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Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungsnetz und ein Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz.
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Stand der Technik
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Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z. B. Windkraftanlegen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren. In herkömmlichen Anwendungen wird eine elektrische Maschine, welche z. B. als Drehfeldmaschine ausgeführt ist, wird über einen Umrichter in Form eines Wechselrichters gesteuert. Kennzeichnend für derartige Systems ist ein sogenannter Gleichspannungszwischenkreis, über welchen eine Energiespeicher, in der Regel eine Batterie, an die Gleichspannungsseite des Wechselrichters angeschlossen ist. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden mehrere Batteriezellen in Serie geschaltet. Da der von einem derartigen Energiespeicher bereitgestellte Strom durch alle Batteriezellen fließen muss und eine Batteriezelle nur einen begrenzten Strom leiten kann, werden oft zusätzlich Batteriezellen parallel geschaltet, um den maximalen Strom zu erhöhen.
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Die Serienschaltung mehrerer Batteriezellen bringt neben einer hohen Gesamtspannung das Problem mit sich, dass der gesamte Energiespeicher ausfällt, wenn eine einzige Batteriezelle ausfällt, weil dann kein Batteriestrom mehr fließen kann. Ein solcher Ausfall des Energiespeichers kann zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen. Bei einem Fahrzeug kann ein Ausfall der Antriebsbatterie zum ”Liegenbleiben” des Fahrzeugs führen. Bei anderen Anwendungen, wie z. B. der Rotorblattverstellung von Windkraftanlegen, kann es bei ungünstigen Rahmenbedingungen, wie z. B. starkem Wind, sogar zu sicherheitsgefährdenden Situationen kommen. Daher ist stets eine hohe Zuverlässigkeit des Energiespeichers anzustreben, wobei mit ” Zuverlässigkeit” die Fähigkeit eines Systems bezeichnet wird, für eine vorgegebene Zeit fehlerfrei zu arbeiten.
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In den älteren Anmeldungen
DE 10 2010 027 857 und
DE 10 2010 027 861 sind Batterien mit mehreren Batteriemodulsträngen beschrieben, welche direkt an eine elektrische Maschine anschließbar sind. Die Batteriemodulstränge weisen dabei eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen auf, wobei jedes Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt in Abhängigkeit von Steuersignalen den jeweiligen Batteriemodulstrang zu unterbrechen oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle in den jeweiligen Batteriemodulstrang schalten. Durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinheiten, z. B. mit Hilfe von Pulsweitenmodulation, können auch geeignete Phasensignale zur Steuerung der elektrischen Maschine bereitgestellt werden, so dass auf einen separaten Pulswechselrichter verzichtet werden kann. Der zur Steuerung der elektrischen Maschine erforderliche Pulswechselrichter ist damit sozusagen in die Batterie integriert. Zum Zwecke der Offenbarung werden diese beiden älteren Anmeldungen vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
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Im Gegensatz zu konventionellen Systemen, bei welchen eine elektrische Maschine über einen Wechselrichter gesteuert wird und durch einen davon getrenntem elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird, steht bei den in den älteren Anmeldungen
DE 10 2010 027 857 und
DE 10 2010 027 861 beschriebenen Batterien keine konstante Gleichspannung zur Verfügung, so dass derartige Batterien nicht ohne weiteres in herkömmliche Energieversorgungsnetze, wie z. B. Bordnetze eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, integrierbar sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Energieversorgungsnetz, welches einen steuerbaren Energiespeiche aufweist, welcher der Steuerung und der elektrischen Energieversorgung einer n-phasigen elektrische Maschine, mit n ≥ 1, dient. Dabei weist der steuerbare Energiespeicher n parallele Energieversorgungszweige auf, welche jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule aufweisen, welche jeweils mindestens eine elektrische Energiespeicherzelle mit einer zugeordneten steuerbaren Koppeleinheit umfassen. Die Energieversorgungszweige sind einerseits mit einem Bezugspotential, – im Folgenden als Bezugsschiene bezeichnet – und andererseits mit jeweils einer Phase der elektrischen Maschine verbindbar. In Abhängigkeit von Steuersignalen überbrücken die Koppeleinheiten entweder die jeweils zugeordneten Energiespeicherzellen oder sie schalten die jeweils zugeordneten Energiespeicherzellen in den Energieversorgungszweig. Erfindungsge,äß ist ein steuerbares Schaltnetzwerk vorgesehen, über welches die Energiespeicherzellen von mindestens zwei Energiespeichermodulen jeweils mit einem Gleichspannungszwischenkreis verbindbar oder von diesem trennbar sind.
