DE102007058681A1

DE102007058681A1 - Step up and step down controller, particularly for feeding, for use with half bridge and full bridge for converting direct current voltage into output direct current voltage, has fuel cells in electrical network

Info

Publication number: DE102007058681A1
Application number: DE102007058681A
Authority: DE
Inventors: Etienne Fogang Tchonla
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-10

Abstract

Ein Hoch-/Tiefsetzsteller (1) weist einen ersten Anschluss (11) für eine Eingangsgleichspannung (uE), einen zweiten Anschluss (12) für eine erste Ausgangsgleichspannung (uA1) und einen dritten Anschluss (13) für eine zweite Ausgangsgleichspannung (uA2) auf. Er weist eine eingangsseitig an den ersten Anschluss (11) und ausgangsseitig an den zweiten Anschluss (12) geschaltete Hochsetzstellereinheit (2) mit einer ersten Ladespule (21), einer ersten Freilaufdiode (22), einem ersten Ladekondensator (23) und einem ersten Schaltelement (24) auf. Er weist weiterhin eine der Hochsetzstellereinheit (2) nachgeschaltete und ausgangsseitig an den dritten Anschluss (13) geschaltete Tiefsetzstellereinheit (3) mit einer zweiten Ladespule (31), einer zweiten Freilaufdiode (32), einem zweiten Ladekondensator (33) und einem zweiten Schaltelement (34) auf. Der Hoch-/Tiefsetzsteller (1) weist zudem eine Steuereinheit (4) zur getakteten Ansteuerung des ersten und zweiten Schaltelements (24, 34) auf. Erfindungsgemäß weisen die Hochsetz- und Tiefsetzstellereinheit (2, 3) jeweils eine Halbbrücke (5, 6) zur Übernahme der schaltungstechnischen Funktion einer jeweils in der Hochsetz- und Tiefsetzstellereinheit (2, 3) vorhandenen Reihenschaltung aus Freilaufdiode (22, 32) und Schaltelement (24, 34) auf.A step-up / step-down converter (1) has a first terminal (11) for a DC input voltage (uE), a second terminal (12) for a first DC output voltage (uA1) and a third terminal (13) for a second DC output voltage (uA2) , It has an input side to the first terminal (11) and the output side to the second terminal (12) connected boost converter unit (2) having a first charging coil (21), a first freewheeling diode (22), a first charging capacitor (23) and a first switching element (24). It also has a step-down converter unit (2) connected downstream and connected on the output side to the third connection (13) with a second charging coil (31), a second freewheeling diode (32), a second charging capacitor (33) and a second switching element ( 34). The step-up / step-down converter (1) also has a control unit (4) for clocked driving of the first and second switching elements (24, 34). According to the invention, the step-up and step-down converter units (2, 3) each have a half-bridge (5, 6) for assuming the circuit-related function of a series circuit of free-wheeling diode (22, 32) and switching element (in each case in the step-up and step-down converter unit (2, 3). 24, 34).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hoch-/Tiefsetzsteller mit einem ersten Anschluss für eine Eingangsgleichspannung, einem zweiten Anschluss für eine erste Ausgangsgleichspannung und einem dritten Anschluss für eine zweite Ausgangsgleichspannung. Er weist eine eingangsseitig an den ersten Anschluss und ausgangsseitig an den zweiten Anschluss geschaltete Hochsetzstellereinheit mit einer ersten Ladespule, einer ersten Freilaufdiode, einem ersten Ladekondensator und einem ersten Schaltelement auf. Er weist weiterhin eine der Hochsetzstellereinheit nachgeschaltete und ausgangsseitig an den dritten Anschluss geschaltete Tiefsetzstellereinheit mit einer zweiten Ladespule, einer zweiten Freilaufdiode, einem zweiten Ladekondensator und einem zweiten Schaltelement auf. Zudem weist der Hoch-/Tiefsetzsteller eine Steuereinheit zur getakteten Ansteuerung des ersten und zweiten Schaltelements auf.The The invention relates to a step-up / step-down converter with a first Connection for a DC input voltage, a second terminal for a first DC output voltage and a third terminal for a second DC output voltage. He has an input side to the first Connection and output side connected to the second connection A boost converter unit having a first charging coil, a first charging coil Freewheeling diode, a first charging capacitor and a first switching element on. He further has a the boost converter unit downstream and the output side connected to the third terminal buck converter unit with a second charging coil, a second free-wheeling diode, a second charging capacitor and a second switching element. moreover the buck-boost converter has a control unit for the clocked Actuation of the first and second switching element.

Die Erfindung betrifft weiterhin geeignete Verwendungen.The The invention further relates to suitable uses.

Hoch-/Tiefsetzsteller sind allgemein bekannt. Sie setzen sich aus einer Hochsetzstellereinheit und einer nachgeschalteten Tiefsetzstellereinheit zusammen. Mittels der Hochsetzstellereinheit wird eine eingangsseitige Eingangsgleichspannung, wie z. B. von 200 V, in eine erste Ausgangsgleichspannung umgewandelt, wie z. B. mit einem Spannungswert von 800 V. Die hochgesetzte erste Ausgangsgleichspannung wird eingangsseitig der nachgeschalteten Tiefsetzstellereinheit zugeführt, welche diese in eine im Vergleich zur ersten Ausgangsgleichspannung niedrigere zweite Ausgangsgleichspannung umsetzt, wie z. B. mit einem Spannungswert von 200 V.Up / step-down converter are well known. They sit down from a boost converter unit and a downstream buck converter unit together. through the boost converter unit is an input-side input DC voltage, such as B. of 200 V, converted into a first DC output voltage, such as B. with a voltage of 800 V. The high first DC output voltage is the input side of the downstream Supplied to buck converter unit, which in one compared to the first output DC voltage converts lower second DC output voltage, such as. B. with a voltage of 200 V.

Die bekannten Hoch-/Tiefsetzsteller weisen je Stellereinheit ein Schaltelement und eine Freilaufdiode auf. Das Schalt element ist typischerweise ein elektronisches Schaltelement, insbesondere ein MOSFET (für Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) oder ein IGBT (für Insulated-Gate Bipolar Transistor). Die Freilaufdiode ist typischerweise als diskretes Bauteil ausgeführt. Wesentliche Kenngrößen einer solchen Freilaufdiode sind der maximale Strom sowie die maximale Sperrspannung.The Known Hoch- / Tiefsetzsteller have each actuator unit a switching element and a freewheeling diode. The switching element is typical an electronic switching element, in particular a MOSFET (for metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an IGBT (for Insulated gate bipolar transistor). The freewheeling diode is typically called discrete component executed. Key parameters of a such freewheeling diode are the maximum current and the maximum Blocking voltage.

Die betrachteten Hoch-/Tiefsetzsteller sind vorzugsweise für einen Leistungsbereich von 10 kW und mehr, insbesondere von 50 kW und mehr, vorgesehen.The considered up / down converters are preferably for one Power range of 10 kW and more, especially 50 kW and more, provided.

