DE102015112512A1 - Einzelmodul, elektrisches Umrichtersystem und Batteriesystem - Google Patents

Einzelmodul, elektrisches Umrichtersystem und Batteriesystem Download PDF

Info

Publication number
DE102015112512A1
DE102015112512A1 DE102015112512.9A DE102015112512A DE102015112512A1 DE 102015112512 A1 DE102015112512 A1 DE 102015112512A1 DE 102015112512 A DE102015112512 A DE 102015112512A DE 102015112512 A1 DE102015112512 A1 DE 102015112512A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switching elements
single module
module
switching
energy store
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015112512.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Götz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE102015112512.9A priority Critical patent/DE102015112512A1/de
Priority to JP2018504794A priority patent/JP6600406B2/ja
Priority to PCT/EP2016/025030 priority patent/WO2017016674A1/de
Priority to KR1020187005913A priority patent/KR102048167B1/ko
Priority to US15/748,465 priority patent/US10790743B2/en
Priority to CN201680044670.0A priority patent/CN107852092B/zh
Publication of DE102015112512A1 publication Critical patent/DE102015112512A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einzelmodul (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) zur Verschaltung mit mindestens einem zweiten gleichartigen Einzelmodul (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) zur Bereitstellung eines elektrischen Umrichtersystems (40) oder eines Batteriesystems (50), wobei das Einzelmodul (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) mindestens einen Energiespeicher (12), mindestens fünf interne Schaltelemente (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8) und mindestens zwei Anschlüsse (14a, 14b, 18a, 18b) auf je einer ersten und einer zweiten Seite des Einzelmoduls (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) umfasst, wobei der mindestens eine Energiespeicher (12) direkt mit mindestens einem der mindestens zwei Anschlüsse (14a, 14b) der ersten Seite verbunden ist und die internen Schaltelemente (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8) so angeordnet und verschaltbar sind, dass sie unabhängig von einem Schaltzustand von entsprechenden internen Schaltelementen (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8) des mindestens einen zweiten gleichartigen Einzelmoduls (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) alle Schaltzustände zur dynamischen Umschaltung einer elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (12) und einem entsprechenden mindestens einen Energiespeicher (12) des mindestens einen zweiten Einzelmoduls (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) realisieren können. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisches Umrichtersystem (40) und ein Batteriesystem (50).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Einzelmodul zum Bereitstellen eines elektrischen Umrichtersystems oder eines Batteriesystems, sowie ein entsprechendes elektrisches Umrichtersystem und ein entsprechendes Batteriesystem.
  • Herkömmliche Batterien können festverdrahtete Einheiten aus Einzelteilen, wie bspw. Einzelzellen oder Teilbatterien, sein. Derartige Batterien stellen an einem Ausgang im Wesentlichen eine Gleichspannung bereit. Viele Verbraucher hingegen benötigen bspw. eine Wechselspannung mit bestimmter Frequenz, Amplitude und/oder Phase. Des Weiteren ist die Gleichspannung über den Ladezustand nicht konstant. Um sowohl bei einer Spitzenspannung als auch einer Ladeendspannung die an der Batterie angeschlossenen Verbraucher zu betreiben und die geforderte Leistung entnehmen zu können, müssen die Verbraucher aufwändige Versorgungsschaltungen aufweisen.
  • Falls die von einem Verbraucher benötigte Spannung weit von der Batteriespannung abweicht, verursacht die Schaltung durch einen sogenannten niedrigen Modulationsindex hohe Verluste und hohe Verzerrungen in der Ausgangsspannung, die dem Verbraucher bereitgestellt wird. In einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, betrifft das insbesondere den Antrieb, der in der Regel bei niedrigen Geschwindigkeiten eine Wechselspannung mit einer niedrigen Amplitude benötigt. Die Verzerrungen, die in der Regel durch Pulsweitenmodulation hervorgerufen werden, belasten dort zusätzlich eine vorgesehene Isolierung eines Motors und wirken sich damit negativ auf die Lebensdauer des Motors aus.
  • Hinzu kommt, dass aufgrund der Streuung im physikalischen und chemischen Verhalten der Batteriezellen eine aufwändige Überwachung der Batteriezellen bereitgestellt werden muss, um einen gleichmäßigen Ladezustand der Batteriezellen zu ermöglichen.
  • Ist bspw. eine Einzelzelle der Batterie defekt, wird in der Regel die gesamte Batterie unbrauchbar. Im Falle eines Fahrzeugs muss dann mit dem vollständigen Ausfall des Fahrzeugs gerechnet werden. Gegebenenfalls muss eine Stilllegung sogar aktiv erzwungen werden, damit die defekten Batterieteile bei weiterer Belastung nicht überhitzen und ggf. sogar Feuer fangen.
  • Zum Bereitstellen einer von einem Verbraucher benötigten Ausgangsspannung wird als Versorgungsschaltung ein elektrischer Stromrichter eingesetzt. Verschiedene Arten von Stromrichtern dienen einer Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom (Wechselrichter), von Wechselstrom in Gleichstrom (Gleichrichter) oder einem Anpassen von Frequenz und Amplitude einer Wechselspannung (Umrichter). Dementsprechend können Stromrichter unterschiedliche Topologien aufweisen.
  • Alternativ könnte, anstelle einer Verwendung eines Stromrichters, auch durch ein dynamisches Umschalten einer Verschaltung einer entsprechenden Batterie, eine von dem Verbraucher benötigte Wechselspannung generiert werden. Dabei werden Schaltelemente dynamisch so umgeschaltet, dass Energiespeicher der Batterie entweder in Parallelschaltung und/oder in Seriellschaltung vorliegen. Eine solche Batterie wird als geschaltete Batterie bezeichnet. Im Gegensatz zu bisherigen Umrichtern kann dabei ein vorzusehender Modulationsindex, d. h. ein Kennwert einer entsprechenden Frequenzmodulation, bei allen Amplituden maximal gehalten werden. Des Weiteren sinken bei niedrigen Spannungen sogar die Verluste, weil durch eine Parallelschaltung von Batterieteilen einer geschalteten Batterie ein effektiver Innenwiderstand sinkt. Weiterhin erzeugt eine geschaltete Batterie, bei der die Energiespeicher zwischen einer Parallelschaltung und einer Seriellschaltung hin und her geschaltet werden können, eine fast verzerrungsfreie Ausgangsspannung, da Stufen zwischen den Spannungen zweier Konfigurationen sehr gering gehalten werden können. Darüber hinaus kann per Schaltmodulation zwischen solchen Spannungen moduliert werden, um weiter zu glätten.
  • Elektrische Umrichter, eine Unterart elektrischer Stromrichter, wandeln Gleichspannung in Wechselspannung um. Topologien für elektrische Umrichter sind bspw. aus der DE 10 2010 052 934 A1 und der DE 10 2011 108 920 B4 bekannt.
  • In der DE 10 2010 052 934 A1 wird ein elektrisches Umrichtersystem mit mindestens zwei gleichartigen hintereinander geschalteten Einzelmodulen beschrieben. Die Einzelmodule weisen mindestens vier interne Schaltelemente, mindestens ein Energiespeicherelement und mindestens vier Anschlüsse auf, wovon je zwei der Anschlüsse ein erstes und ein zweites Klemmenpaar bilden. Die internen Schaltelemente jedes Einzelmoduls sind so ausgeführt, dass sie wahlweise einen oder beide Anschlüsse jedes Klemmenpaars mit dem Energiespeicherelement verbinden können. Die Schaltelemente der jeweiligen Einzelmodule in der Hintereinanderschaltung der mindestens zwei Einzelmodule verbinden ihre jeweiligen Energiespeicherelemente so mit den Klemmen der Hintereinanderschaltung, dass wahlweise eine Reihen- oder eine Parallelschaltung der Energiespeicherelemente vorliegt.
