DE102019130737A1

DE102019130737A1 - Method for operating a battery and control device therefor

Info

Publication number: DE102019130737A1
Application number: DE102019130737.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Hinterberger; Christoph Terbrack; Christian Endisch; Julia Stöttner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung mittels einer Batterie (48) mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen (10, 12, 14, 16, 18, 20) und einer Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen (Se1, Se2, Se3, Se4), wobei jedes Batteriemodul (10, 12, 14, 16, 18, 20) wenigstens eine Batteriezelle (46) umfasst, wobei die vorgegebene mehrphasige elektrische Wechselspannung an Batterieanschlusspolen der Batterie (48) bereitgestellt wird. Die Batteriemodule (10, 12, 14, 16, 18, 20) umfassen jeweils vier Modulanschlüsse (1, 2, 3, 4), wobei die Batterie (48) eine Schaltungsstruktur aufweist, bei der ein jeweiliger Modulanschluss eines der Batteriemodule (10) über ein jeweiliges der Halbleiterschaltelemente (Se1) mit einem jeweiligen Modulanschluss (4) eines anderen der Batteriemodule (12) elektrisch koppelbar ist, wobei die Halbleiterschaltelemente (Se1, Se2, Se3, Se4) der Batterie (48) abhängig von der für die Batterie (48) vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung aktiviert werden.The invention relates to a method for providing a predetermined multiphase electrical alternating voltage by means of a battery (48) with a plurality of battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) and a plurality of semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4) , wherein each battery module (10, 12, 14, 16, 18, 20) comprises at least one battery cell (46), the predetermined multiphase electrical alternating voltage being provided at the battery terminals of the battery (48). The battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) each comprise four module connections (1, 2, 3, 4), the battery (48) having a circuit structure in which a respective module connection of one of the battery modules (10) can be electrically coupled via a respective one of the semiconductor switching elements (Se1) to a respective module connection (4) of another of the battery modules (12), the semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4) of the battery (48) depending on the for the battery ( 48) predetermined polyphase electrical alternating voltage can be activated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für eine mehrere elektrische Spannungen bereitstellende Batterie, mit einer galvanischen Zelle, wobei die galvanische Zelle zwei Elektrodenanschlüsse aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriemodul für eine mehrere elektrische Spannungen bereitstellende Batterie, mit mehreren Batteriezellen, von denen wenigstens zwei in Reihe geschaltet sind, und mit Modulanschlüssen. Die Erfindung betrifft auch eine Batterie zum Bereitstellen von mehreren elektrischen Spannungen, mit wenigstens einem Batterieanschlusspol für jede der elektrischen Spannungen, sowie mit Batteriezellen und/oder Batteriemodulen, die zumindest teilweise in Reihe geschaltet sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung mittels einer Batterie, wobei die Batterie eine Mehrzahl von benachbart zueinander anordneten und jeweils wenigstens zwei Modulanschlüsse aufweisenden Batteriemodulen und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen aufweist, wobei jedes Batteriemodul wenigstens eine Batteriezelle umfasst, wobei die vorgegebene mehrphasige elektrische Wechselspannung an Batterieanschlusspolen der Batterie bereitgestellt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung für eine Batterie zum Bereitstellen einer vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung mittels der Batterie, wobei die Batterie eine Mehrzahl von benachbart zueinander anordneten und jeweils wenigstens zwei Modulanschlüsse aufweisenden Batteriemodulen und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen aufweist, wobei jedes Batteriemodul wenigstens eine Batteriezelle umfasst, wobei die vorgegebene mehrphasige elektrische Wechselspannung an Batterieanschlusspolen der Batterie bereitgestellt wird. Schließlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, dass eine mehrphasige elektrische Wechselspannungsmaschine als Antriebseinrichtung und eine Batterie umfasst, wobei die Batterie eine Mehrzahl von benachbart zueinander anordneten und jeweils wenigstens zwei Modulanschlüsse aufweisenden Batteriemodulen und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen aufweist, wobei jedes Batteriemodul wenigstens eine Batteriezelle umfasst, wobei die vorgegebene mehrphasige elektrische Wechselspannung an Batterieanschlusspolen der Batterie bereitgestellt wird.The invention relates to a battery cell for a battery providing a plurality of electrical voltages, with a galvanic cell, the galvanic cell having two electrode connections. The invention further relates to a battery module for a battery providing several electrical voltages, with several battery cells, of which at least two are connected in series, and with module connections. The invention also relates to a battery for providing a plurality of electrical voltages, with at least one battery connection pole for each of the electrical voltages, and with battery cells and / or battery modules that are at least partially connected in series. In addition, the invention relates to a method for providing a predetermined multiphase electrical AC voltage by means of a battery, the battery having a plurality of battery modules arranged adjacent to one another and each having at least two module connections and a plurality of semiconductor switching elements, each battery module comprising at least one battery cell, wherein the predetermined polyphase electrical alternating voltage is provided at the battery connection poles of the battery. The invention also relates to a control device for a battery for providing a predetermined multiphase electrical AC voltage by means of the battery, the battery having a plurality of battery modules arranged adjacent to one another and each having at least two module connections and a plurality of semiconductor switching elements, each battery module comprising at least one battery cell , wherein the predetermined polyphase electrical alternating voltage is provided at the battery connection poles of the battery. Finally, the invention relates to a motor vehicle with an on-board network that comprises a multiphase electrical AC machine as the drive device and a battery, the battery having a plurality of battery modules arranged adjacent to one another and each having at least two module connections and a plurality of semiconductor switching elements, each battery module having at least one Comprises battery cell, wherein the predetermined polyphase electrical AC voltage is provided at battery terminals of the battery.

Verfahren zum Betrieb von Batterien, Steuereinrichtungen hierfür sowie Kraftfahrzeuge der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik umfänglich bekannt. Batterien der gattungsgemäßen Art finden neben stationären Anwendungen, beispielsweise bei unterbrechungsfreien Energieversorgungen, elektrischen Energieversorgungen im Inselbetrieb und/oder dergleichen, auch bei Kraftfahrzeugen Einsatz, und zwar insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder dergleichen.Methods for operating batteries, control devices therefor, and motor vehicles of the generic type are well known in the prior art. Batteries of the generic type are used, in addition to stationary applications, for example in uninterruptible energy supplies, electrical energy supplies in island operation and / or the like, also in motor vehicles, in particular in electrically driven motor vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles or the like.

Die Batterie der gattungsgemäßen Art dient in der Regel dazu, eine elektrische Energie reversibel zu speichern. Eine solche Batterie wird auch als Akkumulator bezeichnet. Zum Zwecke des reversiblen Energiespeicherns umfasst die Batterie in der Regel mehrere Batteriezellen, die jeweils eine galvanische Zelle umfassen, die die elektrische Energie chemisch zu speichern vermag. Zu diesem Zweck weist die galvanische Zelle in der Regel zwei Elektroden auf, die jeweilige Potentialanschlüsse der galvanischen Zelle bilden. Die Elektroden stehen elektrochemisch miteinander in Verbindung, beispielsweise über einen Elektrolyten, der mit den Elektroden wechselwirkt. An den Elektroden stellt sich dann eine elektrische Gleichspannung ein, die sich im Wesentlichen aufgrund der Elektrochemie ergibt. Die Gleichspannung, die sich zwischen den Elektroden einer einzelnen galvanischen Zelle einstellt, beträgt üblicherweise wenige Volt, abhängig von der Zellchemie beispielsweise etwa 1,2 V bis etwa 4,5 V.The battery of the generic type is generally used to reversibly store electrical energy. Such a battery is also referred to as an accumulator. For the purpose of reversible energy storage, the battery generally comprises a plurality of battery cells, each of which comprises a galvanic cell that is able to store the electrical energy chemically. For this purpose, the galvanic cell generally has two electrodes which form the respective potential connections of the galvanic cell. The electrodes are electrochemically connected to one another, for example via an electrolyte that interacts with the electrodes. An electrical DC voltage is then established at the electrodes, which is essentially the result of the electrochemistry. The DC voltage that is established between the electrodes of a single galvanic cell is usually a few volts, depending on the cell chemistry, for example about 1.2 V to about 4.5 V.

Batterien der gattungsgemäßen Art sollen häufig große Gleichspannungen bereitstellen, beispielsweise bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen eine Gleichspannung in einem Bereich von mehreren 100 V, vorzugsweise etwa 400 V oder mehr, insbesondere etwa 800 V. Daraus ergibt sich, dass zur Realisierung solcher Gleichspannungen durch eine Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen elektrisch in Reihe geschaltet werden müssen. Je nach Energie- beziehungsweise Leistungsbedarf kann ergänzend auch noch eine Parallelschaltung von Batteriezellen erforderlich sein.Batteries of the generic type should often provide high DC voltages, for example, in electrically driven motor vehicles, a DC voltage in a range of several 100 V, preferably about 400 V or more, in particular about 800 V. This means that to realize such DC voltages by a battery a A large number of battery cells must be connected electrically in series. Depending on the energy or power requirement, a parallel connection of battery cells may also be necessary.

Hieraus ergeben sich besondere Anforderungen insbesondere aus konstruktiver Sicht und aus Sicht der elektrischen Sicherheit, die bei derartigen Batterien, auch Hochvoltbatterien genannt, zu beachten sind. Aufgrund dieser Anforderungen ist es mittlerweile üblich, die Batterie nach Art einer Modulbauweise zu konstruieren. Zu diesem Zweck ist es üblich, eine Mehrzahl von galvanischen Zellen mechanisch und elektrisch zu einem Batteriemodul zusammenzufassen, sodass eine einzeln handhabbare Baueinheit bereitgestellt wird. Das Batteriemodul kann bezüglich seiner Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf seine elektrischen Eigenschaften als eigenständige Baugruppe, geprüft werden. Die Batterie wird dann aus einer entsprechenden Mehrzahl solcher Batteriemodule zusammengefügt, beispielsweise indem die Batteriemodule in vorgegebener Weise mechanisch und/oder elektrisch miteinander, vorzugsweise zu einer Baueinheit, verbunden werden, beispielsweise indem sie in einem Batteriegehäuse der Batterie entsprechend angeordnet werden. Auch die Batteriemodule können eigene Gehäuse aufweisen, in denen die Batteriezellen angeordnet sind. Die Gehäuse können jedoch auch lediglich aus einem Rahmen bestehen, der bezüglich der Batterie die jeweiligen Batteriemodule fixiert beziehungsweise bezüglich des Batteriemoduls die jeweiligen Batteriezellen fixiert.This results in special requirements, in particular from a constructional point of view and from the point of view of electrical safety, which must be observed with such batteries, also called high-voltage batteries. Because of these requirements, it has now become common practice to construct the battery in the manner of a modular design. For this purpose, it is customary to combine a plurality of galvanic cells mechanically and electrically to form a battery module, so that an individually manageable unit is provided. The battery module can be tested with regard to its properties, in particular with regard to its electrical properties as an independent assembly. The battery is then assembled from a corresponding plurality of such battery modules, for example by mechanically and / or electrically connecting the battery modules to one another in a predetermined manner, preferably to form a structural unit, for example by arranging them accordingly in a battery housing of the battery. The battery modules can also have their own housings in which the battery cells are arranged. The housing can however, they also consist merely of a frame which fixes the respective battery modules with respect to the battery or fixes the respective battery cells with respect to the battery module.

Zu diesem Zweck umfasst das Batteriemodul in der Regel zwei Modulanschlüsse, die batteriemodulseitig an die Batteriezellen elektrisch angeschlossen sind. Die Modulanschlüsse sind wiederum innerhalb der Batterie mit den Batterieanschlusspolen elektrisch gekoppelt, sodass an den Batterieanschlusspolen die gewünschte Gleichspannung der Batterie bereitgestellt werden kann. Infolgedessen ist die Gleichspannung in der Regel an den Batterieanschlusspolen größer als die Gleichspannung an den Modulanschlusspolen, welche wiederum in der Regel größer ist, als die Gleichspannung, die an den Batteriezellen beziehungsweise deren jeweiligen Elektroden der jeweiligen einzelnen galvanischen Zellen bereitgestellt wird. Liegt jeweils eine reine Parallelschaltung der Batteriezellen innerhalb eines Batteriemoduls beziehungsweise der Batteriemodule innerhalb der Batterie vor, sind die entsprechenden Gleichspannungen gleich groß.For this purpose, the battery module generally comprises two module connections which are electrically connected to the battery cells on the battery module side. The module connections are in turn electrically coupled to the battery connection poles within the battery, so that the desired DC voltage of the battery can be provided at the battery connection poles. As a result, the DC voltage at the battery connection poles is usually greater than the DC voltage at the module connection poles, which in turn is usually greater than the DC voltage that is provided at the battery cells or their respective electrodes of the respective individual galvanic cells. If there is a pure parallel connection of the battery cells within a battery module or the battery modules within the battery, the corresponding DC voltages are the same.

Eine beispielhafte Konstruktion für ein Batteriemodul sieht vor, dass zwölf Batteriezellen in einem mechanischen Gehäuse angeordnet und elektrisch mittels Stromschienen miteinander in Reihe und/oder parallel angeschlossen sind. Vorzugsweise sind die Batteriezellen zueinander elektrisch isoliert angeordnet. Sie können darüber hinaus mittels einer Kühleinrichtung gekühlt werden. Solche Batteriemodule eignen sich dazu, als standardisierte Bauteile verwendet zu werden, sodass nahezu beliebige Batterien realisiert werden können, indem eine entsprechende Anzahl von Batteriemodulen miteinander in der Batterie vorgesehen werden. Eine derartige Konstruktion ist beispielsweise durch die DE 10 2016 224 002 A1 offenbart.An exemplary construction for a battery module provides that twelve battery cells are arranged in a mechanical housing and electrically connected to one another in series and / or in parallel by means of busbars. The battery cells are preferably arranged so as to be electrically insulated from one another. In addition, they can be cooled by means of a cooling device. Such battery modules are suitable for being used as standardized components, so that almost any batteries can be implemented by providing a corresponding number of battery modules with one another in the battery. Such a construction is for example by DE 10 2016 224 002 A1 disclosed.

Im Stand der Technik ist es insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen üblich, die Batterie über einen Energiewandler, häufig durch einen Wechselrichter oder einen Gleichspannungswandler gebildet, mit einer elektrischen Maschine als Antriebseinrichtung zu koppeln. Dies erweist sich als aufwendig. Darüber hinaus ist zu bedenken, dass in der Regel als Wechselrichter Zweipunkt- oder Dreipunktwechselrichter zum Einsatz kommen. Dies führt dazu, dass bei der Energiewandlung die Frage der elektromagnetischen Verträglichkeit sehr relevant ist und darüber hinaus ein Oberwellenanteil bei einer durch den Wechselrichter bereitgestellten Wechselspannung groß sein kann.In the prior art, it is common, especially in electrically driven motor vehicles, to couple the battery to an electric machine as the drive device via an energy converter, often formed by an inverter or a DC voltage converter. This proves to be time-consuming. It should also be borne in mind that two-point or three-point inverters are usually used as inverters. As a result, the question of electromagnetic compatibility is very relevant in the energy conversion and, moreover, a harmonic component can be large in the case of an alternating voltage provided by the inverter.

Aus der DE 10 2010 041 059 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen einer Soll-Ausgangsspannung eines Energieversorgungszweiges eines steuerbaren Energiespeichers bekannt. Bei dieser Lehre ist ein Energiespeicher vorgesehen, der eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Energiespeichermodulen umfasst, die ihrerseits jeweils eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen umfassen. Jedes der Energiespeichermodule weist zwei Schaltelemente auf, wobei die Energiespeicherzellen mit einem der Schaltelemente in Reihe geschaltet sind und diese Reihenschaltung parallel zu dem zweiten Schaltelement geschaltet sind. Dadurch kann ein jeweiliges Energiespeichermodul durch entsprechendes Schalten der Schaltelemente aktiviert oder deaktiviert werden. Durch geeignetes Schalten der Schaltelemente soll an einem jeweiligen Ende einer derartigen Reihenschaltung eine Wechselspannung bereitgestellt werden können, und zwar nach Art eines Mehrpegelenergiewandlers (Multi Level Converter) auch als MMC, M2C, MMI, M2I oder dergleichen bezeichnet. Dadurch soll der Wechselrichter gemäß der Lehre der DE 10 2010 041 059 A1 eingespart werden können.From the DE 10 2010 041 059 A1 a method for setting a target output voltage of an energy supply branch of a controllable energy store is known. In this teaching, an energy store is provided which comprises a plurality of energy storage modules connected in series, which in turn each comprise a plurality of energy storage cells connected in series. Each of the energy storage modules has two switching elements, the energy storage cells being connected in series with one of the switching elements and this series connection being connected in parallel to the second switching element. As a result, a respective energy storage module can be activated or deactivated by switching the switching elements accordingly. By suitably switching the switching elements, it should be possible to provide an alternating voltage at a respective end of such a series circuit, specifically in the manner of a multi-level energy converter, also referred to as MMC, M2C, MMI, M2I or the like. As a result, the inverter should according to the teaching of DE 10 2010 041 059 A1 can be saved.

Mehrpegelenergiewandler sowie Verfahren zu deren Betrieb sind im Stand der Technik ebenfalls umfangreich bekannt, sodass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Dies gilt auch für Wandlermodule eines solchen Mehrpegelenergiewandlers, die zum Aufbau des Mehrpegelenergiewandlers dienen. Mehrpegelenergiewandler sind eine spezielle Bauart von getakteten Energiewandlern. Vorzugsweise werden solche Mehrpegelenergiewandler bidirektional eingesetzt, sodass sowohl elektrische Energie von einer Wechselspannungsseite zu einer Gleichspannungsseite als auch umgekehrt gewandelt werden kann.Multi-level energy converters and methods for their operation are also extensively known in the prior art, so that separate documentary evidence is not required for this. This also applies to converter modules of such a multi-level energy converter, which are used to build the multi-level energy converter. Multi-level energy converters are a special type of clocked energy converters. Such multi-level energy converters are preferably used bidirectionally, so that electrical energy can be converted from an AC voltage side to a DC voltage side as well as vice versa.