Es ist somit ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik eine Aufgabe der Erfindung, einen Hoch-/Tiefsetzsteller anzugeben, welcher auf besonders einfache Weise realisiert werden kann.It is thus starting from the above-mentioned prior art An object of the invention to specify a step-up / step-down converter, which can be realized in a particularly simple manner.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, geeignete Verwendungen anzugeben.It Another object of the invention is to specify suitable uses.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Hoch-/Tiefsetzsteller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Hoch-/Tiefsetzstellers sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 angegeben. In den Ansprüchen 14 bis 16 sind geeignete Verwendungen genannt.The The object of the invention is with a buck-boost converter with the Characteristics of claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Hoch- / Tiefsetzstellers are in the dependent claims 2 to 13 indicated. In claims 14 to 16 are called suitable uses.

Erfindungsgemäß weisen die Hochsetz- und Tiefsetzstellereinheit jeweils eine Halbbrücke zur Übernahme der schaltungstechnischen Funktion einer jeweils in der Hochsetz- und Tiefsetzstellereinheit vorhandenen Reihenschaltung aus Freilaufdiode und Schaltelement auf.According to the invention the Hochsetz- and buck converter unit each have a half bridge to take over the circuit function of a and buck converter unit existing series circuit of freewheeling diode and switching element on.

Der besondere Vorteil ist, dass nun eine auf dem Gebiet der Leistungselektronik typischerweise zum Aufbau eines Zweiquadrantenstellers verwendete Halbbrücke eingesetzt werden kann. Derartige Halbbrücken sind besonders kompakt, in hoher Stückzahl und in großer Typenvielfalt verfügbar. Dadurch kann der erfindungsgemäße Hoch-/Tiefsetzsteller einfacher und kompakter ausgeführt werden.Of the special advantage is that now one in the field of power electronics typically used to construct a two-quadrant controller half bridge can be used. Such half-bridges are particularly compact, in large quantities and in big Type variety available. As a result, the inventive step-up / step-down converter made simpler and more compact become.

Nach einer Ausführungsform sind ein jeweiliges, die Funktion der Freilaufdiode übernehmendes Brückenschaltelement und ein jeweiliges, die Funktion des Schaltelementes übernehmendes Brückenschaltelement zumindest in einem Gegentaktbetrieb sperrend angesteuert. Mit anderen Worten werden die Brückenschaltelemente entsprechend der übernommenen Funktion der Freilaufdioden dann sperrend angesteuert, wenn sich ein Stromfluss entgegen der Durchlassrichtung der entsprechenden Freilaufdiode einstellen würde.To an embodiment are a respective, the function of the freewheeling diode taking over bridge switching element and a respective, taking over the function of the switching element Bridge switching element at least locked in a push-pull operation. With others Words are the bridge switching elements according to the acquired Function of the freewheeling diodes then blocking activated when a current flow opposite to the forward direction of the corresponding Would set freewheeling diode.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind in einem ersten Betriebsmodus alle Brückenschaltelemente derart getaktet angesteuert, dass an dem zweiten Anschluss die erste Ausgangsgleichspannung und an dem dritten Anschluss die zweite Ausgangsgleichspannung ausgebbar ist. Es sind in einem zweiten Betriebsmodus die Brückenschaltelemente der Hochsetzstellereinheit sperrend angesteuert und die Brückenschaltelemente der Tiefsetzstellereinheit derart getaktet angesteuert, dass eine am zweiten Anschluss anliegende zweite Eingangsgleichspannung mittels der Tiefsetzstellereinheit in die zweite Ausgangsgleichspannung umwandelbar ist. Es sind in einem dritten Betriebsmodus die Brückenschaltelemente der Hochsetzstellereinheit sperrend angesteuert und die Brückenschaltelemente der Tiefsetzstellereinheit derart getaktet angesteuert, dass eine am dritten Anschluss anliegende dritte Eingangsgleichspannung mittels der Tiefsetzstellereinheit in die erste Ausgangsgleichspannung umwandelbar ist.To a particularly advantageous embodiment are in a first Operating mode all bridge switching elements controlled clocked such that at the second terminal, the first DC output voltage and at the third terminal, the second DC output voltage is dispensable. There are in a second mode of operation, the bridge switching elements the boost converter unit is blocked and the bridge switching elements the step-down converter unit clocked in such a controlled that a at the second terminal applied second input DC voltage means the buck converter unit in the second DC output voltage is convertible. There are in a third mode of operation, the bridge switching elements the boost converter unit is blocked and the bridge switching elements the step-down converter unit clocked in such a controlled that a at the third terminal applied third input DC voltage means the buck converter unit into the first DC output voltage convertible is.

Mit anderen Worten ist es in einem ersten Betriebsmodus möglich, elektrische Energie, die beispielsweise von einer Brennstoffzelle über den ersten Anschluss in den Hoch-/Tiefsetzsteller eingespeist wird, über den zweiten Anschluss z. B. in ein elektrisches Netz einzuspeisen. Dagegen wird in einem zweiten Betriebsmodus, wie z. B. bei Ausfall der einspeisenden Quelle, über den zweiten Anschluss Energie in den Hoch-/Tiefsetzsteller eingespeist, wie z. B. aus dem gleichen elektrischen Netz, um insbesondere die zweite Ausgangsgleichspannung an dem dritten Anschluss unterbrechungsfrei zur Verfügung zu stellen. An dem dritten Anschluss sind typischerweise die Verbraucher geschaltet, welche eine fortlaufende elektrische Versorgung benötigen. Die Verbraucher können Steuereinheiten, Stellglieder oder Heizwiderstände sein. Letzte werden z. B. benötigt, um eine Brennstoffzelle auf Betriebstemperatur vorzuheizen. Schließlich ist es auch möglich, bei einem weiteren Ausfall, d. h. insbesondere bei Ausfall der ersten Ausgangsgleichspannung oder Netzspannung, eine an dem dritten Anschluss anliegende Eingangsgleichspannung zur unterbrechungsfreien Einspeisung in das Netz zu verwenden. Vorzugsweise ist in diesem Fall ein Energiespeicher, insbesondere ein Akkumulator, am dritten Anschluss zur Pufferung der zweiten Ausgangsgleichspannung angeschlossen, die dann bei dem weiteren Ausfall zur dritten Eingangsgleichspannung wird.With In other words, it is possible in a first operating mode, electrical Energy, for example, from a fuel cell over the first connection is fed into the buck-boost converter via the second connection z. B. in an electrical network feed. On the other hand is in a second mode of operation, such. B. in case of failure of the feeding Source, about the second connection energy is fed into the buck-boost converter, such as B. from the same electrical network, in particular the second DC output voltage at the third terminal without interruption available too put. At the third port are typically the consumers switched, which require a continuous electrical supply. The Consumers can Be control units, actuators or heating resistors. Last will be z. B. needed to Preheat a fuel cell to operating temperature. Finally is it also possible in case of another failure, d. H. especially in case of failure of the first DC output voltage or mains voltage, one at the third terminal applied DC input voltage for uninterruptible infeed to use in the network. Preferably, in this case, an energy store, in particular an accumulator, at the third connection for buffering the connected to the second DC output voltage, which then at the other Failure to the third input DC voltage is.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Hoch-/Tiefsetzsteller je eine Spannungsmesseinheit zur Erfassung der an den jeweiligen Anschlüssen anliegenden Spannungen auf. Die Steuereinheit ist mit den jeweiligen Spannungsmesseinheiten zur Spannungsregelung verbunden. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere bei schwankender Eingangsgleichspannung und bei sich ändernden Lasten am zweiten und dritten Anschluss vorteilhaft.To a further embodiment the buck-boost converter each has a voltage measuring unit Detection of the voltages applied to the respective terminals on. The control unit is with the respective voltage measuring units connected to the voltage regulation. Such an embodiment is especially at fluctuating input DC voltage and at changing loads advantageous at the second and third connection.