  • Die DE 10 2011 108 920 B4 führt diesen Ansatz fort und beschreibt ebenfalls ein elektrisches Umrichtersystem aus mindestens zwei gleichartigen hintereinander geschalteten Modulen, wobei die hintereinander geschalteten Module einen Brückenzweig bilden. Die Module weisen mindestens einen Modulkondensator und Schaltelemente auf. Mindestens zwischen einem Modul und einem nachfolgenden der hintereinander geschalteten Module ist ein Zwischenmodul geschaltet, das mindestens eine Induktivität zur Energiespeicherung aufweist.
  • Bei den voranstehend beschriebenen Umrichtern ermöglichen Kombinationen von Schaltzuständen der internen Schaltelemente zweier Module verschiedene Verschaltungen der Module. Dazu ist es notwendig, dass die internen Schaltelemente exakt gemeinsam, d.h. gleichzeitig geschaltet werden, um einen Kurzschluss zu vermeiden.
  • Andere Schaltungen sind nicht in der Lage, alle Schaltelemente, die auf einem gleichen Potential und/oder gleichzeitig angesteuert werden müssen, in ein einziges Modul zu integrieren. Bei diesen anderen bereits bekannten Schaltungen müssen dagegen mehrere Module exakt gleichzeitig, d. h. in einem Zeitbereich von 100 Nanosekunden (sic.) angesteuert werden, was deutlich kürzer ist als die jeweiligen aufgrund von Temperaturunterschieden auftretenden Laufzeitvarianzen vieler elektronischer Schaltungen. Dadurch entsteht ein hoher Aufwand für eine erforderliche Synchronisierung.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Notwendigkeit des exakt gleichzeitigen Schaltens von Schaltelementen in zusammenzuschaltenden Einzelmodulen zu vermeiden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Einzelmodul, einem Umrichtersystem und einem Batteriesystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
  • Im Folgenden und im Fortlauf der vorliegenden Beschreibung wird als „Batterieteil“ eine einzelne Zelle, aber auch eine Zusammenschaltung mehrerer Zellen, bspw. eine Batterie mit mehreren Zellen verstanden, die mit einer weiteren Batterie mit mehreren Zellen verschaltet ist.
  • Als „Batterie“ gelten im Folgenden und im Fortlauf der vorliegenden Beschreibung Primärzellen, Sekundärzellen, Kondensatoren jeglicher Art und Energiequellen und Energiespeicher, die lediglich Gleichspannung verwenden.
  • Das erfindungsgemäße Einzelmodul dient einer Verschaltung mit mindestens einem zweiten gleichartigen Einzelmodul. Durch die Verschaltung mindestens zweier gleichartiger Einzelmodule soll ein erfindungsgemäßes elektrisches Umrichtersystem bzw. ein erfindungsgemäßes Batteriesystem bereitgestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Einzelmodul weist mindestens einen Energiespeicher, mindestens fünf interne Schaltelemente und mindestens zwei Anschlüsse auf je einer ersten und einer zweiten Seite des Einzelmoduls auf. Der Energiespeicher ist direkt mit mindestens einem der mindestens zwei Anschlüsse der ersten Seite verbunden. Die internen Schaltelemente sind so angeordnet und verschaltbar, dass sie unabhängig von einem Schaltzustand von entsprechenden internen Schaltelementen des mindestens einen zweiten gleichartigen Einzelmoduls alle Schaltzustände zur dynamischen Umschaltung einer elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und einem entsprechenden mindestens einen Energiespeicher des mindestens einen zweiten Einzelmoduls realisieren können.
  • Bei einer Verschaltung des erfindungsgemäßen Einzelmoduls mit mindestens einem zweiten gleichartigen Einzelmodul ist eine Steuerung der jeweiligen Einzelmodule gegenüber einer Verschaltung von aus dem Stand der Technik bekannten Modulen stark vereinfacht. Es ist dabei sogar möglich, die jeweiligen Einzelmodule vollständig asynchron bzw. chaotisch umzuschalten.
  • Die meisten elektrischen Schaltelemente, insbesondere Transistoren, müssen elektrisch relativ zu ihrem eigenen elektrischen Potential, beispielsweise dem sogenannten Source-Potential, angesteuert werden. Dies führt dazu, dass mehrere Ansteuerungen, bspw. Gate-Driver diverser Transistoren, über gesonderte Spannungsversorgungen, bspw. isolierte Spannungsversorgungen oder Boostrap-Versorgungen, versorgt werden müssen. Für Schaltelemente, die auf demselben Einzelmodul liegen, wie bei dem erfindungsgemäßen Einzelmodul, kann die Ansteuerung mit einem Minimum an unterschiedlichen Potentialen erfolgen.
  • Schaltelemente, die auf demselben Einzelmodul liegen, können mit akkuratem Timing, d.h. mit einer ausreichenden Gleichzeitigkeit, angesteuert werden. Wenn dagegen Schaltelemente mit einer Zeitverzögerung aktiviert oder deaktiviert werden, wie dies zwangsläufig bspw. bei anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen der Fall ist, können hohe Verluste aufgrund von Querströmen oder auch aufgrund einer absichtlichen Verlangsamung der Umschaltung entstehen.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einzelmoduls sind die internen Schaltelemente Niederspannungs-Halbleiter-Schaltelemente. Das heißt, dass die maximale Spannung, für die die Schaltelemente ausgelegt sind, deutlich unter der Gesamtspannung eines aus mehreren Einzelmodulen aufgebauten Systems liegt, beispielsweise bei der Maximalspannung des Einzelmoduls, dem die Schaltelemente zugehörig sind, die durch den Energiespeicher des Einzelmoduls definiert ist.
  • Dies ist möglich, da erfindungsgemäß alle Schaltelemente, die zur dynamischen Umschaltung einer elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und einem entsprechenden mindestens einen Energiespeicher des mindestens einen zweiten Einzelmoduls auf dem gleichen Einzelmodul liegen. Daher müssen die Schaltelemente lediglich für Niederspannung ausgelegt werden und es können preisgünstige, aus der Unterhaltungselektronik bekannte Niederspannungsbauteile verwendet werden. Derzeit übliche Hochspannungshalbleiterschaltelemente werden im Gegensatz zu Niederspannungsbauteilen nur in sehr geringen Stückzahlen hergestellt und sind dadurch überproportional teuer. Insbesondere moderne MOSFET-Bauteile (englisch: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) sind ideal zum Einsatz in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einzelmoduls, da deren Arbeitskurve linear durch einen Nullpunkt eines Strom-Spannungs-Diagramms verläuft und sie daher keinen Spannungsoffset aufweisen, wodurch sich MOSFETs sehr gut parallel schalten lassen.
  • Weiterhin wird ein erfindungsgemäßes elektrisches Umrichtersystem unter Verwendung mindestens eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls und ein erfindungsgemäßes Batteriesystem unter Verwendung mindestens eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls bereitgestellt.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls, das ein Zwei-Quadranten-Modul repräsentiert.
  • 2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls, das ein Vier-Quadranten-Modul repräsentiert.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls mit redundanten Lastpfaden.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Verschaltung mehrerer erfindungsgemäßer Einzelmodule.
  • 5, 6 und 7 zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls, das ein Zwei-Quadranten-Modul repräsentiert.
  • 8 bis 11 zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls, das ein Zwei-Quadranten-Modul mit redundanten Lastpfaden repräsentiert.
  • 12, 13 und 14 zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls, das ein Vier-Quadranten-Modul repräsentiert.
  • Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls 10 beschrieben. Das dargestellte Einzelmodul 10 weist auf einer ersten Seite (in 1 links) zwei Anschlüsse 14a, 14b auf. Auf einer zweiten Seite (in 1 rechts) weist das Einzelmodul 10 zwei weitere Anschlüsse 18a, 18b auf, sodass das Einzelmodul 10 insgesamt vier Anschlüsse 14a, 14b, 18a, 18b aufweist. Die Anschlüsse 14a, 14b, 18a, 18b einer Seite sind jeweils dazu ausgebildet, ein Klemmenpaar zu bilden. Ein Klemmenpaar bzw. die Anschlüsse 14a, 14b, 18a, 18b dienen dem elektrischen Verbinden des Einzelmoduls 10 mit einem benachbarten Einzelmodul 10 oder mit Knotenpunkten zum Parallelschalten von Einzelmodulen und Ausbilden von Seitensträngen (4)
  • Zwischen den Anschlüssen 14a, 14b der ersten Seite ist ein Energiespeicher 12 geschaltet. Der Energiespeicher 12 ist direkt mit mindestens einem der beiden Anschlüsse 14a, 14b verbunden. Es ist vorstellbar, dass unmittelbar vor bzw. nach dem Energiespeicher 12 eine elektrische Sicherung und/oder ein Schaltelement o.dgl. geschaltet werden kann.
  • Weiterhin weist das erfindungsgemäße Einzelmodul 10 mindestens fünf Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-7, 16-8 auf. Die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-7, 16-8 sind so angeordnet, dass sie die Anschlüsse 14a, 14b der ersten Seite mit den Anschlüssen 18a, 18b der zweiten Seite verbinden und sind so verschaltbar, dass sie den Energiespeicher 12 des erfindungsgemäßen Einzelmoduls 10 zu einem entsprechenden Energiespeicher eines nicht gezeigten gleichartigen Nachbar-Einzelmoduls parallel oder in Reihe verschalten können oder den Energiespeicher 12 überbrücken können. Das heißt, dass alle Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-7, 16-8, die für die verschiedenen Schaltzustände (Parallelschaltung, Reihenschaltung, Überbrückung, Deaktivierung) zwischen zwei Energiespeichern benachbarter Einzelmodule benötigt werden, auf einem Einzelmodul 10 vorhanden sind. Dadurch kann eine Ansteuerung der Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-7, 16-8 mit einem minimalen Potentialunterschied zwischen den Schaltelementen 16-1, 16-2, 16-3, 16-7, 16-8 erfolgen. Das erlaubt, dass die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-7, 16-8 als Niederspannungsschaltelemente ausgelegt werden können, so dass bspw. aus der Unterhaltungselektronik bekannte, preisgünstige MOSFET-Halbleiterschaltelemente für die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-7, 16-8 verwendet werden können. Darüber hinaus kann eine Aktivierung der Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-7, 16-8 akkurat gleichzeitig erfolgen.
  • In 1 kann der Anschluss 14a der ersten Seite über die Schaltelemente 16-1 und 16-2 mit dem Anschluss 18a der zweiten Seite verbunden werden. Über das Schaltelement 16-3 kann der Anschluss 14a mit dem Anschluss 18b der zweiten Seite verbunden werden. Der Anschluss 14b der ersten Seite kann über die Schaltelemente 16-7 und 16-8 mit dem Anschluss 18b der zweiten Seite verbunden werden. Damit lassen sich alle angesprochenen Schaltzustände zur dynamischen Umschaltung der elektrischen Verbindung zwischen dem Energiespeicher 12 und einem entsprechenden Energiespeicher eines benachbarten Einzelmoduls realisieren.
  • Um den Energiespeicher 12 des Einzelmoduls 10 mit einem entsprechenden Energiespeicher eines gleichartigen Nachbar-Einzelmoduls parallel zu schalten, müssen bspw. die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-7, 16-8 geschlossen sein. Damit ist der Anschluss 14a mit dem Anschluss 18a und der Anschluss 14b mit dem Anschluss 18b elektrisch verbunden. Das Schaltelement 16-3 ist in diesem Beispiel dabei in einem geöffneten Schaltzustand.
  • Um den Energiespeicher 12 des Einzelmoduls 10 mit einem entsprechenden Energiespeicher eines gleichartigen Nachbar-Einzelmoduls in Reihe zu schalten, muss bspw. nur das Schaltelement 16-3 geschlossen sein. Die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-7, 16-8 müssen in einem geöffneten Schaltzustand sein.
  • Um eine Überbrückung des Energiespeichers 12 des Einzelmoduls 10 zu schalten, also um eine Bypassverschaltung herzustellen, müssen beispielsweise lediglich die Schaltelemente 16-1 und 16-2 geschlossen sein. Die Schaltelemente 16-3, 16-7, 16-8 müssen dabei in einem geöffneten Schaltzustand sein. Eine zweite Möglichkeit zum Herstellen einer Bypassverschaltung ist ein Schließen lediglich der Schaltelemente 16-7 und 16-8 während die Schaltelemente 16-1 bis 16-3 geöffnet sind.
  • In 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls 20 dargestellt. Der grundlegende Aufbau des Einzelmoduls 20 der 2 mit einem Energiespeicher 12, vier Anschlüssen 14a, 14b, 18a, 18b ist gleich dem des Einzelmoduls 10 in der 1. Jedoch weist das Einzelmodul 20 sechs Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-5, 16-6, 16-7 auf. Weiterhin lassen sich die Anschlüsse 14a, 14b mit den Anschlüssen 18a, 18b verbinden und alle erforderlichen Schaltzustände (Parallel-, Reihen-, Bypassverschaltung, Deaktivierung) herstellen. Durch unterschiedliche Anordnungen der Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-5, 16-6, 16-7, lassen sich bestimmte Schaltzustände hinsichtlich ihrer Verluste gegenüber anderen Schaltzuständen optimieren und ermöglichen so eine individuelle Anpassung des Einzelmoduls 20 für entsprechende Anwendungen.
  • Um den Energiespeicher 12 des Einzelmoduls 20 mit einem benachbarten Einzelmodul parallel zu verschalten, werden beispielsweise die Schaltelemente 16-1, 16-2 und 16-5, 16-6 geschlossen. Die Schaltelemente 16-3 und 16-7 sind dann in einem geöffneten Schaltzustand.
  • Um eine Reihenverschaltung des Energiespeichers 12 mit einem entsprechenden Energiespeicher eines benachbarten Einzelmoduls zu realisieren, werden beispielsweise die Schaltelemente 16-3 und 16-6 geschlossen und die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-5, 16-7 geöffnet sein. Eine weitere Möglichkeit einer Reihenverschaltung des Energiespeichers 12 mit einem entsprechenden Energiespeicher eines benachbarten Einzelmoduls wäre, die Schaltelemente 16-2 und 16-7 in einen geschlossenen Schaltzustand zu stellen und die Schaltelemente 16-1, 16-3, 16-5, 16-6 in einen geöffneten Schaltzustand zu stellen. Damit bieten sich zwei Möglichkeiten einer Reihenverschaltung von Energiespeichern 12, die jedoch jeweils eine unterschiedliche Polarität aufweisen, was eine Eigenschaft eines Vier-Quadranten-Moduls darstellt, wie es nachfolgend noch näher beschrieben wird.
  • Eine Bypassverschaltung des Energiespeichers 12 des Einzelmoduls 20 lässt sich über ein Schließen der Schaltelemente 16-1 und 16-2 erreichen, wenn die Schaltelemente 16-3 und 16-5 bis 16-7 geöffnet sind. Eine weitere Bypassverschaltung wird erreicht, wenn lediglich die Schaltelemente 16-5, 16-6 geschlossen sind und die Schaltelemente 16-1 bis 16-3 und 16-7 geöffnet sind.
  • 3 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einzelmoduls 30. Der Aufbau mit vier Anschlüssen 14a, 14b, 18a, 18b und einem Energiespeicher 12 entspricht im Wesentlichen den bereits in 1 und 2 beschriebenen Topologien. In der gezeigten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Einzelmodul 30 nun acht Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8 auf. Damit stehen für die elektrische Verbindung der Anschlüsse 14a, 14b mit den Anschlüssen 18a, 18b für jede Verbindung, also 14a–18a, 14a–18b, 14b–18a und 14b–18b, jeweils zwei Lastpfade zur Verfügung. Das ermöglicht die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8 für eine geringere Stromtragfähigkeit auszulegen.