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Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Energiversorgungsnetzes, wobei das steuerbare Schaltnetzwerk derart gesteuert wird, dass die Energiespeicherzellen eines Energiespeichermoduls nur dann mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden werden, wenn die Energiespeicherzellen durch entsprechende Steuerung der zugeordneten Koppeleinheit überbrückt sind.
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Vorteile der Erfindung
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Der steuerbare Energiespeicher liefert während eines Motorbetriebs der elektrischen Maschine ausgangsseitig eine Wechselspannung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine. Im Gegensatz zu konventionellen Systemen, bei welchen eine elektrische Maschine über einen Wechselrichter gesteuert wird und durch einen davon getrennten elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird, steht jedoch keine Gleichspannung zur unmittelbaren Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern, wie z. B. Verbrauchern in einem Fahrzeugbordnetz, zur Verfügung.
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Die Erfindung basiert auf der Grundidee, die Energiespeicherzellen eines Energiespeichermoduls als Energiespeicher für einen daran anzuschließenden Gleichspannungszwischenkreis zu nutzen. Auf diese Weise kann die zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern erforderliche Gleichspannung mit geringem Hardwareaufwand erzeugt werden. Das Schaltnetzwerk bietet dabei die Möglichkeit, die als Energiespeicher dienenden Energiespeicherzellen aus einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen auszuwählen, so dass eine übermäßige Belastung der Energiespeicherzellen eines einzelnen Energiespeichermoduls vermieden werden kann. Es wird damit die Möglichkeit einer gleichmäßigeren Lastverteilung – häufig auch als Balancing bezeichnet – geschaffen.
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Dadurch, dass die Energiespeicherzellen eines Energiespeichermoduls nur dann mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden und somit als Energiespeicher für den Gleichspannungszwischenkreis genutzt werden, wenn die Energiespeicherzellen durch entsprechende Steuerung der zugeordneten Koppeleinheit überbrückt sind, ist auch sicher gestellt, dass die Energieversorgungs- und Steuerungsfunktion des steuerbaren Energiespeichers für die elektrische Maschine nicht beeinträchtigt wird.
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Um die Verfügbarkeit von als Energiespeicher für den Gleichspannungszwischenkreis geeigneten Energiespeicherzellen zu erhöhen, können über das Schaltnetzwerk auch die Energiespeicherzellen mindestens eines Energiespeichermoduls pro Energieversorgungszweig jeweils mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbindbar oder von diesem trennbar sein.
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Um eine gleichmäßige Lastverteilung über alle Energiespeichermodule erreichen zu können, ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass über das Schaltnetzwerk die Energiespeicherzellen aller Energiespeichermodule jeweils mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbindbar oder von diesem trennbar sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, weist der Gleichspannungszwischenkreis mindestens einen Zwischenkreiskondensator auf, zu welchem die Energiespeicherzellen durch das Schaltnetzwerk parallel geschaltet werden können. Elektrische Verbraucher können dann parallel zu dem Zwischenkreiskondensator geschaltet werden und auf diese Weise mit elektrischer Energie versorgt werden. Dabei ist es sinnvoll, eine Nennspannung der mit dem Gleichspannungzwischenkreis verbindbaren Energieversorgungszellen gleich einer Soll-Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis zu wählen. Auf diese Weise können die Energiespeicherzellen unmittelbar, also ohne weitere Spannungskonvertierung, z. B. durch einen Gleichspannungswandler, als Energiespeicher für den Gleichspannungszwischenkreis genutzt werden. Es sei aber darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch dann anwendbar ist, wenn sich eine Nennspannung der mit dem Gleichspannungzwischenkreis verbindbaren Energieversorgungszellen von der Soll-Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis unterscheidet. In diesem Fall ist aber eine geeignete Spannungkonvertierung erforderlich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Gleichspannungzwischenkreis mindestens zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren auf, zu welchen die Energiespeicherzellen durch das Schaltnetzwerk jeweils parallel geschaltet werden können. Auf diese Weise ist mit geringem Hardware- und schaltungstechnischem Aufwand die Realisierung eines Energieversorgungsnetzes mit mehreren Gleichspannungsniveaus – im Kraftfahrzeugbereich häufig als Mehrspannungsbordnetz bezeichnet – realisierbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich eine Ansteuerlogik für das steuerbare Schaltnetzwerk vorgesehen, welche das Schaltnetzwerk in Abhängigkeit von einer aktuellen Steuerung derjenigen Koppeleinheiten, welche den mit dem Gleichspannungzwischenkreis verbindbaren Energieversorgungszellen zugeordnet sind, steuert. Dazu wird die Ansteuerlogik mit den Koppeleinheiten, welche den mit dem Gleichspannungzwischenkreis verbindbaren Energieversorgungszellen zugeordnet sind, synchronisiert.