Im Besonderen weist die Steuereinheit nach einer weiteren Ausführungsform Mittel zum Vergleich von Eingangsspannungsmesswerten mit einem vorgebbaren ersten Mindestspannungswert auf. Die Steuereinheit schaltet dann in den zweiten Betriebsmodus, wenn die Eingangsspannungsmesswerte gleich oder kleiner sind als der erste Mindestspannungswert.in the The control unit has particular features according to a further embodiment Means for comparing input voltage measurements with a predeterminable one first minimum voltage value. The control unit then switches in the second operating mode when the input voltage readings equals or smaller than the first minimum voltage value.

Weiterhin weist die Steuereinheit Mittel zum Vergleich von zweiten Eingangsspannungsmesswerten mit einem vorgebbaren zweiten Mindestspannungswert auf. Die Steuereinheit schaltet dann von dem zweiten in den dritten Betriebsmodus, wenn die zweiten Eingangsspannungsmesswerte gleich oder kleiner sind als der zweite Mindestspannungswert.Farther the control unit has means for comparing second input voltage measurements with a predetermined second minimum voltage value. The control unit then switches from the second to the third operating mode when the second input voltage measurements are equal to or less as the second minimum voltage value.

Der Vergleich erfolgt vorzugsweise über eine Softwareroutine, welche auf der typischerweise prozessorgestützten Steuereinheit ausgeführt wird. Alternativ kann der Vergleich mittels eines analogen Komparators erfolgen, welcher als Vergleichsergebnis ein entsprechendes digitales Signal an die Steuereinheit zur Weiterverarbeitung ausgibt. Die Spannungsmesseinheiten können alternativ bereits in der Steuereinheit integriert sein. Insbesondere ist die Steuereinheit ein Mikrocontroller, ein Mikrocomputer oder ein Mikroprozessor.Of the Comparison preferably takes place via a software routine based on the typically processor-based control unit accomplished becomes. Alternatively, the comparison by means of an analog comparator take place, which as comparison result a corresponding digital Sends signal to the control unit for further processing. The Voltage measuring units can alternatively already be integrated in the control unit. Especially the control unit is a microcontroller, a microcomputer or a microprocessor.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen die Hochsetz- und Tiefsetzstellereinheit jeweils mehrere parallel geschaltete und separat ansteuerbare Halbbrücken auf. Dadurch ist ein redundanter Betrieb des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers möglich. Vorzugsweise sind die Schaltelemente der Halbbrücken hinsichtlich der Stromtragefähigkeit derart bemessen, dass bei Ausfall eines oder mehrerer Brückenschaltelemente ein uneingeschränkter Weiterbetrieb des Hoch-/Tiefsetzstellers möglich ist.To In a particularly advantageous embodiment, the boosting and buck converter unit each having a plurality of parallel and separately controllable half bridges on. As a result, a redundant operation of the inventive Hoch- / Tiefsetzstellers possible. Preferably, the switching elements of the half bridges are in terms of current carrying capacity dimensioned such that in case of failure of one or more bridge switching elements an unrestricted one Continued operation of the buck / boost converter is possible.

Vorzugsweise weist der Hoch-/Tiefsetzsteller dazu je eine Strommesseinheit zur Messung eines jeweiligen Ladespulenstromes auf. Die jeweiligen Strommesseinheiten sind mit der Steuereinheit verbunden. Die Brückenschaltelemente einer jeweiligen Halbbrücke sind mittels der Steuereinheit sperrend angesteuert, wenn der zugehörige Ladespulenstrom signifikant von den übrigen parallelen Ladespulenströmen abweicht. Eine signifikante Abweichung kann z. B. in einem Bereich von 5% bis 20% vom Strommittelwert der übrigen Ladespulenströme liegen. Weiterhin können die Strommesseinheiten alternativ in der Steuereinheit integriert sein.Preferably the buck-boost converter each has a current measuring unit for this purpose Measurement of a respective charging coil current. The respective current measuring units are connected to the control unit. The bridge switching elements of a respective half-bridge are controlled by the control unit blocking when the associated charging coil current significantly from the rest parallel charging coil currents differs. A significant deviation can z. In one area from 5% to 20% of the average current value of the remaining charging coil currents. Furthermore you can the current measuring units alternatively integrated in the control unit be.

Nach einer Ausführungsform steuert die Steuereinheit die Brückenschaltelemente der jeweiligen verfügbaren Halbbrücken derart an, dass sich zumindest in etwa gleiche Ladespulenströme einstellen. Durch die Gleichverteilung der Ladespulenströme sinkt vorteilhaft die Verlustleistung des Hoch-/Tiefsetzstellers. Die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers erhöht sich.To an embodiment the control unit controls the bridge switching elements the respective available Half bridges like this on that adjust at least approximately the same charging coil currents. The uniform distribution of the charging coil currents advantageously reduces the power loss of the Hoch- / Tiefsetzstellers. The life of the inventive Hoch- / Tiefsetzstellers elevated yourself.

Vorzugsweise sind die Brückenschaltelemente der Halbbrücken Schalttransistoren, insbesondere IGBTs oder MOSFETs. Derartige Bauelemente sind in hoher Stückzahl und in großer Typenvielfalt erhältlich.Preferably are the bridge switching elements the half bridges Switching transistors, in particular IGBTs or MOSFETs. Such components are in high quantities and in big Type variety available.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Halbbrücken als Baueinheit integrierte Leistungsmodule. Auch derartige Module gibt es in großer Typenvielfalt. Durch die bereits in dem Modul erfolgte Integration der elektronischen Schaltelemente verringert sich der Verschaltungsaufwand. Zugleich weist der erfindungsgemäße Hoch-/Tiefsetzsteller eine höhere Zuverlässigkeit auf.To In a particularly advantageous embodiment, the half-bridges are as Unit integrated power modules. There are also such modules in big Variety of types. Through the integration already carried out in the module the electronic switching elements reduces the Verschaltungsaufwand. at the same time has the buck-boost converter according to the invention a higher one reliability on.