  • Die in 3 dargestellten Schaltelemente erlauben für fast alle Verbindungen zwischen dem Energiespeicher 12 und einem entsprechenden Energiespeicher eines gleichartigen benachbarten Einzelmoduls (wie dies bspw. in 4 dargestellt ist) zwei parallele Pfade. Die Schaltelemente werden entsprechend parallel verwendet. Allerdings lassen sich Schaltelemente, wie in den voranstehend beschriebenen 1 und 2 gezeigt, eliminieren, um die Komplexität zu verringern. Die verbleibenden Schaltelemente sollten dann jedoch mit entsprechend größeren Halbleitern implementiert werden, um die gleiche Stromtragfähigkeit zu ermöglichen. Durch eine entsprechende Wahl von Halbleitern lassen sich bestimmte Schaltzustände hinsichtlich ihrer Verluste gegenüber anderen optimieren.
  • So bilden die Schaltelemente 16-1 und 16-2 einen Pfad, der zu dem durch die Schaltelemente 16-3 und 16-4 gebildeten Pfad parallel ist und zu demselben Ziel führt, d. h. je nach Richtung zu dem Anschluss 14a oder zu dem Anschluss 18a. Die Schaltelemente 16-5 und 16-4 bilden einen Pfad, der zu demselben Ziel führt wie der durch die Schaltelemente 16-7 und 16-2 gebildete Pfad, nämlich je nach Richtung zu dem Anschluss 14b oder zu dem Anschluss 18a. Die Schaltelemente 16-1 und 16-8 bilden einen Pfad, der zu dem gleichen Ziel führt wie der durch die Schaltelemente 16-3 und 16-6 gebildete Pfad. Ferner bilden die Schaltelemente 16-7 und 16-8 einen Pfad, der zu dem durch die Schaltelemente 16-5 und 16-6 gebildeten Pfad parallel ist und zu demselben Ziel führt, nämlich je nach Richtung zu dem Anschluss 14b oder 18b.
  • Bei einer Eliminierung kann nun ein beliebiges Schaltelement entfernt werden. Ein zweites zu eliminierendes Schaltelement sollte allerdings so gewählt werden, dass noch immer von jedem Anschluss zu jedem anderen Anschluss über die verbleibenden Schaltelemente eine Verbindung hergestellt werden kann. Dadurch ergeben sich eine Reihe reduzierter Schaltungen, von welchen beispielhaft zwei in den voranstehend beschriebenen 1 und 2 und in den nachfolgend beschriebenen 5 bis 14 dargestellt sind. Die reduzierten Schaltungen ermöglichen im Wesentlichen zwei Modultypen: Zwei-Quadranten-Module und Vier-Quadranten-Module.
  • Zwei-Quadranten-Module erlauben jede Art der Verschaltung von Speichern von zwei benachbarten Einzelmodulen, also eine Parallelverschaltung von Speichern, eine Bypassverschaltung von Speichern und eine Serienverschaltung von Speichern. Jedoch ermöglichen Zwei-Quadranten-Module bei einer Serienverschaltung von Speichern nur eine Polaritätsrichtung. Folglich lassen sich in einem Modulstrang nur positive Spannungen und 0 V erzeugen. In Zwei-Quadranten-Modulen erlauben Freilaufdioden jener Schalter ohne anti-parallele Schalter einen nicht steuerbaren Stromfluss in mindestens eine Richtung. Als Vorteil liegen der Halbleiterbedarf und die Ohm'schen Verluste (Leitungsverluste) bedeutend niedriger als bei Vier-Quadranten-Modulen. Dies kann ferner unkontrollierbare Kurzschlüsse verursachen, wenn ein Rückwärtsstrom durch die Last verursacht wird (beispielsweise bei induktiven Lasten) oder das System (beispielsweise mit einer Marquardt-Makrotopologie) als Umrichter zwischen mehreren Terminals (beispielsweise verschiedenen Energienetzen mit Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom) agiert und eines dieser Terminals kurzgeschlossen wird, wodurch der Kurzschluss durch entsprechende Dioden einen Kurzschluss in weiteren Terminals nach sich ziehen kann.
  • Vier-Quadranten-Module erlauben ebenfalls jede Art der Verschaltung von Speichern wie die Zwei-Quadranten-Module. Allerdings erlauben Vier-Quadranten-Module beide Polaritäten bei Serienverschaltungen von Speichern. Somit lassen sich Einzelmodule gegenüber einem Nachbar-Einzelmodul umpolen. Ferner haben Vier-Quadranten-Module den Vorteil, dass sie kurzschlusssicher sind, insbesondere wenn die Last eines Stranges oder auch eines Phasenmoduls kurzgeschlossen wird, da jeder Strompfad prinzipiell durch anti-parallele Schalter eine Kontrolle des Stromflusses in beiden Richtungen erlaubt.
  • 5 zeigt ein Modul 60 mit im Wesentlichen einem Aufbau des Moduls 10 der 1. Lediglich das Schaltelement 16-3 wurde durch das Schaltelement 16-6 ersetzt, das jedoch auf dem gleichen Strompfad liegt. Das Modul 60 weist also auch eine Zwei-Quadranten-Topologie auf und ermöglicht die gleichen Funktionen wie das Modul 10 der 1.
  • Die 6 und 7 zeigen weitere erfindungsgemäße Einzelmodule. Das Modul 70 weist die fünf Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-5, 16-7 und 16-8 auf. Das Modul 80 weist die fünf Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-4, 16-7 und 16-8 auf. Gegenüber den Modulen 10 (1) und 60 (5) wird eine umgekehrte Polarität bei einer Serienverschaltung der Energiespeicher ermöglicht. Im Übrigen ist der Aufbau der Module 70 und 80 gleich den bereits beschriebenen Ausführungsformen.
  • Bei den 6 und 7 entspricht die Parallelverschaltung und die Bypassverschaltung den Schaltzuständen der Module 10 und 60. In der 6 kann eine Reihenverschaltung des Energiespeichers 12 über ein Schließen des Schaltelements 16-5 erzielt werden, wenn die Schaltelemente 16-1, 16-2 und 16-7, 16-8 geöffnet sind. In der 7 wird diese Reihenverschaltung durch entsprechendes Schließen des Schaltelements 16-4 erzielt.
  • Die 8 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Zwei-Quadranten-Modul 90. Das Modul 90 weist sechs Schaltelemente 16-2 bis 16-5 und 16-7, 16-8 auf. Auch mit diesem Einzelmodul 90 lassen sich alle Arten der Verschaltung von benachbarten Energiespeichern ermöglichen. Für eine Parallelverschaltung der benachbarten Energiespeicher sind beispielsweise die Schaltelemente 16-3, 16-4 und 16-7, 16-8 geschlossen. Die Schaltelemente 16-2 und 16-5 sind für eine Parallelverschaltung geöffnet. Für eine Reihenverschaltung der benachbarten Energiespeicher 12 sind beispielsweise die Schaltelemente 16-4, 16-5 geschlossen. Die Schaltelemente 16-2, 16-3, 16-7, 16-8 sind geöffnet. Eine weitere Reihenverschaltung könnte über ein Schließen der Schaltelemente 16-2, 16-7 erreicht werden, wenn die Schaltelemente 16-3 bis 16-5 und 16-8 geöffnet sind. Eine dritte Möglichkeit einer Reihenverschaltung bietet eine Kombination der beiden zuvor genannten Alternativen, also ein Schließen der Schaltelemente 16-2, 16-7 und 16-4, 16-5, wenn die Schaltelemente 16-3, 16-8 geöffnet sind. Für eine Bypassverschaltung ist es lediglich erforderlich einen Pfad von einer Seite des Moduls 90 auf die andere Seite des Moduls 90 zu ermöglichen, so dass für diese Verschaltung mehrere Schaltzustände möglich sind. Beispielsweise könnten die Schaltelemente 16-3 und 16-4 geschlossen sein, während die übrigen Schaltelemente 16-2, 16-5, 16-7, 16-8 geöffnet sind. Jedoch könnten auch die Schaltelemente 16-7 und 16-8 geschlossen sein, während die übrigen Schaltelemente 16-2 bis 16-5 geöffnet sind.
  • 9 bis 11 zeigen noch weitere Zwei-Quadranten-Module 100, 110, 120 mit sechs Schaltelementen unterschiedlicher Anordnung, die über entsprechende Schaltzustände der jeweiligen Schaltelemente die vorgesehenen Verschaltungen der Energiespeicher 12 ermöglichen.
  • In 9 könnte eine Reihenverschaltung durch ein Schließen der Schaltelemente 16-1, 16-8 und/oder der Schaltelemente 16-3, 16-6 realisiert werden, wenn die übrigen entsprechenden Schaltelemente geöffnet sind. Eine Parallelverschaltung könnte beispielsweise durch ein Schließen der Schaltelemente 16-3, 16-4, 16-7, 16-8 realisiert werden, während die Schaltelemente 16-1, 16-6 geöffnet sind. Eine Bypass-Verschaltung ließe sich beispielsweise durch ein Schließen der Schaltelemente 16-3, 16-4 oder 16-7, 16-8 realisieren, während die übrigen entsprechenden Schaltelemente geöffnet sind.