Der Mehrpegelenergiewandler weist in der Regel eine Reihenschaltung aus einer Mehrzahl von Wandlermodulen auf, die ihrerseits einen Wandlermodulkondensator sowie - hierzu parallelgeschaltet - eine Reihenschaltung aus zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern umfasst. Aufgrund der Schaltungsstruktur ist die Steuerung der Wandlermodule gegenüber alternativen Schaltungskonzepten, insbesondere in Bezug auf einen Zweipunktwechselrichter, vergleichsweise betriebssicher, weshalb sich der Mehrpegelenergiewandler besonders für Anwendungen bei großen elektrischen Spannungen eignet. Darüber hinaus braucht der Mehrpegelenergiewandler zwischenkreisseitig keinen Zwischenkreiskondensator, der im Übrigen bei einer großen elektrischen Spannung sehr aufwendig und teuer ausfällt. Durch die Wandlermodulkondensatoren wird eine entsprechende Stützung des Gleichspannungszwischenkreises erreicht. Dem Grunde nach kann anstelle des Wandlermodulkondensators oder ergänzend zum Wandlermodulkondensator auch eine Batteriezelle, ein Batteriemodul oder sogar auch eine Batterie vorgesehen sein.The multi-level energy converter generally has a series circuit made up of a plurality of converter modules, which in turn includes a converter module capacitor and — connected in parallel with this — a series circuit made up of two series-connected semiconductor switches. Due to the circuit structure, the control of the converter modules is comparatively reliable compared to alternative circuit concepts, in particular with regard to a two-point inverter, which is why the multi-level energy converter is particularly suitable for applications with high electrical voltages. In addition, the multi-level energy converter does not need an intermediate circuit capacitor on the intermediate circuit side, which, moreover, turns out to be very complex and expensive when there is a high electrical voltage. Corresponding support of the DC voltage intermediate circuit is achieved by the converter module capacitors. Basically, instead of the converter module capacitor or in addition to the converter module capacitor, a battery cell, a battery module or even a battery can also be provided.

Für Mehrpegelenergiewandler sind Verschaltungsmöglichkeiten bekannt, die von sogenannten Flying-Capacitor-, Neutral-Point-clamped (NPC)- Mehrpegelenergiewandler bis hin zu Cascaded H-Bridge (CHB) - Mehrpegelenergiewandler reichen. Letztgenannte zeichnen sich vor allem durch ihre Skalierbarkeit aus, weil sich bei diesen die Ausgangsspannung durch eine Hintereinanderschaltung einzelner Module erzeugen lässt. Diese Module beziehungsweise Wandlermodule weisen meist eine H-Brückenschaltung von Halbleiterschaltern sowie den Wandlermodulkondensator auf. Alternativ kann zum Wandlermodulkondensator auch eine Batterie oder eine Batteriemodul vorgesehen sein. Je nach Schaltungsstruktur kann eine beliebige Anzahl von Phasen und damit eine beliebige n-phasige Wechselspannung erzeugt werden.Wiring options are known for multi-level energy converters, ranging from so-called flying capacitor, neutral point clamped (NPC) multi-level energy converters to cascaded H-Bridge (CHB) multi-level energy converters. The latter are primarily characterized by their scalability, because the output voltage can be generated by connecting individual modules in series. These modules or converter modules usually have an H-bridge circuit of semiconductor switches and the converter module capacitor. Alternatively, a battery or a battery module can also be provided for the converter module capacitor. Depending on the circuit structure, any number of phases and thus any n-phase alternating voltage can be generated.

Neben der Variante CHB gibt es auch die Möglichkeit der Kaskadierung von Halbbrücken-Modulen, die lediglich zwei in Reihe geschaltete Halbleiterschalter sowie den zugehörigen Wandlermodulkondensator aufweisen. Zwar kann hierbei die Anzahl der Halbleiterschalter reduziert werden, beispielsweise etwa um die Hälfte, wodurch wiederum auch eine Reduzierung von Verlustleistung im bestimmungsgemäßen Betrieb erreicht werden kann, jedoch erweist sich diese Schaltungsstruktur dahingehend als nachteilig, als dass lediglich eine Unipolarität hinsichtlich der Wechselspannung erreicht werden kann. Dieses Problem liegt auch der Lehre der DE 10 2010 041 059 A1 zugrunde.In addition to the CHB variant, there is also the option of cascading half-bridge modules that only have two series-connected semiconductor switches and the associated converter module capacitor. Although the number of semiconductor switches can be reduced, for example by about half, which in turn can also reduce power loss in normal operation, this circuit structure proves to be disadvantageous in that only unipolarity can be achieved with regard to the alternating voltage . This problem also lies in the teaching of the DE 10 2010 041 059 A1 underlying.

Der Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein gattungsgemäßes Verfahren, eine Steuereinrichtung und ein Kraftfahrzeug dahingehend weiterzubilden, dass die Batterie zur unmittelbaren Versorgung eines Energieversorgungsnetzes, welches eine mehrphasige Wechselspannung nutzt, insbesondere einer mit einer mehrphasigen Wechselspannung zu beaufschlagenden elektrischen Maschine, genutzt werden kann, wobei der Aufwand gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist.The invention has set itself the task of developing a generic method, a control device and a motor vehicle in such a way that the battery can be used for the direct supply of an energy supply network that uses a multiphase alternating voltage, in particular an electrical machine to which a multiphase alternating voltage is applied, whereby the effort compared to the prior art is reduced.

Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, eine Steuereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.As a solution, the invention proposes a method, a control device and a motor vehicle according to the independent claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments result from the features of the dependent claims.

Bezüglich einer gattungsgemäßen Batteriezelle wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Batteriezelle aufweist:

- erste und zweite Zellenanschlüsse für jede der durch die Batterie bereitstellbaren elektrischen Spannungen vorgesehen sind, wobei jeweils ein erster der ersten Zellenanschlüsse und ein zweiter der Zellenanschlüsse einer der bereitstellbaren elektrischen Spannungen zuordbar sind,
- eine einer Anzahl der bereitstellbaren elektrischen Spannungen entsprechende Anzahl von Überbrückungsschaltelementen, wobei ein jeweiliges der Überbrückungsschaltelemente zwischen einem jeweiligen der ersten Zellenanschlüsse und dem jeweils zugeordneten der zweiten Zellenanschlüsse angeschlossen ist,
- erste Schaltelemente, wobei ein jeweiliges der ersten Schaltelemente zwischen einem ersten der beiden Elektrodenanschlüsse und einem jeweiligen der ersten Zellenanschlüsse angeschlossen ist, und
- zweite Schaltelemente, wobei ein jeweiliges der zweiten Schaltelemente zwischen einem zweiten der beiden Elektrodenanschlüsse und einem jeweiligen der zweiten Zellenanschlüsse angeschlossen ist.

With regard to a generic battery cell, it is proposed in particular that the battery cell have:

- first and second cell connections are provided for each of the electrical voltages that can be provided by the battery, a first of the first cell connections and a second of the cell connections being assignable to one of the electrical voltages that can be provided,
a number of bridging switching elements corresponding to a number of the electrical voltages that can be provided, with a respective one of the bridging switching elements being connected between a respective one of the first cell connections and the respectively associated one of the second cell connections,
first switching elements, a respective one of the first switching elements being connected between a first of the two electrode connections and a respective one of the first cell connections, and
Second switching elements, a respective one of the second switching elements being connected between a second of the two electrode connections and a respective one of the second cell connections.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Batteriemoduls wird insbesondere vorgeschlagen, dass zumindest die Batteriezellen der Reihenschaltung gemäß der Erfindung ausgebildet sind und die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Batteriezellen dadurch gebildet ist, dass jeweils ein einer jeweiligen der elektrischen Spannungen zugeordneter erster Zellenanschluss einer ersten der Batteriezellen mit jeweils einem der jeweiligen elektrischen Spannung zugeordneten zweiten Zellenanschluss einer zweiten der Batteriezellen elektrisch verbunden ist, wobei das Batteriemodul für jede der bereitzustellenden elektrischen Spannungen jeweils zwei Modulanschlüsse aufweist, wobei die einer jeweiligen elektrischen Spannung zugeordneten Modulanschlüsse mit in der Reihenschaltung endseitigen der dieser jeweiligen elektrischen Spannung zugeordneten Zellenanschlüssen elektrisch verbunden sind.With regard to a generic battery module, it is proposed in particular that at least the battery cells of the series circuit are designed according to the invention and the series circuit is formed from the at least two battery cells in that in each case a first cell connection, assigned to a respective one of the electrical voltages, of a first of the battery cells with in each case one of the The second cell terminal associated with the respective electrical voltage of a second of the battery cells is electrically connected, the battery module having two module terminals for each of the electrical voltages to be provided, the module terminals associated with a respective electrical voltage being electrically connected to the cell terminals associated with this respective electrical voltage at the end of the series circuit are.

Bezüglich einer gattungsgemäßen Batterie wird insbesondere vorgeschlagen, dass zumindest die Batteriezellen der Reihenschaltung und/oder zumindest die Batteriemodule der Reihenschaltung gemäß der Erfindung ausgebildet sind, wobei für jede der bereitzustellenden elektrischen Spannungen eine jeweilige Brückenschaltung umfassend vier Brückenschaltelemente vorgesehen ist, die mit einem jeweiligen der Batterieanschlusspole elektrisch gekoppelt ist, wobei jede Brückenschaltung zwei Mittelanschlüsse bereitstellt, die mit den der jeweiligen elektrischen Spannung zugeordneten Zellenanschlüssen beziehungsweise Modulanschlüssen elektrisch gekoppelt sind.With regard to a generic battery, it is proposed in particular that at least the battery cells of the series circuit and / or at least the battery modules of the series circuit are designed according to the invention, with a respective bridge circuit comprising four bridge switching elements being provided for each of the electrical voltages to be provided, which are connected to a respective one of the battery connection poles is electrically coupled, each bridge circuit providing two center connections which are electrically coupled to the cell connections or module connections assigned to the respective electrical voltage.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Batteriemodule jeweils vier Modulanschlüsse aufweisen, und zwar jeweils einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Modulanschluss, wobei die Batterie zumindest für einen Teil der Batteriemodule eine Schaltungsstruktur aufweist, bei der ein erster Modulanschluss eines ersten der Batteriemodule über ein erstes der Halbleiterschaltelemente mit einem vierten Modulanschluss eines zweiten der Batteriemodule, ein zweiter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein zweites der Halbleiterschaltelemente mit einem dritten Modulanschluss eines dritten der Batteriemodule, ein dritter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein drittes der Halbleiterschaltelemente mit einem zweiten Modulanschluss eines vierten der Batteriemodule und ein vierter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein viertes der Halbleiterschaltelemente mit einem ersten Modulanschluss eines fünften der Batteriemodule abhängig von jeweiligen Schaltzuständen dieser Halbleiterschaltelemente elektrisch koppelbar ist, wobei die Halbleiterschaltelemente der Batterie abhängig von der für die Batterie vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung aktiviert werden, um jeweilige Phasenspannungen der vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung an jeweiligen der Batterieanschlusspolen bereitzustellen.With regard to a generic method, it is proposed in particular that the battery modules each have four module connections, namely a first, a second, a third and a fourth module connection, wherein the battery has a circuit structure for at least some of the battery modules, in which a first module connection of a first of the battery modules via a first of the semiconductor switching elements with a fourth module connection of a second of the battery modules, a second module connection of the first of the battery modules via a second of the semiconductor switching elements with a third module connection of a third of the battery modules, a third module connection of the first of the battery modules via a third of the semiconductor switching elements with a second module connection of a fourth of the battery modules and a fourth module connection of the first of the battery modules via a fourth of the semiconductor switching elements with a first module connection of a fifth of the battery modules depending on respective switching states of these semiconductor switching elements can be electrically coupled, the semiconductor switching elements of the battery depending on the polyphase electrical system specified for the battery Chen alternating voltage can be activated in order to provide respective phase voltages of the predetermined polyphase electrical alternating voltage at respective of the battery connection poles.

Bezüglich einer gattungsgemäßen Steuereinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Batteriemodule jeweils vier Modulanschlüsse aufweisen, und zwar jeweils einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Modulanschluss, wobei die Batterie zumindest für einen Teil der Batteriemodule eine Schaltungsstruktur aufweist, bei der ein erster Modulanschluss eines ersten der Batteriemodule über ein erstes der Halbleiterschaltelemente mit einem vierten Modulanschluss eines zweiten der Batteriemodule, ein zweiter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein zweites der Halbleiterschaltelemente mit einem dritten Modulanschluss eines dritten der Batteriemodule, ein dritter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein drittes der Halbleiterschaltelemente mit einem zweiten Modulanschluss eines vierten der Batteriemodule und ein vierter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein viertes der Halbleiterschaltelemente mit einem ersten Modulanschluss eines fünften der Batteriemodule abhängig von jeweiligen Schaltzuständen dieser Halbleiterschaltelemente elektrisch koppelbar ist, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente der Batterie abhängig von der für die Batterie vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung zu aktivieren, um jeweilige Phasenspannungen der vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung an jeweiligen der Batterieanschlusspolen bereitzustellen.With regard to a generic control device, it is proposed in particular that the battery modules each have four module connections, namely a first, a second, a third and a fourth module connection, the battery having a circuit structure for at least some of the battery modules in which a first module connection a first of the battery modules via a first of the semiconductor switching elements with a fourth module connection of a second of the battery modules, a second module connection of the first of the battery modules via a second of the semiconductor switching elements with a third module connection of a third of the battery modules, a third module connection of the first of the battery modules via a third of the Semiconductor switching elements with a second module connection of a fourth of the battery modules and a fourth module connection of the first of the battery modules via a fourth of the semiconductor switching elements with a first module connection of a The fifth of the battery modules can be electrically coupled depending on the respective switching states of these semiconductor switching elements, the control device being designed to activate the semiconductor switching elements of the battery depending on the polyphase electrical AC voltage specified for the battery in order to provide respective phase voltages of the specified polyphase electrical AC voltage at the respective battery connection poles.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Kraftfahrzeugs wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Batteriemodule jeweils vier Modulanschlüsse aufweisen, und zwar jeweils einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Modulanschluss, wobei die Batterie zumindest für einen Teil der Batteriemodule eine Schaltungsstruktur aufweist, bei der ein erster Modulanschluss eines ersten der Batteriemodule über ein erstes der Halbleiterschaltelemente mit einem vierten Modulanschluss eines zweiten der Batteriemodule, ein zweiter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein zweites der Halbleiterschaltelemente mit einem dritten Modulanschluss eines dritten der Batteriemodule, ein dritter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein drittes der Halbleiterschaltelemente mit einem zweiten Modulanschluss eines vierten der Batteriemodule und ein vierter Modulanschluss des ersten der Batteriemodule über ein viertes der Halbleiterschaltelemente mit einem ersten Modulanschluss eines fünften der Batteriemodule abhängig von jeweiligen Schaltzuständen dieser Halbleiterschaltelemente elektrisch koppelbar ist, wobei die Wechselspannungsmaschine unmittelbar an die Batterie angeschlossen ist, und die Batterie mittels einer Steuereinrichtung gemäß der Erfindung gesteuert wird.With regard to a generic motor vehicle, it is proposed in particular that the battery modules each have four module connections, namely each a first, a second, a third and a fourth module connection, the battery having a circuit structure for at least some of the battery modules in which a first module connection a first of the battery modules via a first of the semiconductor switching elements with a fourth module connection of a second of the battery modules, a second module connection of the first of the battery modules via a second of the semiconductor switching elements with a third module connection of a third of the battery modules, a third module connection of the first of the battery modules via a third of the Semiconductor switching elements with a second module connection of a fourth of the battery modules and a fourth module connection of the first of the battery modules via a fourth of the semiconductor switching elements with a first module connection of a five ften of the battery modules can be electrically coupled depending on the respective switching states of these semiconductor switching elements, the AC voltage machine being connected directly to the battery, and the battery being controlled by means of a control device according to the invention.

Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass, wenn die Batterie als Mehrpegelbatteriewandler betrieben werden soll, durch Parallelisierung von Phasensträngen zwar die Anzahl an Ausgangsspannungen vergrößert werden kann, jedoch innerhalb eines Strangs ein besser Freiheitsgrad zur stufenförmigen Nachbildung einer jeweiligen Phasenspannung erreicht werden kann, insbesondere wenn es sich bei der Phasenspannung um eine Wechselspannung handelt. Zwar können im Stand der Technik einzelne Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule „überbrückt“ werden, jedoch erlaubt es die Erfindung, „überbrückte“ Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule zumindest während einer Überbrückungszeitdauer anders zu nutzen, beispielsweise sie einer anderen Phase zuzuordnen. Anders als im Stand der Technik kann also erreicht werden, dass die Batterie insgesamt besser ausgenutzt werden kann. Dies gilt natürlich nicht nur auf der Ebene der Batteriezellen, sondern gleichermaßen auch für die Ebene der Batteriemodule.The invention is based, among other things, on the idea that if the battery is to be operated as a multi-level battery converter, the number of output voltages can be increased by parallelization of phase strings, but a better degree of freedom for the stepped simulation of a respective phase voltage can be achieved within a string, especially if the phase voltage is an alternating voltage. Although individual battery cells or battery modules can be "bridged" in the prior art, the invention allows "bridged" battery cells or battery modules to be used differently at least during a bridging period, for example to assign them to a different phase. In contrast to the prior art, it can thus be achieved that the battery can be better utilized overall. Of course, this applies not only to the level of the battery cells, but also to the level of the battery modules.

Durch die Erfindung, bei der ein jeweiliges Batteriemodul beispielsweise mit mehr als nur zwei Nachbarbatteriemodulen über die Halbleiterschaltelemente elektrisch koppelbar ist, kann also eine erweiterte Funktionalität gegenüber der im Stand der Technik üblichen Kaskadierung beziehungsweise einfachen Reihenschaltung von Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen erreicht werden. Die Erfindung ermöglicht es also, einzelne Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule nahezu beliebig miteinander elektrisch kombinieren zu können oder diese galvanisch voneinander trennen zu können, um auf diese Weise eine Art Matrixverbund der Batteriezellen beziehungsweise der Batteriemodule realisieren zu können. Dadurch kann erreicht werden, dass zu bestimmten Zeiträumen ungenutzte Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule, beispielsweise innerhalb einer jeweiligen Phase, für eine Spannungsbereitstellung einer anderen Phase zeitgleich genutzt werden können. Dies erweist sich insbesondere für die mehrphasige Wechselspannungsmaschine eines Kraftfahrzeugs als vorteilhaft.The invention, in which a respective battery module can be electrically coupled, for example, to more than just two neighboring battery modules via the semiconductor switching elements, can thus achieve an expanded functionality compared to the cascading or simple series connection of battery cells or battery modules that is customary in the prior art. The invention thus enables individual battery cells or battery modules to be electrically combined with one another in almost any way or to be able to galvanically separate them from one another in order to be able to implement a type of matrix composite of the battery cells or the battery modules in this way. This can achieve that Battery cells or battery modules that are unused at certain periods of time, for example within a respective phase, can be used at the same time to provide voltage in another phase. This proves to be particularly advantageous for the polyphase alternating voltage machine of a motor vehicle.