Weiterhin sind jeweils eine Halbbrücke der Hochsetzstellereinheit und jeweils eine Halbbrücke der Tiefsetzstellereinheit zu einer Vollbrücke zusammengefasst. Eine Vollbrücke oder auch H-Brücke weist eine H-förmige Schaltungsstruktur auf, die typischerweise in so genannten Vierquadrantenstellern zum Einsatz kommt.Furthermore, in each case a half bridge of Hochsetzstellereinheit and one half bridge of the buck converter unit combined to form a full bridge. A full bridge or H-bridge has an H-shaped circuit structure, which is typically used in so-called four-quadrant.

Die Vollbrücke ist insbesondere ein als Baueinheit integriertes Leistungsmodul. Auch derartige Module gibt es in großer Typenvielfalt. Sie weisen typischerweise vier Brückenschaltelemente, insbesondere vier Leistungstransistoren, auf. Darüber hinaus kann in einem solchen Leistungsmodul bereits eine Schutzbeschaltung und/oder eine Signalaufbereitungseinheit zur besonders einfachen digitalen Ansteuerung der Schaltelemente integriert sein.The full bridge is in particular a power module integrated as a structural unit. Also such modules are available in a large variety of types. They point typically four bridge switching elements, in particular four power transistors, on. In addition, can in such a power module already a protective circuit and / or a signal conditioning unit for particularly simple digital Control of the switching elements to be integrated.

Eine Halbbrücke mit jeweils zwei Brückenschaltelementen, insbesondere mit jeweils zwei Schalttransistoren, ist besonders vorteilhaft zur Realisierung der schaltungstechnischen Funk tion einer jeweils in einer Hochsetz- und Tiefsetzstellereinheit eines Hoch-/Tiefsetzstellers vorhandenen Reihenschaltung aus Freilaufdiode und Schaltelement verwendbar.A half bridge each with two bridge switching elements, in particular, each with two switching transistors, is special advantageous for the realization of the circuitry radio tion each in a boost and buck converter unit of Hoch- / Tiefsetzstellers existing series circuit of freewheeling diode and switching element usable.

In entsprechender Weise ist eine Vollbrücke mit jeweils vier Brückenschaltelementen, insbesondere mit jeweils vier Schalttransistoren, zur Realisierung der schaltungstechnischen Funktion einer jeweils in einer Hochsetzstellereinheit und jeweils in einer Tiefsetzstellereinheit eines Hoch-/Tiefsetzstellers vorhandenen Reihenschaltung aus Freilaufdiode und Schaltelement verwendbar.In corresponding manner is a full bridge, each with four bridge switching elements, in particular, each with four switching transistors, for the realization the circuitry function of each one in a boost converter unit and each in a buck converter unit of a boost / buck converter existing Series connection of freewheeling diode and switching element used.

Der erfinderische Gedanke hierbei ist, dass eine typischerweise zur Verwendung eines Vierquadrantenstellers vorgesehene Vollbrücke zur Realisierung der Hochsetz- und der Tiefsetzstellereinheit verwendet wird. Anzumerken ist in diesem Zusammenhang, dass die beiden Halbbrücken der Vollbrücke im Vergleich zu einem Vierquadrantensteller unabhängig voneinander angesteuert werden, entsprechend ihrer jeweiligen Funktion als Teil einer Hochsetzstellereinheit bzw. einer Tiefsetzstellereinheit.Of the inventive idea here is that a typical for Use of a Vierquadrantenstellers provided full bridge to Realization of the boost and buck converter units used becomes. It should be noted in this context that the two half bridges of full bridge in comparison to a four-quadrant independent of each other be controlled according to their respective function as part a boost converter unit or a buck converter unit.

Der erfindungsgemäße Hoch-/Tiefsetzsteller ist vorteilhaft zum Umwandeln einer von zumindest einer Brennstoffzelle stammenden Eingangsgleichspannung in eine netzseitige erste Ausgangsgleichspannung sowie in eine zweite Ausgangsgleichspannung zur elektrischen Versorgung zumindest eines zum Betrieb der zumindest einen Brennstoffzelle erforderlichen Heizwiderstandes verwendbar. Er ist zudem zur elektrischen Weiterversorgung des zumindest einen Heizwiderstandes durch eine netzseitige Einspeisung über den zweiten elektrischen Anschluss bei zu geringer Eingangsgleichspannung verwendbar.Of the inventive step-up / step-down converter is advantageous for converting one of at least one fuel cell originating input DC voltage in a network-side first DC output voltage and in a second DC output voltage for electrical supply at least one for operating the at least one fuel cell required heating resistor used. He is also electric Further supply of at least one heating resistor by a Mains supply via the second electrical connection can be used if the input DC voltage is too low.

Die Brennstoffzellen sind vorzugsweise zur Einspeisung in ein elektrisches Netz vorgesehen. Typischerweise ist eine Vielzahl von Brennstoffzellen vorgesehen, welche in eine gemeinsame Sammelschiene einspeisen. Das elektrische Netz kann ein Energieversorgungsnetz eines Energieversorgungsunternehmens, ein Inselnetz oder ein Bordnetz eines Fahrzeugs sein. Es kann zwischen dem zweiten Anschluss des Hoch-/Tiefsetzstellers und dem elektrischen Netz ein Umrichter vorhanden sein, welcher die erste Ausgangsgleichspannung des oder der erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzsteller in eine ein- oder dreiphasige Netzspannung, wie z. B. in eine dreiphasige 400 V/50 Hz-Wechselspannung, umwandelt beziehungsweise welcher auf umgekehrtem Wege elektrische Energie aus dem Netz über den zweiten Anschluss in den oder in die Hoch-/Tiefsetzsteller zur Weiterversorgung der Heizwiderstände der Brennstoffzellen einspeist. Dadurch kann die Brennstoffzelle für einen zuverlässigen Betrieb auf die erforderliche Betriebstemperatur sicher vorgeheizt werden, unabhängig davon, ob eine Einspeisung durch die Brennstoffzellen in ein elektrisches Netz gerade möglich ist oder nicht. Durch die netzseitige Rückspeisung ist sozusagen eine „Standby-Funktion" der Brennstoffzelle möglich.The Fuel cells are preferably for feeding into an electrical Network provided. Typically, a plurality of fuel cells are provided, which feed into a common busbar. The electric Network can be a power supply network of a power company, a Island grid or a vehicle electrical system of a vehicle. It can be between the second connection of the up / down converter and the electrical Mains a converter be present, which is the first DC output voltage the or the Hoch- / Tiefsetzsteller invention in a single or three-phase mains voltage, such. B. in a three-phase 400 V / 50 Hz AC voltage, converts or which on reverse way electrical energy from the network via the second Connection in or in the boost / buck converter for further supply the heating resistors the fuel cell feeds. This allows the fuel cell for one reliable Operation preheated to the required operating temperature become independent of whether a feed by the fuel cells into an electric Network just possible is or not. Due to the mains-side feedback is, so to speak, a "standby function" of the fuel cell possible.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:The Invention as well as advantageous embodiments of the invention further described below with reference to the following figures. Show it:

1 ein Prinzipschaltbild eines Hoch-/Tiefsetzstellers nach dem Stand der Technik, 1 a block diagram of a buck-boost converter according to the prior art,

2 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers, 2 a schematic diagram of a buck-boost converter according to the invention,

3 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers, 3 A first embodiment of the inventive Hoch- / Tiefsetzstellers,

4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers und 4 A second embodiment of the invention Hoch- / Tiefsetzstellers and

5 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers. 5 A third embodiment of the invention Hoch- / Tiefsetzstellers.