  • In 10 könnte eine Reihenverschaltung durch ein Schließen der Schaltelemente 16-1, 16-8 und/oder der Schaltelemente 16-3, 16-6 realisiert werden, wenn die übrigen entsprechenden Schaltelemente geöffnet sind. Eine Parallelverschaltung könnte beispielsweise durch ein Schließen der Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-5, 16-6 realisiert werden, während die Schaltelemente 16-3, 16-8 geöffnet sind. Eine Bypass-Verschaltung ließe sich beispielsweise durch ein Schließen der Schaltelemente 16-1, 16-2 oder 16-5, 16-6 realisieren, während die übrigen entsprechenden Schaltelemente geöffnet sind.
  • In 11 könnte eine Reihenverschaltung durch ein Schließen der Schaltelemente 16-4, 16-5 und/oder der Schaltelemente 16-2, 16-7 realisiert werden, wenn die übrigen entsprechenden Schaltelemente geöffnet sind. Eine Parallelverschaltung könnte beispielsweise durch ein Schließen der Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-5, 16-6 realisiert werden, während die Schaltelemente 16-4, 16-7 geöffnet sind. Eine Bypass-Verschaltung ließe sich beispielsweise durch ein Schließen der Schaltelemente 16-1, 16-2 oder 16-5, 16-6 realisieren, während die übrigen entsprechenden Schaltelemente geöffnet sind.
  • Zusätzlich zu dem Vier-Quadranten-Modul 20 der 2 zeigen die 12 bis 14 weitere Vier-Quadranten-Module 130, 140, 150 mit sechs Schaltelementen. Für eine Parallelverschaltung benachbarter Speicherelemente könnte man beispielsweise in 12 die Schaltelemente 16-1, 16-2 und 16-5, 16-6 schließen und die Schaltelemente 16-4 und 16-8 öffnen. Für eine erste Reihenverschaltung sind beispielsweise die Schaltelemente 16-4, 16-5 geschlossen und die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-6, 16-8 sind geöffnet. Eine weitere zweite Reihenverschaltung wird erzielt, wenn die Schaltelemente 16-1, 16-8 geschlossen sind und die Schaltelemente 16-2, 16-4 bis 16-6 geöffnet sind, wobei diese zweite Reihenverschaltung eine umgekehrte Polarität zu der zuvor genannten ersten Reihenverschaltung aufweist. Für eine Bypassverschaltung könnte man beispielsweise die Schaltelemente 16-1, 16-2 schließen und die Schaltelemente 16-4 bis 16-6 und 16-8 geöffnet halten, oder lediglich die Schaltelemente 16-5, 16-6 schließen und die Schaltelemente 16-1, 16-2, 16-4, 16-8 öffnen.
  • In 13 könnte man für eine Parallelverschaltung beispielsweise die Schaltelemente 16-3, 16-4 und 16-7, 16-8 schließen und die Schaltelemente 16-2 und 16-6 öffnen. Für eine erste Reihenverschaltung sind beispielsweise die Schaltelemente 16-2, 16-7 geschlossen und die Schaltelemente 16-3, 16-4, 16-6, 16-8 sind geöffnet. Eine weitere zweite Reihenverschaltung wird erzielt, wenn die Schaltelemente 16-3, 16-6 geschlossen sind und die Schaltelemente 16-2, 16-4, 16-7, 16-8 geöffnet sind, wobei diese zweite Reihenverschaltung eine umgekehrte Polarität zu der zuvor genannten ersten Reihenverschaltung aufweist. Für eine Bypassverschaltung könnte man beispielsweise die Schaltelemente 16-3, 16-4 schließen und die Schaltelemente 16-2, 16-6 bis 16-8 geöffnet halten, oder lediglich die Schaltelemente 16-7, 16-8 schließen und die Schaltelemente 16-2, 16-3, 16-4, 16-6 öffnen.
  • In 14 könnte man für eine Parallelverschaltung beispielsweise die Schaltelemente 16-3, 16-4 und 16-7, 16-8 schließen und die Schaltelemente 16-1 und 16-5 öffnen. Für eine erste Reihenverschaltung sind beispielsweise die Schaltelemente 16-4, 16-5 geschlossen und die Schaltelemente 16-1, 16-3, 16-7, 16-8 sind geöffnet. Eine weitere zweite Reihenverschaltung wird erzielt, wenn die Schaltelemente 16-1, 16-8 geschlossen sind und die Schaltelemente 16-3, 16-4, 16-5, 16-7 geöffnet sind, wobei diese zweite Reihenverschaltung eine umgekehrte Polarität zu der zuvor genannten ersten Reihenverschaltung aufweist. Für eine Bypassverschaltung könnte man beispielsweise die Schaltelemente 16-3, 16-4 schließen und die Schaltelemente 16-1, 16-5, 16-7, 16-8 geöffnet halten, oder lediglich die Schaltelemente 16-7, 16-8 schließen und die Schaltelemente 16-1, 16-3, 16-4, 16-5 öffnen.
  • Die gezeigten Einzelmodule 10, 20, 30, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150 können in einem System aus mehreren Einzelmodulen 10, 20, 30, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150 passiviert werden, wenn keines der jeweiligen Schaltelemente 16-1 bis 16-8 aktiviert ist, also die jeweiligen Schaltelemente 16-1 bis 16-8 alle geöffnet sind, und die jeweiligen Schaltelemente 16-1 bis 16-8 über eine antiparallele Diode verfügen. Sind alle Schaltelemente geöffnet, kann ein Strom in die Einzelmodule 10, 20, 30, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150 hineinfließen, wobei sich die Einzelmodule 10, 20, 30, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150 selber ausbalancieren. Liegt also eine Spannung an einem System aus Einzelmodulen an, die von ihrem Betrag her größer ist als die Summe der von den Energiespeichern 12 bereitstellbaren Spannung, werden die Energiespeicher 12 geladen, wobei die Polarität der an dem System anliegenden Spannung für die Ladung der Energiespeicher 12 unbeachtlich ist.
  • Werden mehr Schaltelemente als in den 1,2 und 5 bis 14 gezeigt, entfernt, fallen einige Schaltzustände weg, wie bspw. eine Serienschaltung, was Vorteile für bestimmte Anwendungen haben kann.
  • In 4 ist eine beispielhafte Verschaltung mehrerer Einzelmodule 30 gezeigt. Eine Hintereinanderschaltung mehrerer Einzelmodule 30 bildet einen Strang, sodass sich mehrere Seitenstränge ausbilden können. Dabei können verschiedene Seitenstränge auch parallel miteinander verschaltet sein. Durch entsprechende Wahl der Energiespeicher 12 lassen sich Stromrichtersysteme, wie bspw. ein erfindungsgemäßes elektrisches Umrichtersystem 40 bei Verwendung mindestens eines Kondensators als Energiespeicher 12, oder ein erfindungsgemäßes verschaltbares Batteriesystem 50 bei Verwendung von Teilbatterien bzw. Batteriezellen als Energiespeicher 12 realisieren.
  • Das heißt, dass für das verschaltbare Batteriesystem 50 mehrere erfindungsgemäße Einzelmodule 30 miteinander verschaltet sind. In diesem Fall haben die Einzelmodule 30 die Funktion einer Teilbatterie. Durch das Vorsehen mehrerer miteinander verschalteter und in der Verschaltung dynamischer Teilbatterien 30, wird es ermöglicht, eine bisher fest verdrahtete Batterie in ihrer Verschaltung dynamisch umzukonfigurieren. Der mindestens eine Energiespeicher 12 einer Teilbatterie 30 kann mit mindestens einem Energiespeicher 12 einer Nachbarteilbatterie entweder parallel und/oder in Serie geschaltet werden, wodurch die Batterie 50 im Betrieb dynamisch umkonfiguriert werden kann. Somit kann die Batterie 50 direkt Gleichspannung, Wechselspannung oder andere Spannungsformen bereitstellen. Des Weiteren lassen sich auch Batterien 50 und/oder Einzelmodule bzw. Teilbatterien 30 überbrücken, bspw. für den Fall, dass sie defekt sind.
  • Insbesondere können die Energiespeicher 12 der mindestens zwei erfindungsgemäßen und miteinander verschalteten Teilbatterien 30 zwischen einer Parallelschaltung der Energiespeicher 12 der mindestens zwei Teilbatterien 30, einer Serienschaltung der mindestens zwei Teilbatterien 30, einer Überbrückung und einer Abschaltung einzelner Energiespeicher der mindestens zwei Teilbatterien 30 umgeschaltet werden.
  • Die dynamische Umkonfigurierung der Verschaltung der Teilbatterien 30 ermöglicht die Vereinigung u.a. folgender Funktionen, nämlich dem Ladungsaustausch zwischen den Teilbatterien 30, um bspw. ein konventionelles Batteriemanagement durchführen zu können, dem Überbrücken defekter Teilbatterien, ohne die Gesamtfunktion der Batterie zu verlieren und der Erzeugung beliebiger Ausgangsspannungen und zeitlicher Strom- bzw. Spannungsverläufe direkt durch die Batterie, ohne den Bedarf eines zusätzlichen leistungselektronischen Umrichters.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010052934 A1 [0008, 0009]
    • DE 102011108920 B4 [0008, 0010]