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Dies ermöglicht, dass die Energiespeicherzellen eines Energiespeichermoduls nur dann mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden werden, wenn die Energiespeicherzellen durch entsprechende Steuerung der zugeordneten Koppeleinheit überbrückt sind, so dass die Energieversorgungs- und Steuerungsfunktion des steuerbaren Energiespeichers für die elektrische Maschine nicht beeinträchtigt wird.
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Wird für alle mit dem Gleichspannungzwischenkreis verbindbaren Energieversorgungszellen auch eine, einen aktuellen Ladezustand charakterisierende Größe, wie z. B. die aktuelle Spannung der jeweiligen Energiespeicherzellen, ermittelt, so kann das steuerbare Schaltnetzwerk durch die Ansteuerlogik auch derart gesteuert werden, dass jeweils diejenigen Energieversorgungszellen mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden werden, welche aktuell die höchste Ladung aufweisen. Durch eine derartige aktive Mehrbelastung von Energiespeicherzellen mit dem aktuell besten Ladezustand, wird eine gleichmäßigere Lastverteilung auf die einzelnen Energiepseichermodle erreicht.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungsnetzes,
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungsnetzes und
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3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungsnetzes.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungsnetzes. An eine dreiphasige elektrische Maschine 1 ist ein steuerbarer erster Energiespeicher 2 angeschlossen. Der steuerbare Energiespeicher 2 umfasst drei Energieversorgungszweige 3-1, 3-2 und 3-3, welche einerseits mit einem Bezugspotential T- (Bezugsschiene), welches in der dargestellten Ausführungsform ein niedriges Potential führt, und andererseits jeweils mit einzelnen Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 1 verbunden sind. Jeder der Energieversorgungszweige 3-1, 3-2 und 3-3 weist m in Reihe geschaltete Energiespeichermodule 4-11 bis 4-1m bzw. 4-21 bis 4-2m bzw. 4-31 bis 4-3m auf, wobei m ≥ 2. Die Energiespeichermodule 4 wiederum umfassen jeweils mehrere in Reihe geschaltete elektrische Energiespeicherzellen, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich in dem mit der Phase W der elektrischen Maschine 1 verbundenen Energieversorgungszweig 3-3 mit Bezugszeichen 5-31 bis 5-3m versehen sind. Die Energiespeichermodule 4 umfassen des Weiteren jeweils eine Koppeleinheit, welche den Energiespeicherzellen 5 des jeweiligen Energiespeichermoduls 4 zugeordnet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind auch die Koppeleinheiten lediglich in dem Energieversorgungszweig 3-3 mit Bezugszeichen 6-31 bis 6-3m versehen. In der dargestellten Ausführungsvariante werden die Koppeleinheiten 6 jeweils durch zwei steuerbare Schaltelemente 7-311 und 7-312 bis 7-3m1 und 7-3m2 gebildet. Die Schaltelemente können dabei als Leistungshalbleiterschalter, z. B. in Form von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) oder als MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), ausgeführt sein.