1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Hoch-/Tiefsetzstellers 1 nach dem Stand der Technik. Er weist eine Hochsetzstellereinheit 2 sowie eine dieser nachgeschaltete Tiefsetzstellereinheit 3 auf. Die Hochsetzstellereinheit 2 ist eingangsseitig an einen ersten Anschluss 11 geschaltet, an welchem eine Eingangsgleichspannung uE anliegt. Letztere stammt von einer mit dem Bezugszeichen 10 stammenden Spannungsquelle, wie z. B. von einer Brennstoffzelle. Mit dem Bezugszeichen iE ist ein in die Hochsetzstellereinheit 2 hineinfließender Eingangsstrom bezeichnet. An einem zweiten Anschluss 12 liegt eine von der Hochsetzstellereinheit 2 umgewandelte erste Ausgangsgleichspannung uA1 an. Mit dem zweiten Anschluss 12 ist zugleich eingangsseitig die Tiefsetzstellereinheit 3 verbunden, welche ausgangsseitig eine zweite Ausgangsgleichspannung uA2 an einem dritten Anschluss 13 bereitstellt. Die Eingangsgleichspannung uE liegt in einem Spannungsbereich von einigen Volt bis mehreren Hundert Volt, wie z. B. 200 V. Die erste Ausgangsgleichspannung uA1 ist typischerweise um ein Vielfaches höher als die Eingangsgleichspannung uE. Sie kann z. B. 800 V betragen, wenn die Eingangsgleichspannung uE z. B. 200 V beträgt. Die zweite Ausgangsgleichspannung uA2 ist durch die Tiefsetzstellung betragsmäßig kleiner als die erste Ausgangsgleichspannung uA1. Sie ist vorzugsweise größer als die Eingangsgleichspannung UE und kann z. B. 600 V betragen. 1 shows a schematic diagram of a buck-boost converter 1 According to the state of the art. He has a boost converter unit 2 and one of these downstream buck converter unit 3 on. The boost converter unit 2 is input side to a first connection 11 connected to which a DC input voltage uE is applied. The latter comes from one with the reference numeral 10 originating voltage source, such. B. from a fuel cell. The reference iE is an in the boost converter unit 2 inflowing input current referred to. At a second connection 12 is one of the boost converter unit 2 umgewan delte first output DC voltage uA1. With the second connection 12 is also the input side, the buck converter unit 3 connected on the output side, a second DC output voltage uA2 at a third terminal 13 provides. The DC input voltage uE is in a voltage range of several volts to several hundred volts, such. B. 200 V. The first DC output voltage uA1 is typically higher by a multiple than the DC input voltage uE. You can z. B. 800 V, if the input DC voltage uE z. B. 200 V is. The second DC output voltage uA2 is smaller in magnitude than the first DC output voltage uA1 due to the step-down setting. It is preferably greater than the input DC voltage UE and z. B. be 600 volts.

Beide Stellereinheiten 2, 3 weisen zumindest jeweils eine Ladespule 21, 31, eine Freilaufdiode 22, 32, einen Ladekondensator 23, 33 sowie ein Schaltelement 24, 34 auf. Die Verschaltung der gezeigten Komponenten ist grundsätzlich bekannt. Im Beispiel der 1 kommt ein IGBT als Schaltelement 24, 34 zum Einsatz. Es kann alternativ ein MOSFET oder ein anderer Schalttransistor sein. Die getaktete Ansteuerung erfolgt über zwei Ansteuersignale S1, S2. Diese stammen vorzugsweise von einer Steuereinheit.Both control units 2 . 3 each have at least one charging coil 21 . 31 , a freewheeling diode 22 . 32 , a charging capacitor 23 . 33 and a switching element 24 . 34 on. The interconnection of the components shown is basically known. In the example of 1 comes an IGBT as a switching element 24 . 34 for use. It may alternatively be a MOSFET or another switching transistor. The clocked control via two drive signals S1, S2. These are preferably from a control unit.

2 zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers 1. Bei der gezeigten Schaltung sind die Komponenten im Vergleich zur Schaltung gemäß 1 zeichnerisch umgeordnet. In schaltungstechnischer Hinsicht ist sie im Wesentlichen gleich zur Schaltung gemäß 1, wobei gemäß der Erfindung nun die schaltungstechnische Funktion einer jeweils in der Hochsetz- und Tiefsetzstellereinheit 2, 3 vorhandenen Reihenschaltung aus Freilaufdiode 22, 32 und Schaltelement 24, 34 jeweils durch eine Halbbrücke 5, 6 übernommen ist. Dies sollen die in der 2 eingezeichneten Symbole einer Diode verdeutlichen. Erst in dieser zeichnerischen Umordnung sind die beiden Halbbrücken 5, 6 als solche erkennbar, welche erfindungsgemäß die Funktion der Schaltelemente 24, 34 und der Freilaufdioden 22, 32 übernehmen können. Die beiden nebeneinander zeichnerisch angeordneten Halbbrücken 5, 6 sollen andeuten, dass beide Halbbrücken 5, 6 auch zu einer Vollbrücke zusammengefasst sein können. Derartige Vollbrücken finden typischerweise beim Aufbau eines Vierquadrantenstellers, jedoch nicht beim Aufbau eines Hoch-/Tiefsetzstellers Verwendung. 2 shows a schematic diagram of a buck-boost converter according to the invention 1 , In the circuit shown, the components are compared to the circuit according to 1 rearranged graphically. In circuit terms, it is essentially the same as the circuit according to 1 , wherein according to the invention now the circuit function of each in the boost and buck converter unit 2 . 3 existing series circuit of freewheeling diode 22 . 32 and switching element 24 . 34 each by a half bridge 5 . 6 is taken over. This should be in the 2 illustrated symbols of a diode clarify. Only in this graphic rearrangement are the two half-bridges 5 . 6 recognizable as such, which according to the invention the function of the switching elements 24 . 34 and the freewheeling diodes 22 . 32 can take over. The two side by side diagrammatically arranged half bridges 5 . 6 should indicate that both half bridges 5 . 6 can also be combined into a full bridge. Such full bridges are typically used in the construction of a four-quadrant controller, but not in the construction of a boost / buck converter.