Claims (6)

  1. Einzelmodul (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) zur Verschaltung mit mindestens einem zweiten gleichartigen Einzelmodul (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) zur Bereitstellung eines elektrischen Umrichtersystems (40) oder eines Batteriesystems (50), wobei das Einzelmodul (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) mindestens einen Energiespeicher (12), mindestens fünf interne Schaltelemente (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8) und mindestens zwei Anschlüsse (14a, 14b, 18a, 18b) auf je einer ersten und einer zweiten Seite des Einzelmoduls (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) umfasst, wobei der mindestens eine Energiespeicher (12) direkt mit mindestens einem der mindestens zwei Anschlüsse (14a, 14b) der ersten Seite verbunden ist und die internen Schaltelemente (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8) so angeordnet und verschaltbar sind, dass sie unabhängig von einem Schaltzustand von entsprechenden internen Schaltelementen (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8) des mindestens einen zweiten gleichartigen Einzelmoduls (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) alle Schaltzustände zur dynamischen Umschaltung einer elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (12) und einem entsprechenden mindestens einen Energiespeicher (12) des mindestens einen zweiten Einzelmoduls (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) realisieren können.
  2. Einzelmodul (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) nach Anspruch 1, bei dem die internen Schaltelemente (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8) Niederspannungs-Halbleiter-Schaltelemente sind.
  3. Einzelmodul (10, 20, 30, 60, 70, ..., 150) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem unmittelbar vor bzw. nach dem mindestens einen Energiespeicher (12) eine elektrische Sicherung und/oder ein Schaltelement geschalten ist.
  4. Einzelmodul (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit mindestens acht internen Schaltelementen (16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6, 16-7, 16-8), sodass zu allen mindestens benötigten Strompfaden zur dynamischen Umschaltung einer elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (12) und dem entsprechenden mindestens einen Energiespeicher (12) des mindestens einen zweiten Einzelmoduls (10) jeweils mindestens ein zweiter Strompfad vorliegt.
  5. Elektrisches Umrichtersystem (40) für Stromversorgungen mit mindestens zwei verschalteten gleichartigen Einzelmodulen (10, 20, 30) nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei der mindestens eine Energiespeicher (12) eines Einzelmoduls (10, 20, 30) ein Kondensator ist.
  6. Batteriesystem (50) zur Stromversorgung mit mindestens zwei verschalteten gleichartigen Einzelmodulen (10, 20, 30) nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei der mindestens eine Energiespeicher (12) eines Einzelmoduls (10, 20, 30) eine Batterie ist.
DE102015112512.9A 2015-07-30 2015-07-30 Einzelmodul, elektrisches Umrichtersystem und Batteriesystem Pending DE102015112512A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015112512.9A DE102015112512A1 (de) 2015-07-30 2015-07-30 Einzelmodul, elektrisches Umrichtersystem und Batteriesystem
JP2018504794A JP6600406B2 (ja) 2015-07-30 2016-04-04 個々のモジュール、電気的変換器システム、および電池システム
PCT/EP2016/025030 WO2017016674A1 (de) 2015-07-30 2016-04-04 Einzelmodul, elektrisches umrichtersystem und batteriesystem
KR1020187005913A KR102048167B1 (ko) 2015-07-30 2016-04-04 개별 모듈, 전기 변환기 시스템, 및 배터리 시스템
US15/748,465 US10790743B2 (en) 2015-07-30 2016-04-04 Individual module, electrical converter system, and battery system
CN201680044670.0A CN107852092B (zh) 2015-07-30 2016-04-04 独立模块、电变换器***和电池***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015112512.9A DE102015112512A1 (de) 2015-07-30 2015-07-30 Einzelmodul, elektrisches Umrichtersystem und Batteriesystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015112512A1 true DE102015112512A1 (de) 2017-02-02