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Die Koppeleinheiten 6 ermöglichen es, den jeweiligen Energieversorgungszweig 3, durch Öffnen beider Schaltelemente 7 einer Kopplungseinheit 6 zu unterbrechen. Alternativ können die Energiespeicherzellen 5 durch Schließen jeweils eines der Schaltelemente 7 einer Koppeleinheit 6 entweder überbrückt werden, z. B. Schließen des Schalters 7-311, oder in den jeweiligen Energieversorgungszweig 3 geschaltet werden, z. B. Schließen des Schalters 7-312.
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Die Gesamt-Ausgangsspannungen der Energieversorgungszweige 3-1 bis 3-3 werden bestimmt durch den jeweiligen Schaltzustand der steuerbaren Schaltelemente 7 der Koppeleinheiten 6 und können stufig eingestellt werden. Die Stufung ergibt sich dabei in Abhängigkeit von der Spannung der einzelnen Energiespeichermodule 4. Geht man von der bevorzugten Ausführungsform gleichartig ausgestalteter Energiespeichermodule 4 aus, so ergibt sich eine maximal mögliche Gesamt-Ausgangsspannung aus der Spannung eines einzelnen Energiespeichermoduls 4 mal der Anzahl m der pro Energieversorgungszweig in Reihe geschalteten Energiespeichermodule 4.
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Die Koppeleinheiten 6 erlauben es damit, die Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 1 entweder gegen ein hohes Bezugspotential oder ein niedriges Bezugspotential zu schalten und können insofern auch die Funktion eines bekannten Wechselrichters erfüllen. Damit können Leistung und Betriebsart der elektrischen Maschine 1 bei geeigneter Ansteuerung der Koppeleinheiten 6 durch den steuerbaren ersten Energiespeicher 2 gesteuert werden. Der steuerbare erste Energiespeicher 2 erfüllt also insofern eine Doppelfunktion, da er einerseits der elektrischen Energieversorgung andererseits aber auch der Steuerung der elektrischen Maschine 1 dient.
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Die elektrische Maschine 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als dreiphasige Drehstrommaschine ausgeführt, kann aber auch weniger oder mehr als drei Phasen aufweisen. Nach der Phasenanzahl der elektrischen Maschine richtet sich natürlich auch die Anzahl der Energieversorgungszweige 3 in dem steuerbaren ersten Energiespeicher 2.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jedes Energiespeichermodul 4 jeweils mehrere in Reihe geschaltete Energiespeicherzellen 5 auf. Die Energiespeichermodule 4 können aber alternativ auch jeweils nur eine einzige Energiespeicherzelle oder auch parallel geschaltete Energiespeicherzellen aufweisen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Koppeleinheiten 6 jeweils durch zwei steuerbare Schaltelemente 7 gebildet. Die Koppeleinheiten 6 können aber auch durch mehr oder weniger steuerbare Schaltelemente realisiert sein, solange die notwendigen Funktionen (Unterbrechen des Energieversorgungszweiges, Überbrücken der Energiespeicherzellen und Schalten der Energiespeicherzellen in den Energieversorgungszweig) realisierbar sind. Beispielhafte alternative Ausgestaltungen einer Koppeleinheit ergeben sich aus den älteren Anmeldungen DE XX und DE YY. Darüber hinaus ist es aber auch denkbar, dass die Koppeleinheiten Schaltelemente in Vollbrückenschaltung aufweisen, was die zusätzliche Möglichkeit einer Spannungsumkehr am Ausgang des Energiespeichermoduls bietet.
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Der steuerbare erste Energiespeicher 2 liefert während eines Motorbetriebs der elektrischen Maschine 1 ausgangsseitig eine Wechselspannung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 1. Im Gegensatz zu konventionellen Systemen, bei welchen eine elektrische Maschine über einen Wechselrichter gesteuert wird und durch einen davon getrennten elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird, steht jedoch keine Gleichspannung zur unmittelbaren Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern, wie z. B. Hochvoltverbrauchern in einem Fahrzeugbordnetz, oder als Eingangsgröße für einen Gleichspannungswandler zur Verfügung.