Im Beispiel der 2 sind die Brückenschaltelemente 51, 62, welche die Funktion der Freilaufdiode 22, 32 übernehmen, durch das Schaltungssymbol einer Diode gekennzeichnet. Weiterhin sind die Halbbrücken 5, 6 vorzugsweise als Baueinheit integrierte Leistungsmodule. Anstelle der beiden Halbbrücken 5, 6 kann auch eine Vollbrücke verwendet werden.In the example of 2 are the bridge switching elements 51 . 62 , which is the function of the freewheeling diode 22 . 32 take over, indicated by the circuit symbol of a diode. Furthermore, the half bridges 5 . 6 preferably as a unit integrated power modules. Instead of the two half bridges 5 . 6 A full bridge can also be used.

3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers 1. Im oberen Teil der 3 ist eine Steuereinheit 4 dargestellt. Sie weist eine Reihe von Ausgängen für die Ansteuersignale S1–S4 zur Ansteuerung aller als IGBT ausgeführten Brückenschaltelemente 51, 52, 61, 62 auf. Sie weist weiterhin eine Reihe von Eingängen zur Erfassung von Spannungsmesswerten UE, UA1, UA2 auf, die von den zugehörigen Spannungsmesseinheiten 7 ausgegeben werden. 3 shows a first embodiment of the invention Hoch- / Tiefsetzstellers 1 , In the upper part of the 3 is a control unit 4 shown. It has a number of outputs for the drive signals S1-S4 for driving all bridge switching elements designed as IGBTs 51 . 52 . 61 . 62 on. It also has a number of inputs for the acquisition of voltage measurements UE, UA1, UA2, that of the associated voltage measurement units 7 be issued.

Gemäß einer Ausführungsform werden in einem ersten Betriebsmodus alle Brückenschaltelemente 51, 52, 61, 62 über die Steuereinheit 4 derart getaktet angesteuert, dass an dem zweiten und dritten Anschluss 12, 13 die erste und zweite Ausgangsgleichspannung uA1, uA2 ausgebbar ist. Mit dem Bezugszeichen iA1 ist der zur ersten Ausgangsgleichspannung uA1 zugehörige Ausgangsstrom bezeichnet, welcher in eine am ersten Anschluss 12 angeschlossene, gestrichelt gezeichnete erste Last L1 hineinfließt.According to one embodiment, in a first operating mode all bridge switching elements 51 . 52 . 61 . 62 via the control unit 4 controlled clocked such that at the second and third connection 12 . 13 the first and second DC output voltage uA1, uA2 can be output. The reference symbol iA1 designates the output current associated with the first DC output voltage uA1, which is in one at the first terminal 12 connected, dashed drawn first load L1 flows.

Dagegen werden die Brückenschaltelemente 51, 52 der Hochsetzstellereinheit 2 in einem zweiten Betriebsmodus sperrend angesteuert. Mit anderen Worten wird die gesamte Hochsetzstellereinheit 2 gesperrt. Weiterhin werden die Brückenschaltelemente 61, 62 der Tiefsetzstellereinheit 3 nun derart getaktet angesteuert, dass eine am zweiten Anschluss 12 anliegende weitere Eingangsgleichspannung uE2 mittels der Tiefsetzstellereinheit 3 in die zweite Ausgangsgleichspannung uA2 umwandelbar ist. Mit anderen Worten ist nun statt einer Einspeisung eines Ausgangsstromes iA1 in die erste Last L1 eine Rückspeisung eines weiteren Eingangsstromes iE2 mit umgekehrtem Vorzeichen in die Tiefsetzstellereinheit 3 möglich. Der weitere Eingangsstrom iE2 kann z. B. von einer gestrichelt dargestellten ersten Quelle Q1 stammen, wie z. B. von einem elektrischen Stromversorgungsnetz. Er kann z. B. von anderen Hoch-/Tiefsetzstellern 1 stammen, die gemeinsam mit dem gezeigten Hoch-/Tiefsetzsteller 1 in eine an dem ersten Anschluss 12 angeschlossene, in der 3 nicht gezeigte Sammelschiene einspeisen.In contrast, the bridge switching elements 51 . 52 the boost converter unit 2 activated in a blocking mode in a second operating mode. In other words, the entire boost converter unit becomes 2 blocked. Furthermore, the bridge switching elements 61 . 62 the buck converter unit 3 now controlled in such a timed manner that one at the second port 12 adjacent additional DC input voltage uE2 by means of the buck converter unit 3 is convertible to the second DC output voltage uA2. In other words, instead of feeding an output current iA1 into the first load L1, feeding back a further input current iE2 with the opposite sign to the buck converter unit is now possible 3 possible. The further input current iE2 can z. B. from a first source shown in dashed lines Q1, such. B. from an electrical power grid. He can z. B. from other Hoch- / Tiefsetzstellern 1 come together with the shown up / down converter 1 in one at the first port 12 connected, in the 3 Feed in busbar not shown.

Im Beispiel der 3 weist der Hoch-/Tiefsetzsteller 1 je eine Spannungsmesseinheit 7 zur Erfassung der an den Anschlüssen 11–13 anliegenden Spannungen uE, uE2, uA1, uA2 auf. Die Steuereinheit 4 weist weiterhin nicht näher gezeigte Mittel zum Vergleich von erfassten Eingangsspannungsmesswerten UE mit einem vorgebbaren ersten Mindestspannungswert UMIN1 auf. Dieser erste Mindestspannungswert UMIN1 kann z. B. elektronisch in der Steuereinheit 4 hinterlegt sein. Die Steuereinheit 4 kann ausgehend von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus schalten, wenn die Eingangsspannungswerte UE gleich oder kleiner sind als der erste Mindest spannungswert UMIN1. Dadurch ist eine automatische und unterbrechungsfreie Weiterversorgung der zweiten Ausgangsgleichspannung uA2 möglich.In the example of 3 instructs the buck / boost converter 1 one voltage measuring unit each 7 to detect the at the terminals 11 - 13 applied voltages uE, uE2, uA1, uA2. The control unit 4 further has means not shown in greater detail for comparing detected input voltage measurement values UE with a predeterminable first minimum voltage value UMIN1. This first minimum voltage value UMIN1 can, for. B. electronically in the control unit 4 be deposited. The control unit 4 can start from the first operating mode in switch the second operating mode when the input voltage values UE are equal to or smaller than the first minimum voltage value UMIN1. As a result, an automatic and uninterruptible further supply of the second DC output voltage uA2 is possible.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers 1. Die Schaltung gemäß 4 unterscheidet sich von der gemäß 3 dadurch, dass an dem dritten Anschluss 13 eine zweite Last L2 sowie eine zweite Quelle Q2 geschaltet sind. Die zweite Last L2 ist insbesondere ein Heizwiderstand zum Aufheizen der Brennstoffzellen 10, bevor diese in Betrieb genommen werden können. Die zweite Quelle Q2 ist insbesondere ein Akkumulator zur Pufferung der zweiten Ausgangsspannung uA2. Mit iE3 ist der dritte Eingangsstrom bezeichnet, der im dritten Betriebsmodus von der zweiten Quelle Q2 in die Tiefsetzstellereinheit 3 eingespeist wird. 4 shows a second embodiment of the invention Hoch- / Tiefsetzstellers 1 , The circuit according to 4 differs from the according to 3 in that at the third port 13 a second load L2 and a second source Q2 are connected. The second load L2 is in particular a heating resistor for heating the fuel cells 10 before they can be put into operation. The second source Q2 is in particular an accumulator for buffering the second output voltage uA2. IE3 denotes the third input current, which in the third operating mode from the second source Q2 into the buck converter unit 3 is fed.

