[发明专利]用于燃料电池车辆的直流电压转换装置和用于运行直流电压转换装置的方法

说明书

本发明涉及一种用于使燃料电池单元（102）与包括高压电池组（104）的牵引电网（106）电流分开地、至少间接地进行电耦合的直流电压转换装置（100），其中输入直流电压U_E能借助于第一开关全桥（110）并且借助于与第一开关全桥（110）并联的第二开关全桥（112）被变换到交变电压，其中由第一开关全桥（110）提供的交变电压能从第一变压器（T₁）的第一一次侧（114）被变换到第一变压器（T₁）的第一二次侧（116）上，其中由第二开关全桥（112）提供的交变电压能从第二变压器（T₂）的第二一次侧（118）被变换到第二变压器（T₂）的第二二次侧（120）上，而且其中经变换的交变电压能借助于与第一变压器（T₁）的第一二次侧（116）电连接的第三开关全桥（122）并且借助于与第三开关全桥（122）串联的、与第二变压器（T₂）的第二二次侧（120）电连接的第四开关全桥（124）被变换到输出直流电压（U_A）。开关全桥（110、112、122、124）中的至少一个开关全桥被纳入到包括电感（L_S1、L_S2）和电容（C_R1、C_R2）的谐振电路（128、130）中。本发明还涉及一种用于运行这种直流电压转换装置（100）的方法以及一种燃料电池车辆。

技术领域

本发明涉及一种用于使燃料电池单元与包括高压电池组的牵引电网电流分开地、至少间接地进行电耦合的直流电压转换装置。该直流电压转换装置包括燃料电池侧的第一电连接对，在该第一电连接对上附有或能施加输入直流电压，其中该输入直流电压能借助于包括第一开关的第一开关全桥并且借助于与第一开关全桥并联的、包括第二开关的第二开关全桥被变换到交变电压。由第一开关全桥提供的交变电压能从第一变压器的第一一次侧以预先给定的或可预先给定的比例被变换到第一变压器的第一二次侧上。由第二开关全桥提供的交变电压能从第二变压器的第二一次侧以预先给定的或可预先给定的比例被变换到第二变压器的第二二次侧上。经变换的交变电压能借助于与第一变压器的第一二次侧电连接的、包括第三开关的第三开关全桥并且借助于与第三开关全桥串联的、与第二变压器的第二二次侧电连接的、包括第四开关的第四开关全桥被变换到输出直流电压，该输出直流电压在电池组侧的第二电连接对上被提供或能被提供。本发明还涉及一种用于运行这种直流电压切换装置的方法以及一种燃料电池车辆。

背景技术

为了在电驱动车辆中使用燃料电池堆，必须满足根据ISO 6496-3（在本申请的优先权时适用的版本下）提出的对绝缘电阻的要求。绝缘电阻取决于电压并且因此对于较高电压来说必须具有较高的值，以便防止绝缘故障。燃料电池堆本身具有比较小的绝缘电阻，使得该燃料电池堆满足在350伏特（V）至450 V的范围内、尤其是为400 V的牵引电网的要求。在车辆性能更强劲的情况下，存在如下架构，该架构的电压值明显高于上述值，其中尤其是具有800伏特架构的燃料电池车辆冒着不满足ISO 6496-3的要求的危险。

出于该原因，利用开头提及的直流电压转换装置来提供如下可能性：可以提供总共三个不同的电压等级，用于燃料电池单元与辅助耗电器并且与高压电池组的电压适配。从DE 10 2014 018 744 A1公知按照权利要求1的前序部分所述的这种直流电压转换装置。

在从现有技术公知的直流电压转换装置的情况下，已经表明如下缺点：在开关的切换期间这些开关承载满负载电流，其中在断开期间存在高切换损耗。在断开过程中，半导体的电阻逐渐增加，由此在开关上的电压持续升高并且经过开关的通过电流越来越小。如果该开关闭合，则电压值处在输入电压的水平并且该通过电流完全停止。在此发生的高损耗功率导致构造为半导体开关的开关的严重发热，这导致电压转换效率降低。该效率的降低还导致燃料电池车辆的续航里程减少。

发明内容

因而，本发明的任务是提供一种直流电压转换装置、一种燃料电池车辆和一种用于运行直流电压转换装置的方法，它们考虑到了上述缺点。