Durch die spezifische Schaltungsstruktur der Batteriezellen, der Batteriemodule sowie der Batterie kann somit eine Multifunktionalität der Batterie erreicht werden, die es erlaubt, in hochflexibler Weise nahezu beliebige Wechselspannungen bereitstellen zu können. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Batterie besonders dazu, mehrere Wechselspannungen unmittelbar bereitzustellen, beispielsweise zum Betrieb von elektrischen Wechselspannungsmaschinen oder dergleichen. Die Erfindung ist dabei nicht darauf beschränkt, elektrische Energie bereitzustellen, beispielsweise um eine elektrische Maschine im Motorbetrieb zu betreiben, sondern sie eignet sich gleichermaßen auch dazu, elektrische Energie aufzunehmen und in den einzelnen Batteriemodulen und/oder Batteriezellen entsprechend zu verteilen, beispielsweise wenn die elektrische Maschine im Generatorbetrieb betrieben wird.As a result of the specific circuit structure of the battery cells, the battery modules and the battery, a multifunctionality of the battery can be achieved that allows almost any alternating voltage to be provided in a highly flexible manner. As a result, the battery according to the invention is particularly suitable for providing several alternating voltages directly, for example for operating electrical alternating voltage machines or the like. The invention is not limited to providing electrical energy, for example to operate an electrical machine in motor mode, but is also equally suitable for receiving electrical energy and distributing it accordingly in the individual battery modules and / or battery cells, for example when the electrical Machine is operated in generator mode.

Es ist demnach ein Aspekt der Erfindung, dass Batteriezellen, welche im Stand der Technik zur Generierung einer einzigen Phasenspannung zugeordnet sind, aufgrund einer momentanen Spannungsbereitstellung jedoch nicht aktiviert zu sein brauchen, für die Erzeugung anderer Phasenspannungen eingesetzt werden können. Dadurch kann die Batterie insgesamt deutlich besser ausgenutzt werden. Es wird durch die Erfindung also ein Freiheitsgrad in Bezug auf die Flexibilität der Zuordnung von Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen zur Verfügung gestellt. Die Zuordnung kann dabei in hochflexibler Weise mittels der Halbleiterschaltelemente geändert werden. Ist beispielsweise die Bereitstellung eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes mittels der Batterie vorgesehen, kann dies gegenüber dem Stand der Technik mit einer geringeren Anzahl an Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen erreicht werden, und zwar bei im Wesentlichen gleichen elektrischen Daten.It is accordingly one aspect of the invention that battery cells, which in the prior art are assigned to generate a single phase voltage, but do not need to be activated due to an instantaneous voltage supply, can be used to generate other phase voltages. As a result, the battery can be used significantly better overall. The invention thus provides a degree of freedom with regard to the flexibility of the assignment of battery cells or battery modules. The assignment can be changed in a highly flexible manner by means of the semiconductor switching elements. If, for example, the provision of a three-phase AC voltage network is provided by means of the battery, this can be achieved with a smaller number of battery cells or battery modules compared to the prior art, with essentially the same electrical data.

Die Erfindung ist dabei nicht darauf beschränkt, dass ein jeweiliges der Batteriemodule lediglich mit zwei benachbarten Nachbarmodulen bedarfsweise elektrisch gekoppelt werden kann, sondern es können darüber hinaus auch weitere elektrische Kopplungen vorgesehen sein. Insbesondere kann durch die Erfindung nicht nur eine zweidimensionale Matrixanordnung der Batteriemodule auf diese Weise erreicht werden, sondern es kann darüber hinaus auch eine dreidimensionale Matrixanordnung realisiert werden, die es erlaubt, die Batteriemodule in vielfältiger Weise für einen jeweiligen Spannungserzeugungs- beziehungsweise Bereitstellungsstrang einfügen zu können. Dadurch kann ein Freiheitsgrad bezüglich Kombinationsmöglichkeiten der Batteriemodule innerhalb der Batterie zur Spannungsbereitstellung weiter erhöht werden. Je nach Bedarf können die Batteriemodule miteinander kombiniert werden, um eine vorgegebenen elektrische Spannung, beispielsweise eine Phasenspannung einer mehrphasigen Wechselspannung, durch Aktivieren oder Deaktivieren von Batteriemodulen bereitstellen zu können. Je nach Bedarf kann ein jeweiliges Batteriemodul auch vollständig von der Schaltungsstruktur abgekoppelt werden. Hierdurch kann eine große Flexibilität bei der Bereitstellung gewünschter vorgegebener mehrphasiger Wechselspannungen erreicht werden.The invention is not limited to the fact that a respective one of the battery modules can only be electrically coupled to two neighboring modules, if necessary, but further electrical couplings can also be provided. In particular, the invention not only enables a two-dimensional matrix arrangement of the battery modules to be achieved in this way, but also a three-dimensional matrix arrangement that allows the battery modules to be inserted in a variety of ways for a respective voltage generation or supply line. As a result, a degree of freedom with regard to possible combinations of the battery modules within the battery for supplying voltage can be increased further. Depending on requirements, the battery modules can be combined with one another in order to be able to provide a predetermined electrical voltage, for example a phase voltage of a multiphase alternating voltage, by activating or deactivating battery modules. Depending on requirements, a respective battery module can also be completely decoupled from the circuit structure. In this way, great flexibility can be achieved in the provision of desired, predetermined multiphase alternating voltages.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsstruktur ist es möglich, Batteriemodule, vorzugsweise galvanisch getrennt, bereitzustellen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zur Bereitstellung einer jeweiligen Phasenspannung genutzten Batteriemodule variiert werden, um zumindest teilweise ein Balancing zu realisieren.The circuit structure according to the invention makes it possible to provide battery modules, preferably electrically isolated. It can be provided that the battery modules used to provide a respective phase voltage are varied in order to at least partially achieve balancing.

Mit der Erfindung ist es somit möglich, in hochflexibler Weise vorgebbare Phasenspannungen einer mehrphasigen Wechselspannung bereitstellen zu können. Die Phasenspannungen können dabei einen nahezu beliebigen Kurvenverlauf aufweisen, beispielsweise sinusförmig, dreieckförmig, sägezahnförmig und/oder dergleichen. Auch Phasenverschiebungen zwischen den Phasenspannungen sowie Amplituden und Frequenzen können je nach Bedarf nahezu beliebig eingestellt werden.With the invention it is thus possible to be able to provide predeterminable phase voltages of a polyphase alternating voltage in a highly flexible manner. The phase voltages can have almost any curve shape, for example sinusoidal, triangular, sawtooth and / or the like. Phase shifts between the phase voltages as well as amplitudes and frequencies can also be set almost as required, depending on requirements.

Durch die Halbleiterschaltelemente kann neben der Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung von einzelnen Batteriemodulen auch erreicht werden, dass ein jeweiliges der Batteriemodule überbrückt werden kann, beispielsweise indem die Halbleiterschaltelemente zwischen den Batteriemodulen geschlossen werden, die die gewünschten Batteriemodule in optimaler Form elektrisch verbinden, und nicht benötigte Batteriemodule aus dem jeweiligen Strompfad herausgenommen werden. Dadurch können auch Längen von Lastpfaden beziehungsweise Strompfaden sowie eine Anzahl von mit elektrischem Strom beaufschlagten Halbleiterschaltelementen reduziert werden, wodurch insgesamt Verluste der Batterie reduziert werden können. Dies kann insbesondere auch genutzt werden, um ein defektes Batteriemodul der Batterie vollständig galvanisch zu isolieren, indem sämtliche Halbleiterschaltelemente, die mit diesem Batteriemodul unmittelbar gekoppelt sind, im ausgeschalteten Zustand gehalten werden.In addition to activating or deactivating individual battery modules, the semiconductor switching elements can also ensure that a respective one of the battery modules can be bridged, for example by closing the semiconductor switching elements between the battery modules, which electrically connect the desired battery modules in an optimal manner, and removing battery modules that are not required removed from the respective current path. As a result, lengths of load paths or current paths and a number of semiconductor switching elements to which electrical current is applied can also be reduced, as a result of which overall battery losses can be reduced. This can in particular also be used to completely galvanically isolate a defective battery module of the battery by keeping all semiconductor switching elements that are directly coupled to this battery module in the switched-off state.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsstruktur der Batterie ist es darüber hinaus möglich, Batteriemodule beziehungsweise auch Batteriezellen einzusetzen, die voneinander verschieden sind. Es ist also nicht erforderlich, dass die Batteriemodule beziehungsweise die Batteriezellen im Wesentlichen identisch ausgebildet sein müssen.The circuit structure of the battery according to the invention also makes it possible to use battery modules or also battery cells to use that are different from each other. It is therefore not necessary that the battery modules or the battery cells have to be designed essentially identically.

Die Modulmatrix beziehungsweise Matrixanordnung, die durch die Schaltungsstruktur der erfindungsgemäßen Batterie sowie auch des erfindungsgemäßen Batteriemoduls erreicht werden kann, erlaubt es ferner, durch eine optionale Parallelschaltung von Batteriemodulen und/oder Batteriezellen auch eine Anpassung an eine entsprechende Stromanforderung erreichen zu können.The module matrix or matrix arrangement, which can be achieved by the circuit structure of the battery according to the invention as well as the battery module according to the invention, also allows an adaptation to a corresponding current requirement to be achieved through an optional parallel connection of battery modules and / or battery cells.

Insgesamt kann der Aufwand für die Batterie gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden, insbesondere wenn sie der Bereitstellung einer mehrphasigen Wechselspannung dient, deren Phasenspannungen zueinander in ihrer jeweiligen Phase verschoben sind, wodurch Bauraum für die Batterie reduziert werden kann. Dabei kann jedoch berücksichtigt werden, dass eine gewisse Anzahl von Reservemodulen beziehungsweise Reservebatteriezellen vorgesehen sein kann, beispielsweise um in einem Fehlerfall oder bei einem ähnlichen, insbesondere gestörten Betriebsverhalten als Reserve dienen zu können.Overall, the effort for the battery can be reduced compared to the prior art, in particular if it is used to provide a multiphase alternating voltage, the phase voltages of which are shifted to one another in their respective phase, whereby installation space for the battery can be reduced. In this case, however, it can be taken into account that a certain number of reserve modules or reserve battery cells can be provided, for example in order to be able to serve as a reserve in the event of a fault or in the event of a similar, in particular disturbed, operating behavior.

Das Schaltelement, insbesondere das Überbrückungsschaltelement, sowie auch das Halbleiterschaltelement kann durch einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor, vorzugsweise einen Metalloxide Field Effect-Transistor (MOSFET), einen Insulated-Gate Bipolar Transistor (IGBT), aber auch durch Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO) und/oder dergleichen gebildet sein. Diese Halbleiterschaltelemente sind vorzugsweise in die Batterie, die Batteriemodule und/oder in deren Batteriezellen integriert angeordnet.The switching element, in particular the bridging switching element, as well as the semiconductor switching element can be made by a transistor, in particular a field effect transistor, preferably a metal oxide field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), but also by gate turn-off Thyristor (GTO) and / or the like be formed. These semiconductor switching elements are preferably arranged integrated into the battery, the battery modules and / or their battery cells.

Zur Bereitstellung der gewünschten Spannungsbereitstellungsfunktionalität durch die Batterie werden die Halbleiterschaltelemente im Schaltbetrieb betrieben. In Bezug auf einen Halbleiterschaltelement unter Nutzung eines Transistors bedeutet der Schaltbetrieb, dass in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen den eine Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors ein sehr kleiner elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. In einem ausgeschalteten Schaltzustand ist hingegen die Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren.To provide the desired voltage supply functionality through the battery, the semiconductor switching elements are operated in switching mode. With regard to a semiconductor switching element using a transistor, switching operation means that, in an switched-on switching state, a very small electrical resistance is provided between the terminals of the transistor that form a switching path, so that a high current flow is possible with a very small residual voltage. In a switched-off switching state, on the other hand, the switching path of the transistor is highly resistive, that is, it provides a high electrical resistance, so that even with a high electrical voltage applied to the switching path, there is essentially no or only a very low, in particular negligible, current flow. Linear operation differs from this for transistors.

Die Steuereinrichtung kann von der Batterie umfasst sein. Die Steuereinrichtung ist zumindest an die Halbleiterschaltelemente der Batterie angeschlossen. Sie kann vorzugsweise ergänzend oder alternativ auch an die Schaltelemente, insbesondere die Überbrückungsschaltelemente der Batteriezellen und/oder der Batteriemodule angeschlossen sein Zu diesem Zweck kann das Halbleiterschaltelement eine jeweilige Kommunikationsschnittstelle aufweisen, über die sie mit der Steuereinrichtung in Kommunikationsverbindung steht. Die Kommunikationsschnittstellen können beispielsweise leitungsgebunden und/oder auch drahtlos ausgebildet sein. Eine drahtlos ausgebildete Kommunikationsverbindung kann zum Beispiel auf Funk, insbesondere Nahfunk, basieren. Vorzugsweise steht jedes der Halbleiterschaltelement mit der Steuereinrichtung unmittelbar in Kommunikationsverbindung. Dadurch kann mittels der Steuereinrichtung eine Aktivierung beziehungsweise eine Deaktivierung der jeweiligen Batteriemodule sowie auch eine Polung ihrer jeweiligen Batteriezellen gesteuert werden.The control device can be comprised by the battery. The control device is connected at least to the semiconductor switching elements of the battery. It can preferably additionally or alternatively also be connected to the switching elements, in particular the bridging switching elements of the battery cells and / or the battery modules. For this purpose, the semiconductor switching element can have a respective communication interface via which it is in communication with the control device. The communication interfaces can be wired and / or wireless, for example. A wireless communication link can be based on radio, in particular local radio, for example. Each of the semiconductor switching elements is preferably in direct communication with the control device. As a result, activation or deactivation of the respective battery modules and also polarity of their respective battery cells can be controlled by means of the control device.

Die Steuereinrichtung selbst kann als separate Baueinheit vorgesehen sein. Vorzugsweise ist sie jedoch Bestandteil der Batterie und besonders bevorzugt in diese integriert angeordnet.The control device itself can be provided as a separate structural unit. However, it is preferably part of the battery and particularly preferably arranged integrated into it.

Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul weist beispielsweise zumindest vier Modulanschlüsse auf, nämlich den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Modulanschluss. Vorzugsweise ist jeder der Modulanschlüsse des Batteriemoduls mit einem jeweiligen entsprechenden Modulanschluss eines weiteren, vorzugsweise räumlich unmittelbar benachbart angeordneten Batteriemoduls über ein jeweiliges Halbleiterschaltelement abhängig von seinem jeweiligen Schaltzustand elektrisch koppelbar. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein jeweiliger der Modulanschlüsse mit mehr als einem weiteren Modulanschluss eines jeweils weiteren Batteriemoduls elektrisch gekoppelt werden kann, wobei dann für eine jeweilige elektrische Kopplung ein jeweiliges weiteres Halbleiterschaltelement vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere zur Realisierung einer dreidimensionalen Matrixanordnung, wodurch sich eine weitere Verbesserung der Flexibilität bei der Nutzung der Batteriemodule innerhalb der Batterie ergeben kann.A battery module according to the invention has, for example, at least four module connections, namely the first, the second, the third and the fourth module connection. Preferably, each of the module connections of the battery module can be electrically coupled to a respective corresponding module connection of a further, preferably spatially immediately adjacent, battery module via a respective semiconductor switching element depending on its respective switching state. However, it can also be provided that a respective one of the module connections can be electrically coupled to more than one further module connection of a respective further battery module, a respective further semiconductor switching element then being provided for a respective electrical coupling. This refinement is particularly suitable for realizing a three-dimensional matrix arrangement, which can result in a further improvement in flexibility when using the battery modules within the battery.

Anders als im Stand der Technik braucht bei der Erfindung also für ein jeweiliges Batteriemodul keine batteriemodulseitige Überbrückungsmöglichkeit vorgesehen zu sein, so wie es zum Beispiel für die Lehre der DE 10 2010 041 049 A1 erforderlich ist.In contrast to the prior art, in the case of the invention no bridging option on the battery module side needs to be provided for a respective battery module, as is the case, for example, for the teaching of FIG DE 10 2010 041 049 A1 is required.

Umfasst ein jeweiliges Batteriemodul lediglich eine einzige Batteriezelle, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Modulanschluss sowie der dritte und der vierte Modulanschluss jeweils parallelgeschaltet an einen jeweiligen Batteriezellenanschluss angeschlossen sind.If a respective battery module comprises only a single battery cell, it can preferably be provided that the first and the second Module connection and the third and fourth module connection are each connected in parallel to a respective battery cell connection.