Erfindungsgemäß weist die Steuereinheit 4 Mittel zum Vergleich von zweiten Eingangsspannungsmesswerten UE2 mit einem vorgebbaren zweiten Mindestspannungswert UMIN2 auf. Sie schaltet dann ausgehend von dem zweiten Betriebsmodus in den dritten Betriebsmodus, wenn die zweiten Eingangsspannungsmesswerte UE2 gleich oder kleiner sind als der zweite Mindestspannungswert UMIN2. Dadurch kann eine sofortige Umschaltung zur Stützung der ersten Ausgangsgleichspannung uA1, insbesondere der dort anliegenden Netzspannung erfolgen.According to the invention, the control unit 4 Means for comparing second input voltage measured values UE2 with a predeterminable second minimum voltage value UMIN2. It then switches from the second operating mode into the third operating mode when the second input voltage measurement values UE2 are equal to or smaller than the second minimum voltage value UMIN2. As a result, an immediate changeover to support the first DC output voltage uA1, in particular of the mains voltage present there, can take place.

5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers 1'. Im oberen Teil der 5 ist eine dreifach parallel ausgeführte Hochsetzstellereinheit 2' mit drei parallel geschalteten und separat ansteuerbaren Halbbrücken 5 dargestellt. Im unteren Teil der 5 ist eine gleichfalls dreifach parallel ausgeführte Tiefsetzstellereinheit 3' mit drei parallel geschalteten und separat ansteuerbaren Halbbrücken 6 gezeigt. Mit den Bezugszeichen S11–S13, S21–S23, S31–S33 und S41–S43 sind die Ansteuersignale bezeichnet, welche die Steuereinheit 4 zur Ansteuerung aller gezeigten IGBTs 51, 52, 61, 62 ausgibt. Mit dem Bezugszeichen 41 ist eine Schnittstelle bezeichnet, über welche die Steuereinheit 4 mit einer übergeordneten Leitstelle kommunizieren kann. 5 shows a third embodiment of the invention Hoch- / Tiefsetzstellers 1' , In the upper part of the 5 is a triple parallel boost converter unit 2 ' with three parallel and separately controllable half bridges 5 shown. In the lower part of the 5 is a likewise triple parallel running buck converter unit 3 ' with three parallel and separately controllable half bridges 6 shown. The reference symbols S11-S13, S21-S23, S31-S33 and S41-S43 denote the drive signals which the control unit 4 for controlling all shown IGBTs 51 . 52 . 61 . 62 outputs. With the reference number 41 is an interface through which the control unit 4 can communicate with a superordinate control center.

Weiterhin kann der redundant ausgeführte Hoch-/Tiefsetzsteller 1' je eine Strommesseinheit zur Messung eines jeweiligen Ladespulenstromes aufweisen. Im Beispiel der 5 sind diese sowie die entsprechenden Eingänge der Steuereinheit 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Dadurch kann die Steuereinheit 4 die Brückenschaltelemente 51, 52, 61, 62 einer jeweiligen Halbbrücke 5, 6 sperrend ansteuern, wenn der zugehörige Ladespulenstrom signifikant von den übrigen parallelen Ladespulenströmen abweichen sollte. Auf Basis der erfassten Ladespulenstromwerte lassen sich zudem durch entsprechende Ansteuerung der Brückenschaltelemente 51, 52, 61, 62 der jeweiligen verfügbaren Halbbrücken 5, 6 in etwa gleiche Ladespulenströme einstellen. Dadurch reduziert sich vorteilhaft die Verlustleistung des erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellers 1'.Furthermore, the redundant running up / down converter 1' each have a current measuring unit for measuring a respective charging coil current. In the example of 5 these are as well as the corresponding inputs of the control unit 4 not shown for reasons of clarity. This allows the control unit 4 the bridge switching elements 51 . 52 . 61 . 62 a respective half-bridge 5 . 6 trigger blocking, if the associated charging coil current should differ significantly from the other parallel charging coil currents. On the basis of the detected charging coil current values can also be achieved by appropriate control of the bridge switching elements 51 . 52 . 61 . 62 the respective available half-bridges 5 . 6 set approximately the same charging coil currents. This advantageously reduces the power loss of the buck-boost converter according to the invention 1' ,

Im rechten oberen Teil der 5 ist ein Umrichter 9 gezeigt, welcher zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss 12 und vierten Anschlüssen 14 eines elektrischen Netzes N geschaltet ist. Der Umrichter 9 kann, wie durch das Leistungssymbol „P" gekennzeichnet, ausgebildet sein, elektrische Leistung P aus dem Hoch-/Tiefsetzsteller 1' in das Netz N einzuspeisen oder elektrische Leistung P aus dem Netz N in den erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzsteller 1' einzuspeisen, um z. B. eine Weiterversorgung eines am zweiten Anschluss 13 angeschlossenen Heizwiderstandes 8 einer Brennstoffzelle 10 zu ermöglichen. Es können darüber hinaus eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Hoch-/Tiefsetzstellern 1', welche jeweils von einer oder mehreren Brennstoffzellen 10 gespeist werden, gemeinsam in eine nicht weiter gezeigte, an dem zweiten Anschluss 12 angeschlossene Sammelschiene einspeisen bzw. aus dieser Energie entnehmen, sollte eine Einspeisung mittels der Brennstoffzellen 10 nicht möglich sein.In the upper right part of the 5 is an inverter 9 shown which between the second electrical connection 12 and fourth terminals 14 an electrical network N is connected. The inverter 9 For example, as indicated by the power symbol "P", electric power P from the buck-boost converter may be formed 1' to feed into the network N or electrical power P from the network N in the buck-boost converter according to the invention 1' to feed z. B. a Weiterversorgung one at the second port 13 connected heating resistor 8th a fuel cell 10 to enable. There may also be a variety of up / down converters according to the invention 1' each of one or more fuel cells 10 be fed together in a not shown on the second port 12 Feed in the connected busbar or remove it from this energy should be fed by means of fuel cells 10 not possible.

Claims

Step-up / step-down converter, in particular for feeding with fuel cells ( 10 ) into an electrical network (N), with - a first connection ( 11 ) for a first DC input voltage (uE1), a second terminal ( 12 ) for a first DC output voltage (uA1) and a third terminal ( 13 ) for a second output DC voltage (uA2), - an input side to the first terminal (uA2) 11 ) and the output side to the second terminal ( 12 ) connected boost converter unit ( 2 ) with a first charging coil ( 21 ), a first freewheeling diode ( 22 ), a first charging capacitor ( 23 ) and a first switching element ( 24 ), - one of the boost converter unit ( 2 ) downstream and on the output side to the third connection ( 13 ) switched buck converter unit ( 3 ) with a second charging coil ( 31 ), a second freewheeling diode ( 32 ), a second charging capacitor ( 33 ) and a second switching element ( 34 ) and - a control unit ( 4 ) for clocked driving of the first and second switching element ( 24 . 34 ), characterized in that the boost and buck converter unit ( 2 . 3 ) one half-bridge ( 5 . 6 ) to take over the circuitry function of each one in the Hochsetz- and Tiefsetz actuator unit ( 2 . 3 ) existing series circuit of freewheeling diode ( 22 . 32 ) and switching element ( 24 . 34 ) exhibit.

Step-up / step-down converter according to Claim 1, characterized in that a respective one of the functions of the freewheeling diode ( 22 . 32 ) taking over bridge switching element ( 51 . 62 ) and a respective the function of the switching element ( 24 . 34 ) taking over bridge switching element ( 52 . 61 ) are at least locked in a push-pull operation.

Step-up / step-down converter according to claim 1 or 2, characterized in that - in a first operating mode, all bridge switching elements ( 51 . 52 . 61 . 62 ) are driven in such a timed manner, that at the second connection ( 12 ) the first DC output voltage (uA1) and at the third terminal (uA1) 13 ), the second DC output voltage (uA2) can be output, or - that in a second operating mode the bridge switching elements ( 51 . 52 ) of the boost converter unit ( 2 ) are driven blocking and that the bridge switching elements ( 61 . 62 ) the buck converter unit ( 3 ) are clocked in such a way that one at the second terminal ( 12 ) applied second DC input voltage (uE2) by means of the buck converter unit ( 3 ) is convertible into the second DC output voltage (uA2), or - that in a third operating mode the bridge switching elements ( 51 . 52 ) of the boost converter unit ( 2 ) are driven blocking and that the bridge switching elements ( 61 . 62 ) the buck converter unit ( 3 ) are clocked in such a way that one at the third port ( 13 ) applied third DC input voltage (uE3) by means of the buck converter unit ( 3 ) is convertible into the first DC output voltage (uA1).

Step-up / step-down converter according to one of the preceding claims, characterized in that the step-up / step-down converter each has a voltage measuring unit ( 7 ) for detecting the at the respective terminals ( 11 - 13 ) (uE, uE2, uE3, uA1, uA2) and that the control unit ( 4 ) for voltage regulation with the respective voltage measuring units ( 7 ) connected is.

Step-up / step-down converter according to claim 4, characterized in that the control unit ( 4 ) Means for comparing input voltage measurements (UE) with a predefinable first minimum voltage value (UMIN1) and that the control unit ( 4 ) switches to the second operating mode when the input voltage measurements (UE) are equal to or less than the first minimum voltage value (UMIN1).

Step-up / step-down converter according to claim 5, characterized in that the control unit ( 4 ) Means for comparing second input voltage measurement values (UE2) with a predefinable second minimum voltage value (UMIN2) and that the control unit ( 4 ) switches to the third operating mode when the second input voltage measurement values (UE2) are equal to or less than the second minimum voltage value (UMIN2).

Step-up / step-down converter according to one of the preceding claims, characterized in that the step-up and step-down converter unit ( 2 . 3 ) each have a plurality of parallel and separately controllable half bridges ( 5 . 6 ) exhibit.

Step-up / step-down converter according to claim 7, characterized in that the step-up / step-down converter each has a current measuring unit for measuring a respective charging coil current, that the respective current measuring units are connected to the control unit ( 4 ) and that the control unit ( 4 ) the bridge switching elements ( 51 . 52 . 61 . 62 ) drives blocking when the associated charging coil current significantly different from the other parallel charging coil currents.

Step-up / step-down converter according to claim 7 or 8, characterized in that the control unit ( 4 ) the bridge switching elements ( 51 . 52 . 61 . 62 ) of the respective available half-bridges ( 5 . 6 ) controls such that adjust at least approximately the same charging coil currents.

Step-up / step-down converter according to one of the preceding claims, characterized in that the bridge switching elements ( 51 . 52 . 61 . 62 ) of the half-bridges ( 5 . 6 ) Switching transistors, in particular IGBTs or MOSFETs, are.

Step-up / step down converter according to one of the preceding claims, characterized in that the half-bridges ( 5 . 6 ) as a unit integrated power modules are.

Step-up / step-down converter according to one of the preceding claims, characterized in that in each case a half-bridge ( 5 ) of the boost converter unit ( 2 ) and one half-bridge ( 6 ) the buck converter unit ( 3 ) are combined into a full bridge.

Hoch- / Tiefsetzsteller according to claim 12, characterized characterized in that the full bridge is a power module integrated as a unit.

Use of a half-bridge ( 5 . 6 ) each with two bridge switching elements ( 51 . 52 . 61 . 62 ), in particular with two switching transistors, to take over the circuit function of each one in a Hochsetz- and Tiefsetzstellerein Ness ( 2 . 3 ) a Hoch- / Tiefsetzstellers (1) existing series circuit of freewheeling diode ( 22 . 32 ) and switching element ( 24 . 34 ).

Use of a full bridge with four bridge switching elements each ( 51 . 52 . 61 . 62 ), in particular with in each case four switching transistors, for the assumption of the circuit-related function of one each in a boost converter unit ( 2 ) and in each case in a buck converter unit ( 3 ) a Hoch- / Tiefsetzstellers (1) existing series circuit of freewheeling diode ( 22 . 32 ) and switching element ( 24 . 34 ).

Using a step-up / step-down converter ( 1 . 1' ) according to one of the preceding claims 1 to 13 for converting one of at least one fuel cell ( 10 ) DC input voltage (uE) in a network-side first DC output voltage (uA1) and in a second DC output voltage (uA2) for electrical supply at least one for operating the at least one fuel cell ( 10 ) required heating resistor ( 8th ) and for further electrical supply of the at least one heating resistor ( 8th ) by a mains-side supply via the second electrical connection ( 12 ) if the input DC voltage is too low (uE).