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Deshalb ist ein steuerbares Schaltnetzwerk 8 vorgesehen, über welches die Energieversorgungszellen 5 der Energiespeichermodule 4 mit einem Gleichspannungszwischenkreis 9, welcher einen Zwischenkreiskondensator 10 aufweist, verbindbar oder von diesem trennbar sind. Das Schaltnetzwerk 8 umfasst dabei einen einen ersten Versorgungsstrang 11-1 und einen zweiten Versorgungsstrang 11-2, welche mit dem Zwischenkreiskondensator 10 verbunden sind. Der erste Versorgungsstrang 11-1 ist elektrisch über jeweils ein steuerbares Schaltelement 13, welches als Leistungshalbleiterschalter, z. B. in Form eines MOSFETs ausgeführt sein kann, mit ersten Anschlüssen A1 der Energiespeicherzellen 5 verbindbar. Die ersten Anschlüsse A1 sind dabei jeweils unmittelbar vor den Energiespeicherzellen 5 eines Energiespeichermoduls 4 angeordnet. Der zweite Versorgungsstrang 11-2 ist elektrisch über jeweils ein steuerbares Schaltelement 14, welches ebenfalls als Leistungshalbleiterschalter, z. B. in Form eines MOSFETs ausgeführt sein kann, mit zweiten Anschlüssen A2 der Energiespeicherzellen 5 verbindbar. Die zweiten Anschlüsse A2 sind dabei jeweils unmittelbar nach den Energiespeicherzellen 5 eines Energiespeichermoduls 4 angeordnet.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird dabei davon ausgegangen, dass die Nennspannungen aller Energiespeicherzellen 5 gleich einer Soll-Spannung U_Soll in dem Gleichspannungszwischenkreis 9 ist, so dass die Energiespeicherzellen 5 ohne Spannungskonvertierung, das heißt ohne Zwischenschaltung eines Gleichspannungswandlers, an den Gleichspannungszwischenkreis 9 anschließbar sind.
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Gesteuert werden die steuerbaren Schaltelemente 13 und 14 durch eine lediglich schematisch dargestellte Ansteuerlogik 15, welche mit den Koppeleinheiten 6 bzw. mit einem die Koppeleinheiten 6 steuernden Steuergerät synchronisiert ist. Bevorzugt werden die Koppeleinheiten 6 ebenfalls durch die Ansteuerlogik 15 gesteuert. Die Synchronisation mit den Koppeleinheiten 6 erlaubt es der Ansteuerlogik 15, die Energiespeicherzellen 5 eines Energiespeichermoduls 4 nur dann mit dem Gleichspannungszwischenkreis 9 zu verbinden, wenn die Energiespeicherzellen 5 durch entsprechende Steuerung der jeweils zugeordneten Koppeleinheit 6 überbrückt sind.
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Des Weiteren sind Ladezustandsüberwachungseinheiten 16 vorgesehen, welche für alle Energiespeichermodule 4 eine, einen aktuellen Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzellen 5 charakterisierende Größe, wie z. B. die aktuelle Spannung der jeweiligen Energiespeicherzellen 5, ermitteln. In 1 ist beispielhaft eine derartige Ladezustandüberwachungseinheit 16 in Form einer Spannungssensorik für die Energiespeicherzellen 5-11 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf eine entsprechende Darstellung der Ladezustandüberwachungseinheiten 9 für die übrigen Energiespeicherzellen 5 verzichtet.