Die Batterie kann die erfindungsgemäße Schaltungsstruktur zumindest teilweise aufweisen. Es können neben Batteriemodulen, die gemäß der Erfindung verschaltet sind, auch zusätzliche Batteriemodule vorgesehen sein, die auf andere Weise elektrisch verschaltet sind. Besonders vorteilhaft ist jedoch vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Schaltungsstruktur für möglichst viele der Batteriemodule genutzt wird. Insbesondere in Randbereichen der Matrixstruktur beziehungsweise der Batterie kann jedoch eine entsprechende Abweichung vorgesehen sein, beispielsweise weil nicht ausreichend räumlich benachbart angeordnete Batteriemodule zur Verfügung stehen, um die vollständige erfindungsgemäße Schaltungsstruktur realisieren zu können.The battery can have the circuit structure according to the invention at least partially. In addition to battery modules that are interconnected according to the invention, additional battery modules that are electrically interconnected in a different manner can also be provided. However, it is particularly advantageous that the circuit structure according to the invention is used for as many of the battery modules as possible. In particular in the edge areas of the matrix structure or the battery, however, a corresponding deviation can be provided, for example because there are not enough spatially adjacent battery modules available to be able to implement the complete circuit structure according to the invention.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass ein Batteriemodul beziehungsweise eine Batteriezelle, welches beziehungsweise welche für das Bereitstellen einer ersten der Phasenspannungen deaktiviert wird, für das Bereitstellen einer zweiten der Phasenspannungen aktiviert wird. Dadurch kann das Batteriemodul beziehungsweise die Batteriezelle unmittelbar nach der Deaktivierung einer weiteren Nutzung durch eine erneute Aktivierung, jedoch nun für einen anderen der Phasenstränge beziehungsweise Phasenspannungen, eingesetzt werden. Dadurch kann das Batteriemodul beziehungsweise die Batteriezelle im Wesentlichen kontinuierlich genutzt werden. Das Batteriemodul beziehungsweise die Batteriezelle braucht daher nicht bis zu seiner beziehungsweise ihrer nächsten Nutzung zur Bereitstellung der ersten der Phasenspannungen deaktiviert zu bleiben. Hierdurch kann die Nutzung der Batterie insgesamt verbessert werden, weil nämlich für die Bereitstellung der Phasenspannungen erforderliche Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen in ihrer Anzahl insgesamt reduziert werden können. Die Nutzung der Batterie kann also verbessert werden.It is further proposed that a battery module or a battery cell, which is deactivated for providing a first one of the phase voltages, is activated for providing a second one of the phase voltages. As a result, the battery module or the battery cell can be used immediately after the deactivation of a further use by a renewed activation, but now for another of the phase strings or phase voltages. As a result, the battery module or the battery cell can be used essentially continuously. The battery module or the battery cell therefore does not need to remain deactivated until its or its next use to provide the first of the phase voltages. As a result, the use of the battery can be improved overall, because the number of battery modules or battery cells required for providing the phase voltages can be reduced overall. Thus, the use of the battery can be improved.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Batterie einen Bezugsanschlusspol aufweist. Dadurch kann mit wenigen Batterieanschlusspolen eine Bereitstellung der elektrischen Spannungen erreicht werden. Einer der Batterieanschlusspole kann also von mehreren der bereitzustellenden elektrischen Spannungen gemeinsam genutzt werden. Ist hingegen gewünscht, dass eine oder mehrere der bereitzustellenden elektrischen Spannungen voneinander elektrisch getrennt sein sollen, können hierfür entsprechend zusätzliche Batterieanschlusspole vorgesehen sein. Insgesamt ergibt sich eine weitere Verbesserung hinsichtlich der flexiblen Einsetzbarkeit der Batterie.It is also proposed that the battery has a reference connection pole. As a result, the electrical voltages can be made available with just a few battery connection poles. One of the battery connection poles can therefore be used jointly by several of the electrical voltages to be provided. If, on the other hand, it is desired that one or more of the electrical voltages to be provided should be electrically isolated from one another, additional battery connection poles can be provided for this purpose. Overall, there is a further improvement in terms of the flexible use of the battery.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Batterie ausgebildet ist, Schaltelemente der Batteriezellen, die vorzugsweise ein oder mehrere Halbleiterschaltelemente aufweisen können, derart im Schaltbetrieb zu betreiben, dass an den Batterieanschlusspolen der Batterie eine mehrphasige Wechselspannung bereitgestellt wird. Die Batterie kann daher auf einfache Weise genutzt werden, mehrphasigen Wechselspannungen bereitzustellen. Dadurch kann Aufwand bezüglich eines entsprechenden Wechselrichters reduziert werden. Gegebenenfalls kann der Wechselrichter sogar vollständig eingespart werden.In addition, it is proposed that the battery is designed to operate switching elements of the battery cells, which can preferably have one or more semiconductor switching elements, in switching operation in such a way that a polyphase alternating voltage is provided at the battery connection poles of the battery. The battery can therefore be used in a simple manner to provide multiphase alternating voltages. As a result, the outlay for a corresponding inverter can be reduced. If necessary, the inverter can even be completely saved.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren eines jeweiligen der Batteriemodule abhängig von einem jeweiligen momentanen Phasenstrom erfolgt. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für den Fall, dass zur Bereitstellung einer der Phasenspannungen wenigstens zwei der Batteriemodule parallelgeschaltet betrieben werden. Dadurch ist es möglich, standardisierte Batteriemodule einzusetzen und diese bedarfsgerecht zu aktivieren beziehungsweise zu deaktivieren, um eine möglichst günstige Nutzung zu erhalten. Die parallelschaltbaren Batteriemodule können auch derart wechselseitig aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden, sodass zwischen diesen Batteriemodulen ein Balancing realisiert werden kann. Dadurch kann das Bereitstellen der Wechselspannung weiter verbessert werden.It is also proposed that the activation or deactivation of a respective one of the battery modules takes place as a function of a respective instantaneous phase current. This refinement is particularly suitable for the case that at least two of the battery modules are operated in parallel to provide one of the phase voltages. This makes it possible to use standardized battery modules and to activate or deactivate them as required in order to obtain the most economical use possible. The battery modules that can be connected in parallel can also be activated or deactivated alternately in such a way that balancing can be implemented between these battery modules. As a result, the provision of the alternating voltage can be further improved.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren eines jeweiligen der Batteriemodule abhängig von einem jeweiligen momentanen Ladungszustand des jeweiligen der Batteriemodule erfolgt. Diese Ausgestaltung erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn zum Bereitstellen einer jeweiligen der Phasenspannungen mehr als lediglich ein einzelnes Batteriemodul zum Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren zur Verfügung steht. Dadurch kann eine gleichmäßigere Belastung der Batteriemodule über die Betriebsdauer der Batterie erreicht werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einem momentanen großen Phasenstrom ein Batteriemodul aktiviert wird, welches einen großen Ladungszustand aufweist, wohingegen bei einem kleinen momentanen Phasenstrom ein Batteriemodul aktiviert wird, welches einen kleinen Ladungszustand aufweist. Dies kann auch während der Bereitstellung der Phasenspannung, insbesondere einer Halbwelle einer jeweiligen Phasenspannung der Wechselspannung bedarfsweise gewechselt werden. Zu diesem Zweck können einer oder mehrere Vergleichswerte für den Phasenstrom vorgesehen sein und der momentane Phasenstrom mit diesen Vergleichswerten verglichen werden, wobei abhängig von dem Vergleich das jeweilige der Batteriemodule ausgewählt und aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird.According to one development, it is proposed that the activation or deactivation of a respective one of the battery modules takes place as a function of a respective instantaneous charge state of the respective one of the battery modules. This refinement proves to be particularly advantageous when more than just a single battery module is available for activating or deactivating a respective one of the phase voltages. As a result, the battery modules can be loaded more evenly over the service life of the battery. For example, it can be provided that with a momentary high phase current a battery module is activated which has a high state of charge, whereas in the case of a small momentary phase current, a battery module is activated which has a low state of charge. This can also be changed as required during the provision of the phase voltage, in particular a half-cycle of a respective phase voltage of the alternating voltage. For this purpose, one or more comparison values can be provided for the phase current and the instantaneous phase current can be compared with these comparison values, the respective one of the battery modules being selected and activated or deactivated as a function of the comparison.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Batteriemodule voneinander verschiedene Modulspannungen bereitstellen und das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren eines jeweiligen Batteriemoduls abhängig von einer Phasenlage der jeweiligen Phasenspannung und der durch das betreffende Batteriemodul bereitgestellten Modulspannung erfolgt. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die Anzahl der Batteriemodule zum Bereitstellen der Phasenspannung, die eine einphasige Wechselspannung ist, zu reduzieren. So kann vorgesehen sein, dass im Bereich einer großer Spannungssteilheit Batteriemodule aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden, die eine große Modulspannung bereitstellen, wohingegen bei einer kleinen Spannungssteilheit der Phasenspannung Batteriemodule aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden, die eine im Vergleich dazu kleine Modulspannung bereitstellen. Dies erlaubt es nicht nur den Steuerungsaufwand zu reduzieren, sondern auch insgesamt den Aufwand für die Batterie zu reduzieren. Kleine Spannungssteilheiten treten zum Beispiel bei einer sinusförmigen Wechselspannung im Bereich der Amplitudenwerte auf, wohingegen große Spannungssteilheiten im Bereich jeweiliger Spannungsnulldurchgänge auftreten.An advantageous development provides that the battery modules provide different module voltages and the activation or deactivation of a respective battery module takes place depending on a phase position of the respective phase voltage and the module voltage provided by the battery module in question. This configuration makes it possible to reduce the number of battery modules for providing the phase voltage, which is a single-phase alternating voltage. Thus, it can be provided that in the area of a large voltage gradient, battery modules are activated or deactivated, which provide a high module voltage, whereas in the case of a small voltage gradient of the phase voltage, battery modules are activated or deactivated, which provide a comparatively small module voltage. This not only makes it possible to reduce the control effort, but also to reduce the overall effort for the battery. Small voltage rises occur, for example, with a sinusoidal alternating voltage in the range of the amplitude values, whereas large voltage rises occur in the range of the respective voltage zero crossings.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass bei einer großen Spannungssteilheit der bereitzustellenden Phasenspannung ein Batteriemodul mit einer großen Modulspannung aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird. Aufgrund der großen Spannungssteilheit braucht für viele Anwendungen hier häufig keine feine Spannungsnachbildung realisiert zu sein. Dadurch kann der Aufwand batterie- und steuerungsseitig reduziert werden.In addition, it is proposed that if the phase voltage to be provided has a large voltage gradient, a battery module with a large module voltage is activated or deactivated. Because of the steep voltage gradient, there is often no need for a fine simulation of the voltage to be implemented for many applications. As a result, the effort on the battery and control side can be reduced.

Entsprechend kann vorgesehen sein, dass bei einer kleinen Spannungssteilheit der bereitzustellenden Phasenspannung ein Batteriemodul mit einer kleinen Modulspannung aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird. Dies eignet sich insbesondere für den Fall, dass eine feine Auflösung von Spannungssprüngen zum Nachbilden der bereitzustellenden Phasenspannung gewünscht ist.Accordingly, it can be provided that with a small voltage gradient of the phase voltage to be provided, a battery module is activated or deactivated with a low module voltage. This is particularly suitable for the case that a fine resolution of voltage jumps is desired in order to simulate the phase voltage to be provided.

Insgesamt kann durch Auswahl entsprechender Batteriemodule mit entsprechenden Modulspannungen eine Auflösung zum Nachbilden einer jeweiligen Phasenspannung vorgegeben werden. Dies kann anwendungsspezifisch bedarfsgerecht angepasst sein.Overall, by selecting appropriate battery modules with appropriate module voltages, a resolution for emulating a respective phase voltage can be specified. This can be adapted to the specific application as required.

Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Anzahl von aktivierten Batteriemodulen zum Bereitstellen aller Phasenspannungen im Wesentlichen zeitlich konstant ist. Dies erlaubt es, für die spezifische Anwendung, für die die Batterie vorgesehen ist, die Batterie insbesondere hinsichtlich der Anzahl der Batteriemodule zu optimieren. Dadurch kann der Aufwand zum Bereitstellen aller Phasenspannungen gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden. Beispielsweise kann mit einer konstanten Anzahl von Batteriemodulen erreicht werden, dass eine dreiphasige Wechselspannung bereitgestellt wird. Dabei werden zum Bereitstellen der einzelnen Phasenspannungen die Module entsprechend aktiviert beziehungsweise den jeweiligen Phasensträngen entsprechend zugeordnet. Diese Zuordnung ist zeitlich variabel, und zwar entsprechend der jeweiligen Phasenlagen der Phasenspannungen zueinander.It is also proposed that a number of activated battery modules for providing all phase voltages is essentially constant over time. This makes it possible to optimize the battery, in particular with regard to the number of battery modules, for the specific application for which the battery is intended. As a result, the effort required to provide all phase voltages can be significantly reduced compared to the prior art. For example, with a constant number of battery modules it can be achieved that a three-phase alternating voltage is provided. To provide the individual phase voltages, the modules are activated accordingly or assigned to the respective phase strings. This assignment is variable over time, specifically in accordance with the respective phase positions of the phase voltages with respect to one another.

Darüber hinaus können natürlich auch ergänzend weitere Batteriemodule, beispielsweise als Reservemodule oder dergleichen, vorgesehen sein. Diese können zum Beispiel ein oder mehrere gestörte Module im bestimmungsgemäßen Betrieb ersetzen, oder auch Schwankungen ausgleichen helfen. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Batterie erhöht werden.In addition, of course, additional battery modules, for example as reserve modules or the like, can also be provided. These can, for example, replace one or more faulty modules in normal operation, or they can help to compensate for fluctuations. This can increase the reliability of the battery.

Vorzugsweise weist jede der Batteriezellen ein eigenes Zellengehäuse auf, in welchem das erste und das zweite Halbleiterschaltelement angeordnet sind und welches für jeden der Zellenanschlüsse wenigstens einen Anschlusskontakt aufweist, wobei die Anschlusskontakte elektrisch isoliert voneinander angeordnet sind. Dadurch kann auf einfache Weise ein modularer Aufbau der Batterie erreicht werden, der es erlaubt, die Batterie auf einfache Weise für spezifische Anwendungen anpassen zu können. Darüber hinaus kann mittels des Zellengehäuses eine einzeln handhabbare Baueinheit geschaffen werden, die nicht nur die Herstellung der Batterie erleichtert, sondern darüber hinaus auch ermöglicht, die Grundfunktion einer jeweiligen Batteriezelle vor einer Herstellung der Batterie zu prüfen. Dadurch kann die Herstellung der Batterie zuverlässiger erfolgen. Das Zellengehäuse kann auch wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle bereitstellen, die es erlaubt, die Halbleiterschaltelemente im bestimmungsgemäßen Schaltbetrieb zu betreiben, um die vorgebbare elektrische Spannung bereitstellen zu können. Das Zellengehäuse kann wenigstens eine Leiterplatte aufweisen, auf der zumindest die Halbleiterschaltelemente angeordnet sind.Each of the battery cells preferably has its own cell housing in which the first and second semiconductor switching elements are arranged and which has at least one connection contact for each of the cell connections, the connection contacts being arranged electrically isolated from one another. As a result, a modular construction of the battery can be achieved in a simple manner, which allows the battery to be adapted in a simple manner for specific applications. In addition, the cell housing can be used to create an individually manageable structural unit which not only facilitates the manufacture of the battery, but also enables the basic function of a respective battery cell to be checked before the battery is manufactured. This enables the battery to be manufactured more reliably. The cell housing can also provide at least one communication interface which allows the semiconductor switching elements to be operated in the intended switching mode in order to be able to provide the specifiable electrical voltage. The cell housing can have at least one printed circuit board on which at least the semiconductor switching elements are arranged.

Das Zellengehäuse kann einen Aufnahmerahmen, einen Aufnahmebecher und/oder dergleichen aus einem geeigneten Werkstoff umfassen, in dem beziehungsweise an dem zumindest einige der entsprechenden Elemente und/oder Einheiten der Batteriezelle angeordnet sind. Der Werkstoff kann beispielsweise Kunststoff und/oder Metall aufweisen.The cell housing can comprise a receiving frame, a receiving cup and / or the like made of a suitable material, in which or on which at least some of the corresponding elements and / or units of the battery cell are arranged. The material can for example comprise plastic and / or metal.

Vorzugsweise ist auch die galvanische Zelle im beziehungsweise am Zellengehäuse angeordnet. Vorzugsweise kann das Zellengehäuse die galvanische Zelle zumindest teilweise aufnehmen beziehungsweise umfassen. Das Zellengehäuse kann beispielsweise einen oder mehrere Anschlusskontakte zum elektrischen Kontaktieren der Potentialanschlüsse der galvanischen Zelle aufweisen. Der wenigstens eine Anschlusskontakt kann zum Beispiel durch die vorgenannte Leiterplatte bereitgestellt sein. Der wenigstens eine Anschlusskontakt ist vorzugsweise entsprechend des wenigstens einen Potentialanschlusses der galvanische Zelle ausgebildet, um mit diesem eine zuverlässige und dauerhafte elektrische Verbindung im bestimmungsgemäßen Betrieb zu erreichen. Die galvanische Zelle kann ferner integriert mit zumindest einigen der weiteren Elemente und/oder Einheiten im beziehungsweise am Zellengehäuse angeordnet sein.The galvanic cell is preferably also arranged in or on the cell housing. The cell housing can preferably accommodate or encompass the galvanic cell at least partially. The cell housing can for example have one or more connection contacts for making electrical contact with the potential connections of the galvanic cell. The at least one connection contact can be provided, for example, by the aforementioned printed circuit board. The at least one connection contact is preferably designed in accordance with the at least one potential connection of the galvanic cell in order to achieve a reliable and permanent electrical connection with it during normal operation. The galvanic cell can also be integrated with at least some of the further elements and / or units in or on the cell housing.