Family

ID=55701924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015112512.9A Pending DE102015112512A1 (de) 2015-07-30 2015-07-30 Einzelmodul, elektrisches Umrichtersystem und Batteriesystem

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10790743B2 (de)
JP (1) JP6600406B2 (de)
KR (1) KR102048167B1 (de)
CN (1) CN107852092B (de)
DE (1) DE102015112512A1 (de)
WO (1) WO2017016674A1 (de)

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015225614A1 (de) 2015-12-17 2017-06-22 Krones Ag Lebensmittel- oder Lebensmittelbehälter-Behandlungsmaschine
DE102016116127A1 (de) 2016-08-30 2018-03-01 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Baukastensystem mit mehreren miteinander elektrisch verbindbaren Modulen
DE102017113581A1 (de) 2017-06-20 2018-12-20 Stefan Götz Elektronische Schaltung zur magnetischen Neurostimulation und zugehörige Steuerung
DE102017113460A1 (de) 2017-06-20 2018-12-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektronische Schaltung zur Konvertierung elektrischer Energie und zugehörige Steuerung
DE102017124125A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Laden eines Energiespeichers
DE102017124126A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Umrichter, elektrisches Polyphasen-System und Verfahren zum effizienten Leistungsaustausch
DE102017124122A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers
DE102017130443A1 (de) 2017-12-19 2019-06-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Flexibles Bootstrapping für Leistungselektronikschaltungen
DE102018109921B3 (de) 2018-04-25 2019-08-08 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrisches Energiespeichersystem
DE102018106309A1 (de) * 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Energiespeicher
DE102018106308A1 (de) * 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Modulationsindexverbesserung durch intelligente Batterie
DE102018106304A1 (de) 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Gleichstromladung einer intelligenten Batterie
DE102018109926B4 (de) 2018-04-25 2019-12-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrische Anordnung
WO2020078580A1 (de) 2018-10-17 2020-04-23 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Steuerung von modularen-mehrpunkt-serien-parallel-umrichtern (mmspc) mittels schalttabellen und deren kontinuierliche optimierung im hintergrund
DE102018129111A1 (de) 2018-11-20 2020-05-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zu einer Layout-Topologie für Seriell-/Parallel-Weichen
DE102019112826B3 (de) 2019-05-16 2020-06-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Analog-Digital-Modul für einen modularen Multilevelkonverter
DE102019109723B3 (de) 2019-04-12 2020-08-06 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zu einer elektronischen Stromregelung bei einer flexiblen Gleichstrombatterie
DE102019206019A1 (de) * 2019-04-26 2020-10-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Begrenzung eines Einschaltstroms eines elektrischen Verbrauchers und elektrische Energiespeicherungsvorrichtung
DE102019130740A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130739A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130741A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
EP3934073A1 (de) 2020-07-01 2022-01-05 Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG Verfahren und system zu einer vorauswahl von schaltzuständen für einen multilevelkonverter
DE102020129136A1 (de) 2020-11-05 2022-05-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zu einer Reduzierung laufzeitrelevanter Komplexität einer Echtzeitsteuerung eines modularen Multilevelkonverters

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017114802A1 (en) * 2015-12-29 2017-07-06 Vito Nv Device and method for the reconfiguration of a rechargeable energy storage device into separate battery connection strings
DE102018106306A1 (de) 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Fahrzeug mit einem Energiespeicher

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010052934A1 (de) 2010-11-30 2012-05-31 Technische Universität München Neue Multilevelkonvertertopologie mit der Möglichkeit zur dynamischen Seriell- und Parallelschaltung von Einzelmodulen
DE102011108920B4 (de) 2011-07-29 2013-04-11 Technische Universität München Elektrisches Umrichtersystem

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100986699B1 (ko) * 2003-10-17 2010-10-11 에이비비 리써치 리미티드 다수의 스위칭 전압 레벨을 스위칭하는 컨버터 회로
WO2007141722A1 (en) * 2006-06-07 2007-12-13 Nxp B.V. Charge pump dc-dc converter comprising solid state batteries
CN101529711B (zh) * 2006-10-18 2012-07-11 Abb研究有限公司 用于接通多个换向电压电平的变流器电路
ATE470983T1 (de) * 2007-03-30 2010-06-15 Abb Research Ltd Schaltzelle sowie umrichterschaltung zur schaltung einer vielzahl von spannungsniveaus mit einer solchen schaltzelle
DE102010008978B4 (de) * 2010-02-24 2012-10-04 Rainer Marquardt Schaltungsanordnung für modulare Antriebsstromrichter
JP5378274B2 (ja) * 2010-03-15 2013-12-25 株式会社日立製作所 電力変換装置
DE102010038866A1 (de) * 2010-08-04 2012-02-09 Sb Limotive Company Ltd. Energiewandler zum Ausgeben elektrischer Energie
JP5817103B2 (ja) * 2010-11-12 2015-11-18 ソニー株式会社 直並列切替システム、電力供給装置、電力供給制御装置及び直並列切替方法
WO2012072168A2 (de) * 2010-11-30 2012-06-07 Technische Universität München Neue multilevelkonvertertopologie mit der möglichkeit zur dynamischen seriell- und parallelschaltung von einzelmodulen
DE102010063312A1 (de) * 2010-12-17 2012-06-21 Sb Limotive Company Ltd. Koppeleinheit und Batteriemodul mit einer solchen Koppeleinheit
US20140029308A1 (en) * 2011-03-09 2014-01-30 Solantro Semiconductor Corp. Inverter having extended lifetime dc-link capacitors
EP2608384A1 (de) * 2011-12-19 2013-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Modularer Stromrichter mit Fehlererkennung
CN203166799U (zh) * 2013-03-12 2013-08-28 江苏一同环保工程技术有限公司 大功率串联叠加型脉冲电源

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010052934A1 (de) 2010-11-30 2012-05-31 Technische Universität München Neue Multilevelkonvertertopologie mit der Möglichkeit zur dynamischen Seriell- und Parallelschaltung von Einzelmodulen
DE102011108920B4 (de) 2011-07-29 2013-04-11 Technische Universität München Elektrisches Umrichtersystem