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Die ermittelten Laddezustände der Energiespeicherzellen 5 werden durch die Ansteuerlogik 15 ausgewertet. Die Ansteuerlogik 15 steuert das steuerbare Schaltnetzwerk 8 daraufhin derart, dass jeweils diejenigen Energieversorgungszellen 5 mit dem Gleichspannungszwischenkreis 9 verbunden werden, welche aktuell die höchste Ladung aufweisen. Konkret wird dies dadurch erreicht, dass die den entsprechenden Energieversorgunsgzellen 5 zugeordneten Schaltelemente 13 und 14 geschlossen werden. Beispielhaft sind in 1 die Energiespeicherzellen 5-21 des Energiespeichermoduls 4-21 parallel zum Zwischenkreiskondensator 10 geschaltet und dienen damit als Energiespeicher für den Gleichspannungszwischenkreis 9. Konkret wird dies dadurch erreicht, dass die Schaltelemente 13' und 14' geschlossen sind.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass pro Energieversorgungszweig 3-1, 3-2 und 3-3 jeweils nur die Energiespeicherzellen 5 eines einzigen Energiespeichermoduls 4, nämlich die Energiespeicherzellen 5-1m, 5-2m und 5-3m der Energiespeichermodule 4-1m bzw, 4-2m bzw. 4-3m, über steuerbare Schaltelemente 13 und 14 mit dem Gleichspannnungszwischenkreis 9 verbindbar oder von diesem trennbar sind. Die aktuell geschlossenen Schaltelemente 13 und 14 sind dabei analog zu 1 jeweils mit einem Hochstrich versehen.
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Sollen an das Energieversorgungsnetz elektrische Verbraucher mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen angeschlossen werden, so kann dies auf einfache Art und Weise dadurch realisiert werden, dass der Gleichspannungzwischenkreis 9 mindestens zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren 10 aufweist, zu welchen die Energiespeicherzellen 5 durch das Schaltnetzwerk 8 jeweils parallel geschaltet werden können. Eine derartige Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Energieversorgungsnetzes ist in 3 dargestellt. Dabei weist der Gleichspannungzwischenkreis 9 drei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren 10-1, 10-2 und 10-3 und vier Versorgungsstränge 11-1, 11-2, 11-3 und 11-4 auf. Die Zwischenkreiskondensatoren 10-1, 10-2 und 10-3 sind dabei mit den Versorgungssträngen 11-1 und 11-2 bzw. 11-2 und 11-3 bzw. 11-3 und 11-4 verbunden. Analog zu der anhand von 1 erläuterten Ausführungsform sind in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wieder die Energiespeicherzellen 5 aller Energiespeichermodule 4 mit dem Gleichspannungszwischenkreis 9 verbindbar oder von diesem trennbar. Dazu sind die Versorgungsstränge 11-1 bis 11-3 elektrisch über jeweils ein steuerbares Schaltelement 13-1 bzw. 13-2 bzw. 13-3 mit den ersten Anschlüssen A1 der Energiespeicherzellen 5 verbindbar. Die Versorgungsstränge 11-2 bis 11-4 sind demenetsprechend elektrisch über jeweils ein steuerbares Schaltelement 14-1 bzw. 14-1 bzw. 14-3 mit den zweiten Anschlüssen A2 der Energiespeicherzellen 5 verbindbar. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 3 nur einihe der steuerbaren Schaltelemente 13 und 14 des Schaltnetzwerks 8 mit Bezugszeichen versehen. Die aktuell geschlossenen Schaltelemente 13 und 14 sind analog zu 1 jeweils mit einem Hochstrich versehen.
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Auch bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegegangen, dass die Nennspannungen aller Energiespeicherzellen 5 gleich einer ersten Soll-Spannung U_Soll in dem Gleichspannungszwischenkreis 9 ist. Wird jeder der Zwischenkreiskondensatoren 10-1, 10-2 und 10-3 durch entsprechende Steuerung des Schaltnetzwerks 8 mit den Energiespeicherzellen 5 eines Energiespeichermoduls 4 verbunden, so liegt zwischen den Versorgungssträngen 11-1 und 11-2 die erste Soll-Spannung U-Soll, zwischen den Versorgungssträngen 11-1 und 11-3 die eine zweite Spannung U2, mit U2 = 2·U_Soll, und zwischen den Versorgungssträngen 11-1 und 11-4 eine dritte Spannung U3, mit U3 = 3·U_Soll an. Es besteht damit die Möglichkeit, elektrische Verbraucher durch enetsprechendes Anschließen an die Versorgungsstränge 11-1 und 11-2 oder 11-1 und 11-3 oder 11-1 und 11-4 mit einem von drei verschiedenen Gleichspannungsniveaus zu versorgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010027857 [0004, 0005]
- DE 102010027861 [0004, 0005]