Zur Verbindung der galvanische Zelle mit dem Zellengehäuse können mechanische und/oder elektrische Verbindungsmittel vorgesehen sein, wie zum Beispiel eine oder mehrere Schraubverbindungen, eine oder mehrere Clips- und/oder Steckverbindungen, eine oder mehrere Kleb-, Löt-, und/oder Schweißverbindungen, Kombinationen hiervon oder dergleichen. Vorzugsweise kann mit dem Verbindungsmittel sowohl eine mechanische Verbindung als auch eine elektrische Verbindung erreicht werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle im mit dem Zellengehäuse verbundenen beziehungsweise am Zellengehäuse angeordneten Zustand mit wenigstens einem ihrer Potentialanschlüsse gegen einen entsprechenden Anschlusskontakt gedrückt wird, beispielsweise aufgrund einer Federkraft oder dergleichen. Darüber hinaus ermöglicht es diese Ausgestaltung, dass die galvanischen Zellen separat von den Batteriezellen hergestellt werden können. Dies ermöglicht es, dass die galvanischen Zellen an unterschiedlichen Fertigungsstandorten, insbesondere auch durch unterschiedliche Hersteller, hergestellt werden können. Diese können dann in einem separaten Fertigungsschritt im oder am Zellengehäuse angeordnet werden.To connect the galvanic cell to the cell housing, mechanical and / or electrical connection means can be provided, such as one or more screw connections, one or more clip and / or plug connections, one or more adhesive, solder and / or weld connections, Combinations thereof or the like. Both a mechanical connection and an electrical connection can preferably be achieved with the connection means. However, it can also be provided that the galvanic cell in the state connected to the cell housing or arranged on the cell housing is pressed with at least one of its potential connections against a corresponding connection contact, for example due to a spring force or the like. In addition, this configuration enables the galvanic cells to be produced separately from the battery cells. This enables the galvanic cells to be manufactured at different production locations, in particular also by different manufacturers. These can then be arranged in or on the cell housing in a separate production step.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle lösbar am beziehungsweise im Zellengehäuse angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die galvanische Zelle von den weiteren Elementen und/oder Einheiten der Batteriezelle sowohl räumlich als auch elektrisch zu trennen. Das ermöglicht es zum Beispiel, die galvanische Zelle bei Bedarf auszutauschen. Die lösbare Verbindung kann zum Beispiel durch eine oder mehrere Schraubverbindungen, eine oder mehrere Clips- und/oder Steckverbindungen und/oder dergleichen gebildet sein.It can also be provided that the galvanic cell is detachably arranged on or in the cell housing. This makes it possible to separate the galvanic cell from the other elements and / or units of the battery cell both spatially and electrically. This makes it possible, for example, to replace the galvanic cell if necessary. The releasable connection can be formed, for example, by one or more screw connections, one or more clip and / or plug connections and / or the like.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass zumindest das erste und das zweite Halbleiterschaltelement in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei das Gehäuse für jeden der Zellenanschlüsse wenigstens einen Anschlusskontakt aufweist, wobei die Anschlusskontakte elektrisch isoliert voneinander angeordnet sind und das Gehäuse weitere Anschlüsse zum Anschließen der galvanischen Zelle aufweist. Bei dieser Ausgestaltung braucht die galvanische Zelle nicht vom Gehäuse umfasst zu sein. Sie kann beispielsweise extern angeordnet sein. Darüber hinaus kann die galvanische Zelle auch auswechselbar am oder im Gehäuse angeordnet sein. Insbesondere kann die galvanische Zelle lösbar angeordnet sein. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Anschlüsse der Anzahl der Potentialanschlüsse der galvanischen Zelle.In addition, it can be provided that at least the first and the second semiconductor switching element are arranged in a housing, the housing having at least one connection contact for each of the cell connections, the connection contacts being arranged electrically isolated from one another and the housing further connections for connecting the galvanic cell having. In this embodiment, the galvanic cell does not need to be encompassed by the housing. It can be arranged externally, for example. In addition, the galvanic cell can also be exchangeably arranged on or in the housing. In particular, the galvanic cell can be arranged in a detachable manner. The number of connections preferably corresponds to the number of potential connections of the galvanic cell.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen auch für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und umgekehrt. Für Verfahrensmerkmale können deshalb auch Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt formuliert sein.The advantages and effects specified for the method according to the invention also apply equally to the control device according to the invention and the motor vehicle according to the invention, and vice versa. Device features and vice versa can therefore also be formulated for process features.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the control device according to the invention and the motor vehicle according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the control device according to the invention and the motor vehicle according to the invention are not described again here.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung einer Batterie mit Batteriemodulen in einer Schaltungsstruktur nach Art einer Matrixanordnung, deren Modulanschlüsse mittels Halbleiterschaltelementen elektrisch koppelbar sind;
2 eine schematische Blockschaltbilddarstellung wie 1 in einem ersten Betriebszustand;
3 eine schematische Blockschaltbilddarstellung wie 1 in einem zweiten Betriebszustand;
4 eine schematische Diagrammdarstellung zur Ausnutzung der Batterie gemäß 1 bei der Bereitstellung einer dreiphasigen Wechselspannung;
5 eine schematische Diagrammdarstellung zur Wirkung der wechselnden Zuordnung von Batteriemodulen bei der Bereitstellung einer mehrphasigen Wechselspannung abhängig von einer Anzahl der Phasen der Wechselspannung;
6 eine schematische Schaltbilddarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung sowie einer Batterie gemäß 1;
7 eine schematische Schaltbilddarstellung einer Batteriezelle für eine eine dreiphasige elektrische Wechselspannung bereitstellende Batterie;
8 eine schematische Schaltbilddarstellung eines Batteriemoduls für eine eine dreiphasige elektrische Wechselspannung bereitstellende Batterie mit Batteriezellen gemäß 7;
9 eine schematische Schaltbilddarstellung einer eine dreiphasige elektrische Wechselspannung bereitstellenden Batterie mit Batteriezellen gemäß 7;
10 eine schematische Seitenansicht einer Batteriezelle gemäß 7 mit einem Zellengehäuse, in dem eine galvanische Zelle und eine Leiterplatte mit Halbleiterschaltelementen integriert angeordnet sind; und
11 eine schematische Seitenansicht einer Batteriezelle wie 10, wobei die galvanische Zelle lösbar am Zellengehäuse angeordnet ist.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic block diagram representation of a battery with battery modules in a circuit structure in the manner of a matrix arrangement, the module connections of which can be electrically coupled by means of semiconductor switching elements;
2 a schematic block diagram illustration such as 1 in a first operating state;
3 a schematic block diagram illustration such as 1 in a second operating state;
4th a schematic diagram of the utilization of the battery according to FIG 1 when providing a three-phase alternating voltage;
5 a schematic diagram of the effect of the alternating assignment of Battery modules when providing a multiphase alternating voltage as a function of a number of phases of the alternating voltage;
6th a schematic circuit diagram representation of a motor vehicle with a drive device and a battery according to 1 ;
7th a schematic circuit diagram representation of a battery cell for a three-phase electrical AC voltage providing battery;
8th a schematic circuit diagram representation of a battery module for a three-phase electrical AC voltage providing battery with battery cells according to FIG 7th ;
9 a schematic circuit diagram representation of a three-phase electrical AC voltage providing battery with battery cells according to FIG 7th ;
10 a schematic side view of a battery cell according to 7th with a cell housing in which a galvanic cell and a printed circuit board with semiconductor switching elements are integrated; and
11 a schematic side view of a battery cell such as 10 , wherein the galvanic cell is detachably arranged on the cell housing.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung eine Ausschnitt einer Schaltungsstruktur einer Batterie 48, die eine Mehrzahl von benachbart zueinander angeordneten und jeweils vier Modulanschlüsse 1, 2, 3, 4 aufweisenden Batteriemodulen 10, 12, 14, 16, 18, 20 und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen Se1, Se2, Se3, Se4 aufweist. Die Batterie 48 umfasst weitere nicht dargestellte Batteriemodule und Halbleiterschaltelemente, mit denen die Struktur entsprechend fortgesetzt ist. Die Batterie 48 dient vorliegend dazu, eine dreiphasige Wechselspannung bereitzustellen. 1 shows in a schematic block diagram representation a section of a circuit structure of a battery 48 that have a plurality of four module connections arranged adjacent to one another 1 , 2 , 3 , 4th having battery modules 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th and a plurality of semiconductor switching elements Ne1 , Ne2 , Ne3 , Ne4 having. The battery 48 includes further battery modules (not shown) and semiconductor switching elements with which the structure is continued accordingly. The battery 48 serves in the present case to provide a three-phase alternating voltage.

Jedes der Batteriemodule 10, 12, 14, 16, 18, 20 weist eine Mehrzahl von Batteriezellen auf, die - je nach Bedarf - in Reihe und/oder parallelgeschaltet sind. Bei der vorliegenden Schaltungsstruktur ist vorgesehen, dass ein erster Modulanschluss 1 eines ersten der Batteriemodule 10 über ein erstes der Halbleiterschaltelemente Se1 mit einem vierten Modulanschluss 4 eines zweiten der Batteriemodule 12, ein zweiter Modulanschluss 2 des ersten der Batteriemodule 10 über ein zweites der Halbleiterschaltelemente Se2 mit einem dritten Modulanschluss 3 des dritten der Batteriemodule 14, ein dritter Modulanschluss 3 des ersten der Batteriemodule 10 über ein drittes der Halbleiterschaltelemente Se3 mit einem zweiten Modulanschluss 2 eines vierten der Batteriemodule 16 und ein vierter Modulanschluss 4 des ersten der Batteriemodule 10 über ein viertes der Halbleiterschaltelemente Se4 mit einem ersten Modulanschluss 1 des fünften der Batteriemodule 18 abhängig von Schaltzuständen dieser Halbleiterschaltelemente Se1, Se2, Se3, Se4 elektrisch koppelbar ist. In 1 sind die Halbleiterschaltelemente Se1, Se2, Se3, Se4 im ausgeschalteten Schaltzustand dargestellt.Each of the battery modules 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th has a plurality of battery cells which - depending on requirements - are connected in series and / or in parallel. In the present circuit structure it is provided that a first module connection 1 a first of the battery modules 10 via a first of the semiconductor switching elements Ne1 with a fourth module connection 4th a second of the battery modules 12th , a second module connection 2 of the first of the battery modules 10 via a second of the semiconductor switching elements Ne2 with a third module connection 3 of the third of the battery modules 14th , a third module connection 3 of the first of the battery modules 10 Via a third of the semiconductor switching elements Ne3 with a second module connection 2 a fourth of the battery modules 16 and a fourth module connection 4th of the first of the battery modules 10 via a fourth of the semiconductor switching elements Ne4 with a first module connection 1 of the fifth of the battery modules 18th depending on the switching states of these semiconductor switching elements Ne1 , Ne2 , Ne3 , Ne4 can be electrically coupled. In 1 are the semiconductor switching elements Ne1 , Ne2 , Ne3 , Ne4 shown in the switched-off switching state.

Die Halbleiterschaltelemente Se1, Se2, Se3, Se4 sowie auch die im weiteren Verlauf beschriebenen Halbleiterschaltelemente sind vorliegend nach Art eines MOSFET ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen kann hier natürlich auch ein anderes Halbleiterschaltelement vorgesehen sein, beispielsweise ein IGBT oder dergleichen.The semiconductor switching elements Ne1 , Ne2 , Ne3 , Ne4 and also the semiconductor switching elements described in the following are designed in the present case in the manner of a MOSFET. In alternative configurations, another semiconductor switching element can of course also be provided here, for example an IGBT or the like.

Die in der 1 gezeigte Anzahl an Halbleiterschaltelementen zwischen den Batteriemodulen, kann - je nach Anwendungsfall oder Bedarf - auf eine definierte Anzahl reduziert oder erweitert werden. Eine Abgriffsmöglichkeit der bereitgestellten Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselspannung kann entweder über eine zentrale Schnittstelle, beispielsweise in der Mitte der Batteriemodule, oder über eine entsprechende Anzahl von äußeren Abgriffspunkten oder Abgriffsleitungen am Rand des Batteriesystems, beispielsweise Batterieanschlusspole, erfolgen. Zu diesem Zweck sind vorliegend nicht dargestellte Batterieanschlusspole vorgesehen.The one in the 1 The number of semiconductor switching elements shown between the battery modules can - depending on the application or requirement - be reduced or expanded to a defined number. The provided phase voltages of the three-phase alternating voltage can be tapped either via a central interface, for example in the middle of the battery modules, or via a corresponding number of external tapping points or tapping lines at the edge of the battery system, for example battery terminals. For this purpose, battery connection poles (not shown) are provided in the present case.

Abhängig vom Schließen der Halbleiterschaltelemente zwischen den Batteriemodulen können unterschiedliche Kombinationen und damit entweder Serien- oder Parallelschaltungen von Batteriemodulen erreicht werden. Sind beispielsweise in einem Mehrphasensystem alle gezeigten Batteriemodule 10, 12, 14, 16, 18, 20 einer einzigen Phasenspannung zugeordnet und werden lediglich die Batteriemodule 10, 14, 18 beziehungsweise einzelne Batteriezellen dieser Batteriemodule zur Generierung dieser Spannungsphase, zum Beispiel Phase 1 benötigt, ergeben sich durch die Modulmatrix einige Vorteile.Depending on the closing of the semiconductor switching elements between the battery modules, different combinations and thus either series or parallel connections of battery modules can be achieved. For example, are all battery modules shown in a multi-phase system 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th assigned to a single phase voltage and only the battery modules are used 10 , 14th , 18th or individual battery cells of these battery modules to generate this voltage phase, for example phase 1 required, the module matrix has some advantages.

Zum einen ergibt sich ein schnelleres „Überbrücken“ von aktuell nicht erforderlichen Batteriemodulen, hier zum Beispiel die Batteriemodule 16 und 20, dadurch, dass sich eine direkte Verbindung zwischen den Batteriemodulen 10 und 18 über das Schließen des dazwischenliegenden Halbleiterschaltelements realisieren lässt. Die Batteriemodule 16 und 20 brauchen dazu nicht mehr extra durchflossen werden.On the one hand, there is a faster “bridging” of battery modules that are currently not required, here for example the battery modules 16 and 20th , in that there is a direct connection between the battery modules 10 and 18th can be realized by closing the intermediate semiconductor switching element. The battery modules 16 and 20th no longer need an extra flow.

Zum anderen können diese Batteriemodule jetzt inklusive des ebenso nicht erforderlichen Batteriemoduls 12 zur Spannungsgenerierung einer oder mehrerer weiterer Phasenspannungen genutzt werden. On the other hand, these battery modules can now include the battery module that is also not required 12th can be used to generate one or more additional phase voltages.

2 zeigt in einer schematischen Ausschnittdarstellung wie 1 einen ersten Betriebszustand der Batterie 48, bei der die Batteriemodule 10, 14, 18 über die Halbleiterschaltelemente Se2, Se4 in Reihe geschaltet sind, um eine Phasenspannung der vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung an den nicht dargestellten Batterieanschlusspolen der Batterie 48 bereitzustellen. Der Schaltzustand der Halbleiterschaltelemente Se1, Se2, Se3, Se4 ist vorliegend lediglich für einen kurzen Zeitraum vorgesehen, weil die Batterie 48 vorliegend dazu ausgebildet ist, an ihren Batterieanschlusspolen die Phasenspannungen der mehrphasigen Wechselspannung bereitzustellen, und zwar hier eine dreiphasige Wechselspannung, um ein Bordnetz 70 eines Kraftfahrzeugs 68 mit elektrischer Energie versorgen zu können (6). 2 shows in a schematic detail how 1 a first operating state of the battery 48 , in which the battery modules 10 , 14th , 18th via the semiconductor switching elements Ne2 , Ne4 are connected in series to a phase voltage of the predetermined polyphase electrical alternating voltage at the battery terminals, not shown, of the battery 48 provide. The switching state of the semiconductor switching elements Ne1 , Ne2 , Ne3 , Ne4 is only provided for a short period of time because the battery 48 In the present case, it is designed to provide the phase voltages of the polyphase alternating voltage at its battery connection poles, specifically here a three-phase alternating voltage to an on-board network 70 of a motor vehicle 68 to be able to supply electrical energy ( 6th ).

6 zeigt das Kraftfahrzeug 68 in einer schematischen Seitenansicht. Das Bordnetz 70 umfasst die Batterie 48 sowie eine Asynchronmaschine 72 als Antriebseinrichtung. Die Asynchronmaschine 72 ist vorliegend als dreiphasige Wechselspannungsmaschine ausgebildet. Die Asynchronmaschine 72 direkt an die Batterie 48 angeschlossen, sodass ein separater Wechselrichter eingespart werden kann. 6th shows the motor vehicle 68 in a schematic side view. The on-board network 70 includes the battery 48 as well as an asynchronous machine 72 as a drive device. The asynchronous machine 72 is in the present case designed as a three-phase alternating voltage machine. The asynchronous machine 72 directly to the battery 48 connected so that a separate inverter can be saved.

Mittels einer Steuereinheit 60 wird die Batterie 48, und zwar ihre Halbleiterschaltelemente, die insbesondere die Halbleiterschaltelemente Se1, Se2, Se3, Se4 umfassen, derart betrieben, dass die drei Phasenspannungen der Wechselspannung für die Asynchronmaschine 72 durch Betrieb der Batterie 48 nach Art eines Mehrpegelenergiewandlers entsprechend bereitgestellt werden können.By means of a control unit 60 becomes the battery 48 , namely their semiconductor switching elements, in particular the semiconductor switching elements Ne1 , Ne2 , Ne3 , Ne4 include, operated in such a way that the three phase voltages of the AC voltage for the asynchronous machine 72 by operating the battery 48 can be provided accordingly in the manner of a multi-level energy converter.

Eine beispielhafte Verschaltung und Zuteilung von einzelnen Batteriemodulen zu unterschiedlichen Phasen ist zum Beispiel: Batteriemodule 10, 14 und 18 zu Phase 1, Batteriemodul 12 zu Phase 2 und Batteriemodule 16 und 20 zu Phase 3.An example of the interconnection and allocation of individual battery modules to different phases is for example: Battery modules 10 , 14th and 18th to phase 1 , Battery module 12th to phase 2 and battery modules 16 and 20th to phase 3 .

3 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung wie 1 einen zweiten Betriebszustand der Halbleiterschaltelemente Se1, Se2, Se3, Se4, wonach die Batteriemodule 10, 14, 16 nunmehr in Reihe geschaltet sind, um eine andere momentan gewünschte Phasenspannung der vorgegebenen elektrischen Wechselspannung an den entsprechenden Batterieanschlusspolen bereitstellen zu können. Abhängig von der Größe der bereitzustellenden elektrischen Phasenspannung sowie auch abhängig von der Beanspruchung der Batteriemodule 10, 12, 14, 16, 18, 20 können durch entsprechendes Einstellen der Halbleiterschaltelemente Se1, Se2, Se3, Se4 sowie der weiteren nicht bezeichneten Halbleiterschaltelemente die gewünschten Betriebszustände zum Bereitstellen der jeweiligen Phasenspannungen eingenommen werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass Batteriemodule 10, 12, 14, 16, 18, 20 bedarfsweise aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden. 3 shows in a further schematic representation how 1 a second operating state of the semiconductor switching elements Ne1 , Ne2 , Ne3 , Ne4 , after which the battery modules 10 , 14th , 16 are now connected in series in order to be able to provide another momentarily desired phase voltage of the predetermined electrical alternating voltage at the corresponding battery connection poles. Depending on the size of the electrical phase voltage to be provided and also depending on the stress on the battery modules 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th can be achieved by setting the semiconductor switching elements accordingly Ne1 , Ne2 , Ne3 , Ne4 as well as the other semiconductor switching elements, not designated, the desired operating states for providing the respective phase voltages are assumed. It can be provided that battery modules 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th activated or deactivated as required.