Cited By (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015225614A1 (de) 2015-12-17 2017-06-22 Krones Ag Lebensmittel- oder Lebensmittelbehälter-Behandlungsmaschine
DE102016116127A1 (de) 2016-08-30 2018-03-01 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Baukastensystem mit mehreren miteinander elektrisch verbindbaren Modulen
US10122126B2 (en) 2016-08-30 2018-11-06 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Modular system having a plurality of modules that can be electrically connected to one another
DE102017113581A1 (de) 2017-06-20 2018-12-20 Stefan Götz Elektronische Schaltung zur magnetischen Neurostimulation und zugehörige Steuerung
DE102017113460A1 (de) 2017-06-20 2018-12-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektronische Schaltung zur Konvertierung elektrischer Energie und zugehörige Steuerung
WO2018233871A1 (de) 2017-06-20 2018-12-27 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektronische schaltung zur konvertierung elektrischer energie und zugehörige steuerung
US11038435B2 (en) 2017-10-17 2021-06-15 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Converter, electrical polyphase system and method for efficient power exchange
DE102017124125A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Laden eines Energiespeichers
DE102017124122A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers
WO2019076479A1 (de) 2017-10-17 2019-04-25 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum laden eines energiespeichers
WO2019076480A1 (de) 2017-10-17 2019-04-25 Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft Laden eines energiespeichers
DE102017124126B4 (de) 2017-10-17 2019-05-09 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Umrichter, elektrisches Polyphasen-System und Verfahren zum effizienten Leistungsaustausch
DE102017124126A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Umrichter, elektrisches Polyphasen-System und Verfahren zum effizienten Leistungsaustausch
DE102017130443A1 (de) 2017-12-19 2019-06-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Flexibles Bootstrapping für Leistungselektronikschaltungen
WO2019120614A1 (de) 2017-12-19 2019-06-27 Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft Flexibles bootstrapping für leistungselektronikschaltungen
US11088612B2 (en) 2017-12-19 2021-08-10 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Flexible bootstrapping for power electronics circuits
DE102018106309A1 (de) * 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Energiespeicher
US10840714B2 (en) 2018-03-19 2020-11-17 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Energy storage element
US11152797B2 (en) 2018-03-19 2021-10-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft DC charging of an intelligent battery
DE102018106308B4 (de) * 2018-03-19 2020-02-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Modulationsindexverbesserung durch intelligente Batterie
DE102018106308A1 (de) * 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Modulationsindexverbesserung durch intelligente Batterie
US10784698B2 (en) 2018-03-19 2020-09-22 Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft Modulation index improvement by intelligent battery
DE102018106304A1 (de) 2018-03-19 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Gleichstromladung einer intelligenten Batterie
DE102018109926B4 (de) 2018-04-25 2019-12-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrische Anordnung
DE102018109921B3 (de) 2018-04-25 2019-08-08 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrisches Energiespeichersystem
US11626812B2 (en) 2018-10-17 2023-04-11 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Control of modular multilevel series/parallel converters (MMSPC) by means of switching tables and continuous background optimisation thereof
JP7173659B2 (ja) 2018-10-17 2022-11-16 ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフト スイッチングテーブル及びそのバックグラウンドでの継続的最適化によるモジュラマルチレベル直列／並列変換器（ｍｍｓｐｃ）の制御
WO2020078580A1 (de) 2018-10-17 2020-04-23 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Steuerung von modularen-mehrpunkt-serien-parallel-umrichtern (mmspc) mittels schalttabellen und deren kontinuierliche optimierung im hintergrund
JP2022504907A (ja) * 2018-10-17 2022-01-13 ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフト スイッチングテーブル及びそのバックグラウンドでの継続的最適化によるモジュラマルチレベル直列／並列変換器（ｍｍｓｐｃ）の制御
DE102018129111A1 (de) 2018-11-20 2020-05-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zu einer Layout-Topologie für Seriell-/Parallel-Weichen
DE102019109723B3 (de) 2019-04-12 2020-08-06 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zu einer elektronischen Stromregelung bei einer flexiblen Gleichstrombatterie
US11196253B2 (en) 2019-04-12 2021-12-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method and system for electronic current control for a flexible DC battery
DE102019206019A1 (de) * 2019-04-26 2020-10-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Begrenzung eines Einschaltstroms eines elektrischen Verbrauchers und elektrische Energiespeicherungsvorrichtung
DE102019112826B3 (de) 2019-05-16 2020-06-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Analog-Digital-Modul für einen modularen Multilevelkonverter
DE102019130741A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130739A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019130740A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Audi Ag Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
US11685267B2 (en) 2019-11-14 2023-06-27 Audi Ag Battery with a battery cell and method of operation thereof
US11710876B2 (en) 2019-11-14 2023-07-25 Audi Ag Battery having a battery cell and method for its operation
EP3934073A1 (de) 2020-07-01 2022-01-05 Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG Verfahren und system zu einer vorauswahl von schaltzuständen für einen multilevelkonverter
US11632034B2 (en) 2020-07-01 2023-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method and system for preselecting switching states for a multi-level converter
DE102020129136A1 (de) 2020-11-05 2022-05-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zu einer Reduzierung laufzeitrelevanter Komplexität einer Echtzeitsteuerung eines modularen Multilevelkonverters

Also Published As

Publication number Publication date
CN107852092A (zh) 2018-03-27
US20180219478A1 (en) 2018-08-02
CN107852092B (zh) 2020-07-03
JP6600406B2 (ja) 2019-10-30
US10790743B2 (en) 2020-09-29
KR20180037002A (ko) 2018-04-10
WO2017016674A1 (de) 2017-02-02
KR102048167B1 (ko) 2019-11-22
JP2018521625A (ja) 2018-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015112512A1 (de) Einzelmodul, elektrisches Umrichtersystem und Batteriesystem
EP2737618B1 (de) Elektrisches umrichtersystem
WO2018122094A1 (de) Niedervoltauskopplung aus einem modularen energiespeicher-umrichtersystem
DE102019130738A1 (de) Batterie mit einem Batteriemodul und Verfahren zu deren Betrieb
EP2596980B1 (de) Mehrpunkt-Stromrichter mit Bremschopper
DE102015112513A1 (de) Matroschka-Umrichter
DE19947476A1 (de) Umrichter für die Umformung von elektrischer Energie
DE102016106359A1 (de) Modul für einen Multilevelkonverter
DE102011089648A1 (de) Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung
DE102013221830A1 (de) Ladeschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Laden einer Energiespeichereinrichtung
DE102012200577A1 (de) Kraftfahrzeug, Batterie und Verfahren zum Steuern einer Batterie
WO2014127871A2 (de) Interne energieversorgung von energiespeichermodulen für eine energiespeichereinrichtung und energiespeichereinrichtung mit solchem
DE102011003759A1 (de) Energiespeichereinrichtung für eine fremderregte elektrische Maschine
DE102011003940A1 (de) System mit einer elektrisch erregten Maschine
DE102013212692A1 (de) Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung
WO2013072107A1 (de) Energiespeichereinrichtung, system mit energiespeichereinrichtung und verfahren zum ansteuern einer energiespeichereinrichtung
EP4270764A1 (de) Multilevelkonverter-schaltungs mit geschalteten kondensatoren in ssps topologie
DE102014201711A1 (de) Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung
DE102015105889A1 (de) Schaltmodul und Umrichter mit wenigstens einem Schaltmodul
DE102014005124A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Austausch elektrischer Energie
DE102015208568B4 (de) Bordnetz-Schaltmodul, Bordnetzunterstützungseinrichtung und Bordnetzzweig
DE102012202868A1 (de) Gleichspannungsabgriffsanordnung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Gleichspannung aus einer Energiespeichereinrichtung
DE102013218799A1 (de) Modularer Stromrichter
DE102018207373A1 (de) Umrichtervorrichtung für einen Elektromotor
DE102014205935A1 (de) Elektrochemische Speicherverbund zum bereitstellen eines mehrphasigen Wechselstroms oder einer mehrphasigen Wechselspannung

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed