2')时，开关装置5可以实现为使得它分开正极、或者正极和负极。当实现具有共同的正极的相时，开关装置5可以实现为使得它分开负极、或者负极和正极。在共同的负极的情况下，也可能负接线端(输入侧和输出侧)两侧分开。在共同的正极的情况下，也可能正接线端(输入侧和输出侧)两侧分开。

下拉相和半桥相的数量取决于燃料电池、电池和相的功率能力。但所述的发明包含至少一个下拉相(第一直流电压转换器1)和不同拓扑的至少一个第二直流电压转换器2、2'(优选地，半桥相)。所述的发明也可借助以下相实现：其主扼流圈变压器式耦合(图4、5)。

以下，再次指出优选实施方式的优点：通过按照描述的拓扑形式构成dc/dc转换装置10，仅对与直流电压输入端3(或燃料电池单元)并联连接的下拉相需要全桥。只能在升压操作中运行的直流电压转换器2、2'能实现为半桥相。由此，可以节省半导体及其控制逻辑。另外，通过μc、fpga、cpld和/或asic的计算成本降低。因为开关装置5可被无负载地接通，故功耗也可降低。因为开关装置5因此不像半桥的开关元件21、22或21'、22'那样必须永久节拍动作，而是永久导通或不导通，故也可不同地设计开关装置(更有利，损耗更低)。组件节省带来了下述形式的优点：构造空间，重量，成本，效率。

在此要说明的是作为极其简化的视图来理解所示电路图。在输入侧和输出侧的可以具有支持和过滤任务的电容也未被画出。在此，输入电容可以连接在直流电压输入端3的极之间、向开关装置5的分支之前。但替代地或附加地可以想到针对每个直流电压转换器设置自己的输入电容。同样情况适用于输出电容。

在图8中以控制单元16的形式单纯示意性示出直流电压转换器1、2、2'的开关元件的切换时间的调整所需要的控制逻辑。所有的转换器拓扑(半桥转换器；全桥转换器；以及其组合)不仅可以实现成具有共同负极(图1所示)，也可以实现成具有共同正极(图6、图7)。

所有的转换器拓扑(半桥转换器；全桥转换器；以及其组合)不仅可以是双向(电流从左向右流动或从右向左流动)的，也可以是单向的(电流只从右向左流动或者电流只从左向右流动)。这取决于开关元件及其可能的控制的实施变型。所有开关元件能以下述组件之一的形式出现：二极管、igbt、(mos)fet、其它半导体或其组合。

本发明的开关装置5也能实现为下述组件之一：双极晶体管，半导体闸流管，双向晶闸管，igbt，具有反并联二极管的igbt，fet，具有反并联二极管的fet，mosfet，接触器，继电器，和/或实现为其组合。开关装置5可以由半导体、半导体继电器或机电开关构成。

本发明不限于所述的实施方式和在此强调的方面。相反，在本发明构思的范围内，位于技术人员能力范围内的许多改变是可能的。也可行的是，在不脱离本发明的范围的情况下，通过组合所述装置和特征来实现其它变型实施方式。

附图标记列表

1第一直流电压转换器

2,2'第二直流电压转换器

3直流电压输入端

4直流电压输出端

5开关装置

6电源

7蓄电器

8逆变器

9马达

10dc/dc转换装置

11开关元件

12开关元件

13开关元件

14开关元件

15扼流圈

16控制装置

17电流测量装置

18能量传输系统

21,21'开关元件

22,22'开关元件

25,25'扼流圈

ibz燃料电池电流

ubz燃料电池电压

ubzmax最大燃料电池电压

ubzmin最小燃料电池电压

ubatt.max最大电池电压

ubatt.min最小电池电压

ue输入电压

ua输出电压

a,b,c工作区