Aufgrund der zeitlichen Änderung der Phasenspannungen gegenüber 2 ändern sich die geforderten Spannungsamplituden und damit die Zuteilung der Batteriemodule. Im nächsten Zeitschritt gemäß 3 werden zum Beispiel die Batteriemodule 10, 14 und 16 zur Generierung von Phase 1 benötigt. Dadurch lässt sich der in 3 gezeigte Ausschnitt an Batteriemodulen aufteilen, wobei erneut alle Batteriemodule genutzt und den zu bildenden Phasenspannungen zugeteilt werden sollen.Due to the change in phase voltages over time 2 the required voltage amplitudes and thus the allocation of the battery modules change. In the next time step according to 3 for example the battery modules 10 , 14th and 16 to generate phase 1 needed. This allows the in 3 Divide the shown section of battery modules, all battery modules being used again and assigned to the phase voltages to be formed.

3 zeigt zum Beispiel die Verschaltung und Zuteilung von einzelnen Batteriemodulen zu unterschiedlichen Phasen im nächsten Zeitschritt: Batteriemodule 10, 14 und 16 zu Phase 1, Batteriemodul 12 zu Phase 2 und Batteriemodule 18 und 20 zu Phase 3. 3 shows, for example, the interconnection and allocation of individual battery modules to different phases in the next time step: battery modules 10 , 14th and 16 to phase 1 , Battery module 12th to phase 2 and battery modules 18th and 20th to phase 3 .

Die Batterie 48 umfasst ferner die Steuereinheit 60, an die sämtliche Halbleiterschaltelemente der Batterie 48, der Batteriemodule 10, 12, 14, 16, 18, 20 sowie gegebenenfalls auch sämtlicher Batteriezellen angeschlossen sind. Durch geeignetes Schalten der Halbleiterschaltelemente können gegebenenfalls nicht nur die einzelnen Batteriezellen in den Batteriemodulen 10, 12, 14, 16, 18, 20 bedarfsweise aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden, um an den Modulanschlüssen 1, 2, 3, 4 eine gemäß der jeweiligen vorgegebenen elektrischen Wechselspannung bereitzustellende Spannung bereitstellen zu können, sondern es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, durch Aktivierung der jeweiligen Batteriemodule die Flexibilität weiter zu vergrößern. Insbesondere besteht die Möglichkeit, einzelne Batteriemodule vollständig zu aktivieren oder zu deaktivieren oder auch im bestimmungsgemäßen Betrieb einem anderen Spannungsbereitstellungsstrang zur Verfügung zu stellen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Batterie 48 nicht nur die Funktionalität eines dreiphasigen Wechselrichters nach Art eines Mehrpegelenergiewandlers bereitzustellen vermag, sondern es besteht auch die Möglichkeit, eine Vielzahl von sehr unterschiedlichen elektrischen Spannungen nahezu zeitgleich bereitzustellen. Dabei ist es mit der erfindungsgemäßen Schaltungsstruktur möglich, sowohl positive als auch negative elektrische Potentiale gegenüber einem Batteriebezugspotentialanschluss beziehungsweise Batteriebezugspotential bereitzustellen. Darüber hinaus ist es möglich, bedarfsweise Amplituden und/oder auch Phasenverschiebungen bei Wechselspannungen zu variieren, wenn dies zum Beispiel im bestimmungsgemäßen Betrieb der Asynchronmaschine 72 gewünscht ist oder dergleichen.The battery 48 further comprises the control unit 60 , to which all semiconductor switching elements of the battery 48 , the battery modules 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th and possibly also all battery cells are connected. By appropriately switching the semiconductor switching elements, not only the individual battery cells in the battery modules can, if necessary 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th activated or deactivated as required in order to connect to the module 1 , 2 , 3 , 4th to be able to provide a voltage to be provided in accordance with the respective predetermined electrical AC voltage, but there is also the possibility of further increasing the flexibility by activating the respective battery modules. In particular, there is the possibility of fully activating or deactivating individual battery modules or of making them available to another voltage supply line during normal operation. This can achieve that the battery 48 not just the functionality of a three-phase inverter like a Able to provide multi-level energy converter, but there is also the possibility of providing a large number of very different electrical voltages almost simultaneously. With the circuit structure according to the invention, it is possible to provide both positive and negative electrical potentials with respect to a battery reference potential connection or battery reference potential. In addition, it is possible, if necessary, to vary amplitudes and / or phase shifts in the case of alternating voltages, if this is, for example, during normal operation of the asynchronous machine 72 is desired or the like.

Die Anordnung der Batteriemodule 10, 12, 14, 16, 18, 20 kann in Form einer Modulmatrix erfolgen, wobei die Batteriemodule 10, 12, 14, 16, 18, 20 im Gegensatz zu einer bloßen Serienschaltung dieser mit mehr als nur zwei Nachbarmodulen über die als Leistungsschalter ausgebildeten Halbleiterschaltelemente verbunden sind, sodass die Möglichkeit besteht, Batteriemodule beliebig miteinander zu verbinden, galvanisch voneinander abzutrennen, einzelne Batteriemodule zu überbrücken oder gegebenenfalls auch zur ergänzenden Generierung einzelner DC-Spannungen, zum Beispiel für eine Bordnetz-Spannung, einzusetzen.The arrangement of the battery modules 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th can be in the form of a module matrix, with the battery modules 10 , 12th , 14th , 16 , 18th , 20th In contrast to a simple series connection, these are connected to more than just two neighboring modules via the semiconductor switching elements designed as power switches, so that there is the possibility of connecting battery modules with one another as desired, galvanically separating them from one another, bridging individual battery modules or, if necessary, also for the additional generation of individual DC Use voltages, for example for a vehicle electrical system voltage.

4 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung eine tatsächliche Batterienutzung, ein verfügbares Nutzungspotential, einen Energiepuffer sowie die drei Phasenspannungen der Wechselspannung in einem zeitlichen Verlauf. Eine Abszisse ist der Zeit zugeordnet, wohingegen eine Ordinate einer normierten Spannung zugeordnet ist. Mit Graphen 80, 82, 84 sind die drei Phasenspannungen der Wechselspannung dargestellt. Zu erkennen ist, dass deren Amplituden auf den Wert 1 normiert sind. Mit einem Graphen 86 ist eine Spannungsnutzung entsprechend der Bereitstellung der Phasenspannungen dargestellt. Ein Graph 88 kennzeichnet ein tatsächlich verwendetes maximales Nutzungspotential der Batterie 48. 4th shows in a schematic diagram representation an actual battery usage, an available usage potential, an energy buffer and the three phase voltages of the alternating voltage over time. An abscissa is assigned to time, whereas an ordinate is assigned to a normalized voltage. With graph 80 , 82 , 84 the three phase voltages of the alternating voltage are shown. It can be seen that their amplitudes are on the value 1 are normalized. With a graph 86 a voltage utilization is shown according to the provision of the phase voltages. A graph 88 indicates a maximum usage potential of the battery actually used 48 .

Zu erkennen ist, dass das tatsächlich verwendete maximale Nutzungspotential einem normierten Spannungswert von 2 aufweist. Ein weiterer Graph 90 kennzeichnet das durch die Batterie 48 insgesamt verfügbare Nutzungspotential, wenn sämtliche Batteriemodule der Batterie 48 genutzt werden. Mit dem Graphen 92 ist ein Energiepuffer gekennzeichnet, der eine Differenz zwischen dem Graphen 90, der vorliegend der normierten Spannung mit dem Wert 3 entspricht, und dem tatsächlich verwendeten maximalen Nutzungspotential darstellt. Für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Batterie 48 zur Bereitstellung der dreiphasigen Wechselspannung bräuchte die Batterie 48 lediglich für das tatsächlich verwendete maximale Nutzungspotential gemäß dem Graphen 88 ausgelegt zu sein. Der Energiepuffer 92 stellt somit bezüglich dieser Anwendung eine Art Überdimensionierung bereit, die nicht nur der Flexibilität dienen kann, sondern die auch der Zuverlässigkeit der Batterie 48 dienen kann, weil sie es ermöglicht, defekte Batteriemodule beziehungsweise gestörte Batteriemodule aus der Nutzung auszuschließen und stattdessen Batteriemodule des Energiepuffers entsprechend der Nutzung zuzuführen.It can be seen that the maximum usage potential actually used has a normalized voltage value of 2. Another graph 90 indicates this by the battery 48 total available usage potential if all battery modules of the battery 48 be used. With the graph 92 is marked an energy buffer, which is a difference between the graph 90 , which is the normalized voltage with the value 3 corresponds, and represents the actually used maximum usage potential. For the intended use of the battery 48 the battery would be required to provide the three-phase alternating voltage 48 only for the maximum usage potential actually used according to the graph 88 to be designed. The energy buffer 92 thus provides a kind of oversizing with regard to this application, which can not only serve the flexibility, but also the reliability of the battery 48 can serve because it makes it possible to exclude defective battery modules or faulty battery modules from use and instead to supply battery modules of the energy buffer according to the use.

Die im Wesentlichen vergleichbare Situation ergibt sich auch für Vielfache von dreiphasigen Wechselspannungen, beispielsweise sechsphasige Wechselspannungen, neunphasige Wechselspannungen oder dergleichen. Es ergeben sich hierfür ähnliche Größenordnungen für den Energiepuffer.The essentially comparable situation also arises for multiples of three-phase alternating voltages, for example six-phase alternating voltages, nine-phase alternating voltages or the like. There are similar orders of magnitude for the energy buffer.

5 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung die Wirkung der wechselnden Zuordnung von Batteriemodulen bei der Bereitstellung der mehrphasigen Wechselspannung abhängig von der Anzahl der Phasen der Wechselspannung. Eine Abszisse des Diagramms ist der Anzahl der Phasen zugeordnet, wohingegen eine Ordinate einer normierten aktiven Nutzung der Batterie 48 zugeordnet ist. Dies entspricht dem relativen Anteil von aktuell aktiv genutzten Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen, was mit dem Graphen 94 im Diagramm gemäß 5 dargestellt ist. Es handelt sich hierbei um ein Verhältnis der aktiv genutzten Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule in Bezug auf die Gesamtzahl der Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule. Mit einem Graphen 96 ist ein zweidrittel-Wert gekennzeichnet. Aus 5 ist ersichtlich, dass der Graph 94 - außer für den Fall der Anzahl der Phasen von zwei - im Wesentlichen dem Graphen 96 entspricht. Mit dem Graphen 98 ist eine Abweichung in Bezug auf das gesamte verfügbare Nutzungspotential der Batterie 48 angegeben. 5 shows in a schematic diagram the effect of the changing assignment of battery modules when providing the multiphase alternating voltage depending on the number of phases of the alternating voltage. An abscissa of the diagram is assigned to the number of phases, whereas an ordinate is assigned to normalized active use of the battery 48 assigned. This corresponds to the relative proportion of currently actively used battery cells or battery modules, which is what the graph shows 94 in the diagram according to 5 is shown. This is a ratio of the actively used battery cells or battery modules in relation to the total number of battery cells or battery modules. With a graph 96 a two-thirds value is marked. Out 5 it can be seen that the graph 94 - except in the case of the number of phases of two - essentially the graph 96 corresponds to. With the graph 98 is a deviation in relation to the total available usage potential of the battery 48 specified.

Aus 5 ist ersichtlich, dass für die Bereitstellung einer mehrphasigen Wechselspannung mit mehr als zwei Phasen dauerhaft ein nicht genutztes Nutzungspotential der Batterie 48 von etwa einem Drittel vorliegt. Dieses Nutzungspotential kann zur Optimierung des Betriebs der Batterie 48 genutzt werden. Dabei ist zu beachten, dass das ungenutzte Nutzungspotential stets in Form von unterschiedlichen beziehungsweise zeitlich variierenden Batteriemodulen beziehungsweise Batteriezellen vorliegt, weil zur Spannungsbereitstellung der Phasenspannungen vorzugsweise Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule ausgewählt werden, die es ermöglichen, die aktuell bereitzustellende Phasenspannung am besten nachbilden zu können, beispielsweise unter Berücksichtigung eines Balancings oder dergleichen.Out 5 it can be seen that for the provision of a multiphase alternating voltage with more than two phases there is a permanent unused potential of the battery 48 of about one third is present. This potential use can be used to optimize the operation of the battery 48 be used. It should be noted that the unused potential use is always in the form of different or time-varying battery modules or battery cells, because battery cells or battery modules are preferably selected to provide the phase voltages, which make it possible to best simulate the current phase voltage to be provided, for example under Consideration of a balancing or the like.

Dadurch ist es möglich, zeitweise deaktivierte Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen zur Bereitstellung anderer Phasenspannungen einzusetzen. Dies ist unter anderem deshalb möglich, weil die Phasenspannungen, die ihrerseits einzelne Wechselspannungen darstellen, hinsichtlich ihrer Phasenlage zueinander verschoben sind. Die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Phasen ist vorzugsweise für sämtliche der Phasenspannungen zueinander gleich, wobei insbesondere ein Wert der Phasenverschiebung von einer Anzahl der Phasen abhängig sein kann. Bei einer dreiphasigen Wechselspannung sind die Phasenspannungen daher üblicherweise um etwa 120° gegenüber einander phasenverschoben. Für eine höhere Anzahl von Phasen ergibt sich entsprechendes.This makes it possible to use temporarily deactivated battery modules or battery cells Provision of other phase voltages to be used. This is possible, among other things, because the phase voltages, which in turn represent individual alternating voltages, are shifted relative to one another with regard to their phase position. The phase shift between the individual phases is preferably identical to one another for all of the phase voltages, wherein in particular a value of the phase shift can be dependent on a number of the phases. In the case of a three-phase alternating voltage, the phase voltages are therefore usually phase-shifted by approximately 120 ° with respect to one another. The same applies to a higher number of phases.

Es ist ferner möglich, eine variable Sternpunktverschiebung zu realisieren, wenn die Batterie 48 dazu genutzt wird, die dreiphasige Wechselspannung als auf einen Sternpunkt bezogene Wechselspannungen bereitzustellen. Dabei ist es möglich, dass der Sternpunkt der Phasenspannungen durch die Batterie 48 beziehungsweise die Batteriemodule propagiert werden kann. Es besteht darüber hinaus natürlich die Möglichkeit, auch mehrere Sternpunkte oder auch Phasenabgriffe zu integrieren, die bedarfsweise aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden können.It is also possible to implement a variable neutral point shift when the battery 48 is used to provide the three-phase alternating voltage as alternating voltages related to a star point. It is possible that the neutral point of the phase voltages is caused by the battery 48 or the battery modules can be propagated. There is of course also the option of integrating several star points or phase taps that can be activated or deactivated as required.

Der wesentliche Vorteil der vorgestellten Patentidee besteht darin, dass Batteriezellen, welche ursprünglich der Generierung einer einzigen Phasenspannung zugeordnet waren, aufgrund des aktuellen Spannungswertes oder ähnliches allerdings zeitweise ungenutzt vorliegen, für die Erzeugung anderer Phasenspannungen eingesetzt werden können.The main advantage of the presented patent idea is that battery cells, which were originally assigned to the generation of a single phase voltage, but are temporarily unused due to the current voltage value or the like, can be used to generate other phase voltages.

Folglich wird das Batteriesystem dahingehend optimiert, dass zu vorzugsweise allen Zeiten das „gesamte zur Verfügung stehende Batteriepotential“ genutzt werden kann.As a result, the battery system is optimized so that the “entire available battery potential” can be used at all times.

Dadurch kann die Freiheit einer flexiblen Zuteilung von Batteriezellen und/ oder Batteriemodulen oder Batterien zu unterschiedlichen, zum Beispiel sinusförmigen, Phasenspannungen geschaffen werden. Damit ist gemeint, dass diese ihren aktuellen Spannungswert zu der jeweils zugeordneten Phasenspannung beitragen.As a result, the freedom of flexible allocation of battery cells and / or battery modules or batteries to different, for example sinusoidal, phase voltages can be created. This means that they contribute their current voltage value to the respectively assigned phase voltage.

Dabei kann die Zuteilung je nach gewählten Frequenzwerten oder Optimierungsalgorithmen beliebig zeitlich variiert werden, beispielsweise vor und/oder während des Betriebs. Die Zuteilung kann aus zeitlichen Gründen erfolgen, aber auch aus jedem anderen Kriterium resultieren. Die Zuteilung kann zellindividuell fest oder variabel sein. Die Zuteilung kann zwischen fest und variabel einmalig oder mehrmalig wechseln.The allocation can be varied at any time depending on the selected frequency values or optimization algorithms, for example before and / or during operation. The allocation can take place for reasons of time, but also result from any other criterion. The allocation can be fixed or variable for each cell. The allocation can change between fixed and variable once or several times.

Im Vergleich zu herkömmlichen Mehrpegelenergiewandlern kann die Anzahl der effektiv verwendeten Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule erhöht werden. Die zusätzlichen Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule können zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Batteriesystems beziehungsweise der Batterie genutzt werden. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung des Mehrpegelenergiewandlers erhöht werden. Bei gleicher Stromfähigkeit der Spannungsquelle kann die Leistung proportional zu jeder neu hinzugefügten Spannungsquelle erhöht werden. Bei gleichbleibenden Leistungsanforderungen hingegen, kann die Erhöhung des Spannungslevels eine geringere Strombelastung zur Folge haben. Daraus resultieren beispielsweise geringere Verlustleistungen und eine geringe Alterung der Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule.Compared to conventional multi-level energy converters, the number of effectively used battery cells or battery modules can be increased. The additional battery cells or battery modules can be used to increase the performance of the battery system or the battery. For example, the output voltage of the multi-level energy converter can be increased. With the same current capacity of the voltage source, the power can be increased proportionally to each newly added voltage source. If the power requirements remain the same, however, the increase in the voltage level can result in a lower current load. This results, for example, in lower power losses and less aging of the battery cells or battery modules.

Die vorgeschlagene Idee erlaubt die Gestaltung von Ausgangsspannungen beliebiger Phasenanzahl m. Hierbei können die einzelnen Phasenspannungen ebenso beliebige Formen, wie zum Beispiel Sinuskurve, Dreieck-, Sägezahn et cetera, beinhalten, flexible Phasenverschiebungen zueinander besitzen sowie in ihren Amplituden (VAC) je nach Bedarf individuell eingestellt werden.The proposed idea allows the design of output voltages of any number of phases m. The individual phase voltages can also contain any shape, such as sine curve, triangle, sawtooth etc., have flexible phase shifts to one another and their amplitudes (VAC) individually as required can be set.

Dabei kann beachtet werden, dass sich basierend auf den jeweiligen Phasenverschiebungen der zu erzeugenden Ausgangsspannungen des Mehrpegelenergiewandlers die Werte des tatsächlich genutzten Spannungs-/ Batteriepotentials über der Zeit ändern kann. Dies kann je nach Anwendungsfall untersucht und berücksichtigt werden.It can be noted that based on the respective phase shifts of the output voltages to be generated by the multi-level energy converter, the values of the voltage / battery potential actually used can change over time. Depending on the application, this can be examined and taken into account.

Im Falle eines äquidistanten Phasenversatzes zwischen den einzelnen Phasenspannungen, welcher meist, speziell bei einer elektrischen Maschine, vorliegt, ist der Wert des tatsächlich genutzten Batteriepotentials und damit auch der Wert des „ungenutzten“ Nutzungspotentials aber näherungsweise konstant.In the case of an equidistant phase shift between the individual phase voltages, which is mostly present, especially in an electrical machine, the value of the actually used battery potential and thus also the value of the "unused" potential is approximately constant.

Die beschriebene Idee bietet ebenso die Freiheit, Ausgangsspannungen zu erzeugen, die einen positiven und/oder negativen Gleichspannungsoffset aufweisen. Dazu braucht innerhalb einer Periode lediglich die Zahl an Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule, welche derartig durchflossen werden, dass sie einen positiven Spannungsbeitrag zur jeweiligen Phasenspannung leisten, von der Zahl an Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen unterscheiden, welche einen negativen Spannungsbeitrag zur jeweiligen Phasenspannung beitragen.The idea described also offers the freedom to generate output voltages that have a positive and / or negative DC voltage offset. For this purpose, only the number of battery cells or battery modules, which are flowed through in such a way that they make a positive voltage contribution to the respective phase voltage, needs to be differentiated within a period from the number of battery cells or battery modules which make a negative voltage contribution to the respective phase voltage.

Die Auswahl der einzelnen Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule für die jeweiligen Phasenspannungen, die Ermittlung aktuell ungenutzter Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule, eine diesbezüglich optimierte „Aufteilung“ des Batteriesystems sowie maximal effiziente Ansteuerung der eingebauten Leistungshalbleiter erfolgt mit einer Steuereinrichtung, die entsprechende Ansteueralgorithmen nutzen kann.The selection of the individual battery cells or battery modules for the respective phase voltages, the determination of currently unused battery cells or battery modules, an optimized “division” of the battery system in this regard and the most efficient control of the built-in power semiconductors is carried out with a control device that can use appropriate control algorithms.

Es kann frei entschieden werden, ob alle oder nur ein Teil des neu zugänglichen Nutzungspotentials genutzt wird. Beispielsweise kann nur ein Teil der Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule verwendet werden, um die Symmetrie des Mehrphasensystems bei Ausfällen von Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen zu gewährleisten. In einem anderen Fall besteht die Möglichkeit unsymmetrische Mehrphasensysteme zu erzeugen, um beispielsweise die Belastung durch unsymmetrische Lasten eventuell im Fehlerfall besser kompensieren zu können.It can be freely decided whether all or only a part of the newly accessible potential is used. For example, only some of the battery cells or battery modules can be used in order to ensure the symmetry of the multiphase system in the event of failure of battery cells or battery modules. In another case, there is the possibility of generating asymmetrical multi-phase systems in order, for example, to be able to better compensate the load caused by asymmetrical loads in the event of a fault.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit mehrphasige Spannungssysteme mit einer geringeren Gesamtanzahl an Einzelspannungsquellen zu erstellen. Beispielsweise legt die Ausgangsspannung eines Batteriesystems beziehungsweise einer Batterie fest, wieviele Zellen in diesem Batteriesystem beziehungsweise der Batterie in Serie geschaltet sind. Soll ein Batteriesystem mit weniger Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen erstellt werden, so ist dieses nicht möglich, ohne die Vorgabe der gewünschten Ausgangsspannung zu senken. Mit der hier vorgeschlagenen Lösung ist es möglich, Batteriesysteme beziehungsweise Batterien mit einer kleineren Anzahl an Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen zu erstellen, und zwar bei gleichbleibender Ausgangsspannung. Dies wird möglich, indem zeitweise ungenutzte Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule einer jeweiligen Phase, Spannungsbeiträge zu einer oder mehreren anderen Phasen liefern können, beispielsweise indem Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule zu Phasen variabel zugeteilt werden.It is also possible to create multi-phase voltage systems with a smaller total number of individual voltage sources. For example, the output voltage of a battery system or a battery determines how many cells are connected in series in this battery system or the battery. If a battery system is to be created with fewer battery cells or battery modules, this is not possible without lowering the specification of the desired output voltage. With the solution proposed here, it is possible to create battery systems or batteries with a smaller number of battery cells or battery modules, with a constant output voltage. This is made possible by temporarily unused battery cells or battery modules of a respective phase being able to supply voltage contributions to one or more other phases, for example by variably allocating battery cells or battery modules to phases.

Ein sich ebenso aus der vorgeschlagenen Idee ergebender Vorteil wäre die Reduzierung des Volumens und des Gewichts des Batteriesystems beziehungsweise der Batterie. Im Falle der tatsächlichen Nutzung des gesamten Nutzungspotentials durch Zuteilung von zeitweise ungenutzten Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen zu anderen Phasenspannungen, lässt sich eine signifikante Zahl an Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen einsparen, woraufhin sich der Bauraum beziehungsweise benötigter Platzbedarf der Batterie reduzieren kann.An advantage that would also result from the proposed idea would be the reduction in the volume and weight of the battery system or the battery. In the case of the actual use of the entire usage potential by allocating temporarily unused battery cells or battery modules to other phase voltages, a significant number of battery cells or battery modules can be saved, whereupon the installation space or required space requirements of the battery can be reduced.

Es ist ebenso möglich, das neu erschlossene Potential an Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen zur Kompensation von ausgefallenen Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodulen zu verwenden. Fällt eine Batteriezelle beziehungsweise ein Batteriemodul aus einem Strang aus, so kann sie durch eine oder mehrere zeitlich ungenutzter Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule kompensiert werden.It is also possible to use the newly developed potential on battery cells or battery modules to compensate for failed battery cells or battery modules. If a battery cell or a battery module fails in a string, it can be compensated for by one or more battery cells or battery modules that have not been used for a period of time.

Mit der Erfindung können ferner folgende Wirkungen erreicht werden:

Die Ressourcennutzung von zeitweilig eigentlich inaktiv geschalteten Batteriezellen lässt sich beispielsweise durch eine Modularität von Batteriezellen realisieren. Anders als bei Mehrpegelenergiewandlern des Stands der Technik zeichnet sich die Modularität der erfindungsgemäßen Topologie durch keine bloße Serienschaltung von Batteriemodulen, beispielsweise innerhalb einer Phase, sondern gewissermaßen durch eine Modulmatrix aus, in welcher ein Batteriemodul mit mehr als zwei Nachbarbatteriemodulen verbunden werden kann, zum Beispiel z Nachbarbatteriemodulen, wobei z der Anzahl an Leistungsschaltern entspricht, über welche das jeweilige Batteriemodul mit anderen Batteriemodulen elektrisch verbunden werden kann. Es sind damit z unterschiedliche Strompfade durch ein Modul möglich.

The invention can also achieve the following effects:

The use of resources from battery cells that are temporarily actually inactive can be implemented, for example, through a modularity of battery cells. In contrast to prior art multi-level energy converters, the modularity of the topology according to the invention is not characterized by a mere series connection of battery modules, for example within a phase, but to a certain extent by a module matrix in which a battery module can be connected to more than two neighboring battery modules, e.g. Neighboring battery modules, where z corresponds to the number of circuit breakers via which the respective battery module can be electrically connected to other battery modules. This means that z different current paths are possible through a module.

Diese Funktionalität erleichtert beziehungsweise ermöglicht die Bildung von positiven und negativen Ausgangsspannungspegeln, das heißt, integriert damit die Fähigkeit der Polaritätsumkehr der Ausgangsspannungen. Ebenso ist es möglich, einzelne Batteriemodule in der Batterie jeweils mit einer unterschiedlichen Anzahl an Halbleiterschaltelementen außerhalb der Batteriemodule, zum Beispiel z_i, wobei i dem i-ten Batteriemodul entspricht, auszustatten, sodass die Zahl der Modulverbindungen variieren kann. Dies ist insofern von Vorteil, als dass sich die Anzahl an Nachbarbatteriemodulen eines Batteriemoduls, welches sich im Inneren einer Batterie befindet, von der eines Randbatteriemoduls der Batterie unterscheiden kann. Dabei braucht diese Modularität nicht auf eine Batterieebene, zum Beispiel zweidimensional begrenzt sein, sondern es ist ebenso eine dreidimensionaler Struktur zahlreicher Batteriemodule denkbar.This functionality facilitates or enables the formation of positive and negative output voltage levels, that is, integrates the ability to reverse the polarity of the output voltages. It is also possible to equip individual battery modules in the battery with a different number of semiconductor switching elements outside the battery modules, for example z _i , where i corresponds to the i-th battery module, so that the number of module connections can vary. This is advantageous in that the number of neighboring battery modules of a battery module, which is located inside a battery, can differ from that of an edge battery module of the battery. This modularity does not need to be limited to one battery level, for example two-dimensionally, but a three-dimensional structure of numerous battery modules is also conceivable.

Die Zuteilung der Batteriemodule zu den einzelnen Phasen sowie die Erzeugung der Gate-Signale für die Halbleiterschaltelemente zwischen den einzelnen Batteriemodulen lassen sich über entsprechende Modulations-/ Ansteuerverfahren generieren. Dabei kann die Generierung der Schaltsignale für die Halbleiterschaltelemente zwischen den Batteriemodulen in derartiger Form gewählt werden, dass sich diese im Idealfall nur niederfrequent verändern und somit geringe Schaltverluste entstehen. Dies ist beispielsweise an der Zuteilung von Batteriemodul 12 in den zuvor gezeigten 1 bis 3 erkennbar, da sich die Einordnung dieses Batteriemoduls über mehr als einen Zeitschritt hinweg und damit einhergehend die Schalterstellungen der dieses Batteriemodul umgebenden Halbleiterschaltelemente nicht ändern.The allocation of the battery modules to the individual phases and the generation of the gate signals for the semiconductor switching elements between the individual battery modules can be generated using appropriate modulation / control methods. The generation of the switching signals for the semiconductor switching elements between the battery modules can be selected in such a way that, in the ideal case, they only change at low frequencies and thus low switching losses occur. This is, for example, due to the allocation of battery modules 12th in the previously shown 1 to 3 recognizable, since the classification of this battery module extends over more than one time step and goes hand in hand with it do not change the switch positions of the semiconductor switching elements surrounding this battery module.

Im Hinblick auf den bestehenden Vorteil, dass einzelne Batteriemodule bei der vorgeschlagenen Topologie ebenso für die Bereitstellung einer konstanten DC-Spannung genutzt werden können, kann beispielsweise Batteriemodul 12 in 2 sowie 3 auch zu diesem Zweck genutzt werden und dauerhaft die geforderte Bordnetzspannung, die zum Beispiels 48V betragen kann, liefern. In der Folge entsteht mit der vorgeschlagenen Schaltidee/- topologie die Kombination eines DC/AC- sowie eines DC/DC-Konverters/ ein DC-AC/DC- Inverter durch die Batterie 48.With regard to the existing advantage that individual battery modules can also be used to provide a constant DC voltage with the proposed topology, a battery module can be used, for example 12th in 2 as 3 can also be used for this purpose and permanently the required electrical system voltage, for example 48V can amount to deliver. As a result, the proposed switching idea / topology results in the combination of a DC / AC and a DC / DC converter / a DC-AC / DC inverter through the battery 48 .

Wie bereits zuvor erwähnt, muss die Modulmatrix nicht auf eine Ebene beschränkt sein, sondern lässt sich auch auf mehrere Ebenen ausweiten.As already mentioned, the module matrix does not have to be limited to one level, but can also be expanded to several levels.

Innerhalb der verschiedenen Batteriemodule lassen sich ebenso verschiedene Schalttopologien der Batteriezellen 46 realisieren. Dabei können verschiedenste Topologievarianten mit p parallelgeschalteten Batteriezellen/ oder -strängen sowie m seriell verschalteten Batteriezellen umgesetzt werden.Different switching topologies of the battery cells can also be used within the various battery modules 46 realize. A wide variety of topology variants can be implemented with p battery cells / or strings connected in parallel and m battery cells connected in series.

Um das Batteriemodul 10 herum befinden sich vier externe Halbleiterschaltelemente Se₁ , Se₂ , Se₃ , Se₄ zur Kombination/ Verbindung mit anderen Batteriemodulen. Die Halbleiterschaltelemente S_b1, S_b2, S_b3, S_b4 innerhalb des Batteriemoduls erlauben zusätzlich die Verbindung oder das Abkoppeln einzelner Stränge voneinander sowie die Möglichkeit der Stromführung ausgehend von jedem der externen Halbleiterschaltelemente Se₁ , Se₂ , Se₃ , Se₄ durch das Batteriemodul zu einem beliebigen anderen dieser vier Halbleiterschaltelemente.To the battery module 10 around there are four external semiconductor switching elements Se ₁ , Se ₂ , Se ₃ , Se ₄ for combination / connection with other battery modules. The semiconductor _{switching elements} S b1, S _b2 , S _b3 , S _b4 within the battery module also allow the connection or decoupling of individual strings from one another and the possibility of conducting current from each of the external semiconductor switching elements Se ₁ , Se ₂ , Se ₃ , Se ₄ through the battery module to any other one of these four semiconductor switching elements.

7 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine Batteriezelle 100 für eine eine dreiphasige elektrische Wechselspannung bereitstellende Batterie 102 (9). Die Batteriezelle 100 weist eine galvanische Zelle 104 auf, die vorliegend dazu ausgebildet ist, elektrochemisch elektrische Energie zu speichern. Die galvanische Zelle 104 ist vorliegend als Lithium-Ion-Zelle ausgebildet und weist zwei Elektrodenanschlüsse 106, 108 auf. Vorliegend ist vorgesehen, dass an einem ersten der Elektrodenanschlüsse 106 ein gegenüber einem zweiten der Elektrodenanschlüsse 108 positives elektrisches Potential anliegt. 7th shows a battery cell in a schematic circuit diagram 100 for a three-phase electrical AC voltage providing battery 102 ( 9 ). The battery cell 100 has a galvanic cell 104 on, which is presently designed to store electrical energy electrochemically. The galvanic cell 104 is in the present case designed as a lithium-ion cell and has two electrode connections 106 , 108 on. In the present case it is provided that on a first one of the electrode connections 106 one opposite a second of the electrode connections 108 positive electrical potential is applied.

Die Batteriezelle 100 umfasst jeweils drei erste Zellenanschlüsse 110, 112, 114 sowie jeweils drei zweite Zellenanschlüsse 116, 118, 120 für jede der durch die Batterie 102 bereitstellbaren Phasen der dreiphasigen Wechselspannung. Jeweils ein erster der Zellenanschlüsse 110, 112, 114 und ein zweiter der Zellenanschlüsse 116, 118, 120 sind einer der Phasen der dreiphasigen Wechselspannung zugeordnet.The battery cell 100 each includes three first cell connections 110 , 112 , 114 as well as three second cell connections 116 , 118 , 120 for each of the by the battery 102 phases of the three-phase alternating voltage that can be provided. In each case a first of the cell connections 110 , 112 , 114 and a second one of the cell terminals 116 , 118 , 120 are assigned to one of the phases of the three-phase alternating voltage.

Die Batteriezelle 100 umfasst ferner eine eine Anzahl der bereitstellbaren elektrischen Spannungen, hier der drei Phasen der Wechselspannung, entsprechende Anzahl von Überbrückungsschaltelementen 122, 124, 126, wobei ein jeweiliges der Überbrückungsschaltelemente 122, 124, 126 zwischen einem jeweiligen der ersten Zellenanschlüsse 110, 112, 114 und einem jeweils zugeordneten der zweiten Zellenanschlüsse 116, 118, 120 angeschlossen ist. Damit können die Überbrückungsschaltelemente 122, 124, 126 dazu dienen, in einem jeweiligen eingeschalteten Schaltzustand für eine jeweilige der drei Phasen der dreiphasigen Wechselspannung eine Überbrückungsfunktionalität der Batteriezelle 100 bereitzustellen.The battery cell 100 furthermore comprises a number of bridging switching elements corresponding to a number of the electrical voltages that can be provided, here the three phases of the alternating voltage 122 , 124 , 126 , wherein a respective one of the bypass switching elements 122 , 124 , 126 between a respective one of the first cell terminals 110 , 112 , 114 and a respectively assigned one of the second cell connections 116 , 118 , 120 connected. This allows the bridging switching elements 122 , 124 , 126 serve to provide a bridging functionality of the battery cell in a respective switched-on switching state for a respective one of the three phases of the three-phase alternating voltage 100 provide.

Die Batteriezelle 100 umfasst weiterhin erste Schaltelemente 128, 130, 132. Ein jeweiliges der ersten Schaltelemente 128, 130, 132 ist zwischen dem ersten der beiden Elektrodenanschlüsse 106 und einem jeweiligen der ersten Zellenanschlüsse 110, 112, 114 angeschlossen. Dadurch kann das positive Potential des ersten Elektrodenanschlusses 106 abhängig von einem jeweiligen Schaltzustand der ersten Schaltelemente 128, 130, 132 mit einem jeweiligen der ersten Zellenanschlüsse 110, 112, 114 elektrisch gekoppelt werden.The battery cell 100 further comprises first switching elements 128 , 130 , 132 . A respective one of the first switching elements 128 , 130 , 132 is between the first of the two electrode connections 106 and a respective one of the first cell terminals 110 , 112 , 114 connected. This allows the positive potential of the first electrode connection 106 depending on a respective switching state of the first switching elements 128 , 130 , 132 with a respective one of the first cell terminals 110 , 112 , 114 be electrically coupled.

Die Batteriezelle 100 umfasst ferner zweite Schaltelemente 134, 136, 138. Ein jeweiliges der zweiten Schaltelemente 134, 136, 138 ist zwischen einem zweiten der beiden Elektrodenanschlüsse 108 und einem jeweiligen der zweiten Zellenanschlüsse 116, 118, 120 angeschlossen. Dadurch ist es möglich, das elektrische Potential des Elektrodenanschlusses 108 abhängig von einem jeweiligen Schaltzustand der zweiten Schaltelemente 134, 136, 138 auf einen jeweiligen der zweiten Zellenanschlüsse 116, 118, 120 zu geben.The battery cell 100 further comprises second switching elements 134 , 136 , 138 . A respective one of the second switching elements 134 , 136 , 138 is between a second of the two electrode connections 108 and a respective one of the second cell terminals 116 , 118 , 120 connected. This makes it possible to control the electrical potential of the electrode connection 108 depending on a respective switching state of the second switching elements 134 , 136 , 138 to a respective one of the second cell terminals 116 , 118 , 120 to give.

Die Schaltelemente 122 bis 138 werden vorliegend so geschaltet, dass die galvanische Zelle 104 abhängig von einem jeweiligen Schaltzustand der Schaltelemente 122 bis 138 für eine der drei Phasen aktiviert werden kann. Ist zum Beispiel vorgesehen, dass die Zellenanschlüsse 110, 116 einer ersten Phase der dreiphasigen Wechselspannung zugeordnet sind und soll die galvanische Zelle 104 für die erste Phase aktiviert werden, ist das Überbrückungsschaltelement 122 dann im ausgeschalteten Schaltzustand, wohingegen die entsprechenden ersten und zweiten Schaltelemente 128, 134 im eingeschalteten Schaltzustand sind. Dagegen sind dann die beiden Überbrückungsschaltelemente 124, 126 im eingeschalteten Schaltzustand, wohingegen die ersten Schaltelemente 130, 132 sowie die zweiten Schaltelemente 136, 138 im ausgeschalteten Schaltzustand sind. Dadurch ist die galvanische Zelle 104 für die erste Phase der dreiphasigen Wechselspannung aktiviert. Natürlich kann auch eine vollständige Deaktivierung vorgesehen sein, bei der sämtliche Überbrückungsschaltelemente 122, 124, 126 im eingeschalteten Schaltzustand sind und sämtliche der ersten und zweiten Schaltelemente 128, 130, 132, 134, 136, 138 im ausgeschalteten Schaltzustand sind. Die Batteriezelle 100 kann daher aufgrund dieser Schaltungsstruktur zur Bereitstellung einer jeweiligen Phase der dreiphasigen Wechselspannung flexibel genutzt werden.The switching elements 122 to 138 are switched in such a way that the galvanic cell 104 depending on a respective switching state of the switching elements 122 to 138 can be activated for one of the three phases. For example, it is provided that the cell connections 110 , 116 are assigned to a first phase of the three-phase alternating voltage and should be the galvanic cell 104 activated for the first phase is the bypass switching element 122 then in the switched-off switching state, whereas the corresponding first and second switching elements 128 , 134 are in the switched-on state. In contrast, the two bridging switching elements are then 124 , 126 in the switched-on switching state, whereas the first switching elements 130 , 132 as well as the second switching elements 136 , 138 when switched off Switching status are. This is the galvanic cell 104 activated for the first phase of the three-phase AC voltage. Of course, complete deactivation can also be provided in which all bridging switching elements 122 , 124 , 126 are in the switched-on state and all of the first and second switching elements 128 , 130 , 132 , 134 , 136 , 138 are in the switched-off switching state. The battery cell 100 can therefore be used flexibly due to this circuit structure for providing a respective phase of the three-phase alternating voltage.

8 zeigt in einer weiteren schematischen Schaltbilddarstellung ein Batteriemodul 140 für eine eine dreiphasige Wechselspannung bereitstellende Batterie 102 (9). Das Batteriemodul 140 weist in der in 8 dargestellten Variante vier in Reihe geschaltete Batteriezellen 100 auf, wie sie anhand von 7 bereits erläutert sind. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen kann in anderen Ausgestaltungen bedarfsweise variiert werden. 8th shows a battery module in a further schematic circuit diagram 140 for a three-phase AC voltage providing battery 102 ( 9 ). The battery module 140 points in the in 8th variant shown four battery cells connected in series 100 on how to use 7th are already explained. The number of battery cells connected in series can be varied as required in other configurations.

Die Reihenschaltung aus den vier Batteriezellen 100 ist dadurch gebildet, dass jeweils ein einer jeweiligen Phase der dreiphasigen Wechselspannung zugeordneter erster Zellenanschluss 110, 112, 114 einer ersten der Batteriezellen 100 mit jeweils einem der jeweiligen Phase der dreiphasigen Wechselspannung zugeordneten zweiten Zellenanschluss 116, 118, 120 einer zweiten der Batteriezellen 100 elektrisch verbunden ist.The series connection of the four battery cells 100 is formed in that in each case a first cell connection assigned to a respective phase of the three-phase alternating voltage 110 , 112 , 114 a first of the battery cells 100 each with a second cell connection assigned to the respective phase of the three-phase alternating voltage 116 , 118 , 120 a second of the battery cells 100 is electrically connected.

Das Batteriemodul 140 weist für jede der drei Phasen der dreiphasigen Wechselspannung jeweils zwei Modulanschlüsse 142, 144 auf. Die einer jeweiligen Phase der dreiphasigen Wechselspannung zugeordneten Modulanschlüsse 142, 144 sind mit in der Reihenschaltung endseitigen dieser jeweiligen Phase der dreiphasigen Wechselspannung zugeordneten Zellenanschlüssen 110, 112, 114, 116, 118, 120 elektrisch verbunden. Dadurch stellen die Zellenanschlüsse 110, 112, 114, 116, 118, 120 dieser Batteriezellen 100 die jeweiligen Modulanschlüsse 142, 144 bereit.The battery module 140 has two module connections for each of the three phases of the three-phase AC voltage 142 , 144 on. The module connections assigned to a respective phase of the three-phase AC voltage 142 , 144 are with cell connections assigned to the end of this respective phase of the three-phase alternating voltage in the series circuit 110 , 112 , 114 , 116 , 118 , 120 electrically connected. This makes the cell connections 110 , 112 , 114 , 116 , 118 , 120 of these battery cells 100 the respective module connections 142 , 144 ready.

9 zeigt nun eine Batterie 100 in einer schematischen Schaltbilddarstellung zum Bereitstellen einer dreiphasigen Wechselspannung. Die Batterie 100 weist Batterieanschlusspole L1, L2, L3 für jede der drei Phasen der dreiphasigen Wechselspannung auf. Darüber hinaus ist ein gemeinsamer Batterieanschlusspol N vorgesehen, der ein Batteriebezugspotential bereitstellt. Die dreiphasige Wechselspannung wird gegenüber dem Bezugspotential der Batterie 100 bereitgestellt. Vorliegend sind die drei Phasen der Wechselspannung aufgrund des gemeinsam genutzten Bezugspotentials elektrisch nicht voneinander entkoppelt. Ist eine elektrische Entkopplung gewünscht, kann anstelle des Batterieanschlusspols N für jede Phase der Wechselspannung ein jeweiliger zweiter Batterieanschlusspol vorgesehen sein. 9 now shows a battery 100 in a schematic circuit diagram for providing a three-phase alternating voltage. The battery 100 has battery connection poles L1 , L2 , L3 for each of the three phases of the three-phase alternating voltage. In addition, a common battery connection pole N is provided, which provides a battery reference potential. The three-phase alternating voltage is opposite the reference potential of the battery 100 provided. In the present case, the three phases of the alternating voltage are not electrically decoupled from one another due to the shared reference potential. If electrical decoupling is desired, instead of the battery connection pole N, a respective second battery connection pole can be provided for each phase of the alternating voltage.

Die Batterie 100 umfasst vorliegend Batteriezellen 100 gemäß 7, die vorliegend in Reihe geschaltet sind. Die Reihenschaltung der Batteriezellen 100 entspricht im Wesentlichen dem, wie es bereits zum Batteriemodul 140 erläutert wurde. In alternativen Ausgestaltungen kann natürlich auch vorgesehen sein, dass die Batterie 102 aus Batteriemodulen 140 gebildet ist, die entsprechend in Reihe geschaltet sind.The battery 100 in the present case includes battery cells 100 according to 7th , which are connected in series here. The series connection of the battery cells 100 essentially corresponds to what is already the case with the battery module 140 was explained. In alternative configurations it can of course also be provided that the battery 102 from battery modules 140 is formed, which are connected in series accordingly.

Für jede Phase der dreiphasigen Wechselspannung umfasst die Batterie 102 eine jeweilige Brückenschaltung 146, 148, 150, die jeweils vier Brückenschaltelemente 152, 154, 156, 158 umfasst. Die Brückenschaltelemente 152, 154, 156, 158 können ebenso wie die zuvor beschriebenen Schaltelemente beispielsweise durch Transistoren oder dergleichen gebildet sein.For each phase of the three-phase AC voltage, the battery includes 102 a respective bridge circuit 146 , 148 , 150 , the four bridge switching elements each 152 , 154 , 156 , 158 includes. The bridge switching elements 152 , 154 , 156 , 158 can, like the switching elements described above, be formed, for example, by transistors or the like.

Jede der Brückenschaltungen 146, 148, 150 umfasst zwei Reihenschaltungen aus den Brückenschaltelementen 152, 154, 156, 158, die parallelgeschaltet sind und die mit einem Anschluss mit dem jeweiligen der Batterieanschlusspole L1, L2, L3 elektrisch gekoppelt sind. Mit dem jeweiligen anderen Anschluss ist die jeweilige der Brückenschaltungen 146, 148, 150 mit dem Batterieanschlusspol N elektrisch gekoppelt. Ferner stellt jede der Brückenschaltungen 146, 148, 150 zwei Mittelanschlüsse 160, 162 bereit, die mit den der jeweiligen Phase der dreiphasigen Wechselspannung zugeordneten Zellenanschlüssen 110, 112, 114, 116, 118, 120 elektrisch gekoppelt sind. Durch diese Schaltungsstruktur wird ein dreiphasiger Mehrpegelenergiewandler geschaffen, mit dem an den Batterieanschlusspolen L1, L2, L3 gegenüber dem Batterieanschlusspol N ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz bereitgestellt werden kann. Die Wechselspannungen der drei Phasen können vorzugsweise gegenüber einander zeitlich beziehungsweise in der Phase verschoben sein, wobei vorliegend eine Phasenverschiebung von etwa 120° vorgesehen ist.Any of the bridge circuits 146 , 148 , 150 comprises two series connections of the bridge switching elements 152 , 154 , 156 , 158 which are connected in parallel and which have a connection with the respective one of the battery connection poles L1 , L2 , L3 are electrically coupled. With the respective other connection is the respective one of the bridge circuits 146 , 148 , 150 electrically coupled to the battery connection pole N. Furthermore, each of the bridge circuits 146 , 148 , 150 two center connections 160 , 162 ready, the cell connections associated with the respective phase of the three-phase AC voltage 110 , 112 , 114 , 116 , 118 , 120 are electrically coupled. This circuit structure creates a three-phase multi-level energy converter with which to connect to the battery terminals L1 , L2 , L3 a three-phase AC voltage network can be provided opposite the battery connection pole N. The alternating voltages of the three phases can preferably be shifted in time or in phase with respect to one another, a phase shift of approximately 120 ° being provided in the present case.

Mit der Batterie 102 ist es somit möglich, nahezu beliebige Wechselspannungen bereitstellen zu können, sodass aufwendige Wechselrichter eingespart werden können.With the battery 102 It is therefore possible to provide almost any AC voltage, so that expensive inverters can be saved.

10 zeigt eine schematische Seitenansicht der Batteriezelle 100 gemäß 7 mit einem Zellengehäuse 46, in dem die galvanische Zelle 104 und eine Leiterplatte 170 mit den Halbleiterschaltelementen 122 bis 138 integriert angeordnet sind. Das Zellengehäuse 46 umfasst einen Gehäusebecher 172, in dessen unteren Bereich die galvanische Zelle 104 angeordnet ist. In 10 ist oberhalb der galvanische Zelle 104 die Leiterplatte 170 mit den Halbleiterschaltelementen 122 bis 138 im Gehäusebecher 172 angeordnet, wobei die Halbleiterschaltelemente 122 bis 138 in dieser Fig. nicht dargestellt sind. Der Gehäusebecher 172 ist mittels eines Gehäusedeckels 174 verschlossen, sodass die Leiterplatte 170 und die galvanische Zelle 104 vor äußeren Einflüssen geschützt ist. 10 shows a schematic side view of the battery cell 100 according to 7th with a cell housing 46 in which the galvanic cell 104 and a circuit board 170 with the semiconductor switching elements 122 to 138 are arranged integrated. The cell housing 46 includes a housing cup 172 , in the lower area the galvanic cell 104 is arranged. In 10 is above the galvanic cell 104 the circuit board 170 with the Semiconductor switching elements 122 to 138 in the housing cup 172 arranged, the semiconductor switching elements 122 to 138 Not shown in this figure. The case cup 172 is by means of a housing cover 174 locked so that the circuit board 170 and the galvanic cell 104 is protected from external influences.

Die Leiterplatte 170 stellt Kontaktflächen 176, 178 als Anschlusskontakte zum Kontaktieren der Potentialanschlüsse 106, 108 der galvanische Zelle 104 bereit. Ferner stellt die Leiterplatte 170 weitere Kontaktflächen bereit, an denen die Zellenanschlüsse 110 bis 120 angeschlossen sind. Die Zellenanschlüsse 110 bis 120 sind am Gehäusedeckel 174 angeordnet, sodass die Batteriezelle 100 in bestimmungsgemäßer Weise elektrische kontaktiert werden kann.The circuit board 170 provides contact surfaces 176 , 178 as connection contacts for contacting the potential connections 106 , 108 the galvanic cell 104 ready. It also represents the circuit board 170 further contact surfaces are ready to which the cell connections 110 to 120 are connected. The cell connections 110 to 120 are on the housing cover 174 arranged so that the battery cell 100 electrical contact can be made in the intended manner.

Vorliegend ist vorgesehen, dass die Potentialanschlüsse 106, 108 der galvanischen Zelle 104 aufgrund einer Federkraft gegen die Kontaktflächen 176, 178 der Leiterplatte 170 gedrückt wird, um den elektrischen Kontakt herzustellen. In alternativen Ausgestaltungen kann hier natürlich auch eine andere elektrische Verbindung vorgesehen sein, beispielsweise mittels Schraub- oder Steckverbindung oder dergleichen. Bei dieser Ausgestaltung ist die galvanische Zelle 104 mit der Leiterplatte 170 integriert im Zellengehäuse 46 der Batteriezelle 100 angeordnet.It is provided here that the potential connections 106 , 108 the galvanic cell 104 due to a spring force against the contact surfaces 176 , 178 the circuit board 170 is pressed to make electrical contact. In alternative configurations, a different electrical connection can of course also be provided here, for example by means of a screw or plug connection or the like. In this configuration, the galvanic cell is 104 with the circuit board 170 integrated in the cell housing 46 the battery cell 100 arranged.

11 zeigt in einer alternativen Ausgestaltung zu 10 eine schematische Seitenansicht einer Batteriezelle wie 10, wobei die galvanische Zelle 104 lösbar am Zellengehäuse angeordnet ist. Das Zellengehäuse ist in dieser Ausgestaltung durch die Leiterplatte 170 selbst gebildet. Die Leiterplatte 170 stellt hier also nicht nur die Kontaktflächen 176, 178 als Anschlusskontakte zum Kontaktieren der Potentialanschlüsse 106, 108 der galvanischen Zelle 104 sondern auch die Zellenanschlüsse 110 bis 120 bereit. Bei dieser Ausgestaltung kann die galvanische Zelle 104 daher separat von der Batteriezelle 100 hergestellt und mit der Leiterplatte 170 verbunden werden. Das hat den Vorteil, dass die Herstellung der Batteriezellen 100 und der galvanische Zellen 104 voneinander entkoppelt werden kann. 11 shows in an alternative embodiment to 10 a schematic side view of a battery cell such as 10 , being the galvanic cell 104 is detachably arranged on the cell housing. In this embodiment, the cell housing is through the circuit board 170 self educated. The circuit board 170 not only provides the contact areas here 176 , 178 as connection contacts for contacting the potential connections 106 , 108 the galvanic cell 104 but also the cell connections 110 to 120 ready. In this embodiment, the galvanic cell 104 therefore separate from the battery cell 100 made and with the circuit board 170 get connected. This has the advantage that the manufacture of the battery cells 100 and the galvanic cells 104 can be decoupled from each other.

Dem Grunde nach kann in einer alternativen Ausgestaltung natürlich auch vorgesehen sein, dass ein Zellengehäuse vorgesehen ist, welches zumindest die Leiterplatte 170 umfasst und die Zellenanschlüsse 110 bis 120 bereitstellt. Ferner kann einer weiteren alternativen Ausgestaltung das Zellengehäuse auch die Anschlusskontakte für die galvanische Zelle 104 sowie Befestigungselemente bereitstellen, damit die galvanische Zelle 104 mit dem Zellengehäuse verbunden werden kann. Zu diesem Zweck können die Anschlusskontakte zum Beispiel als Schraubklemmen ausgebildet sein, mittels denen die Potentialanschlüsse 106, 108 der galvanische Zelle 104 elektrisch kontaktiert werden können. Zugleich kann hierdurch auch eine mechanische Verbindung erreicht werden. Darüber hinaus kann auch eine mechanische Verbindung nach Art einer Clips-Verbindung, eines Spannbügels und/oder dergleichen vorgesehen sein. Diese Ausgestaltungen können natürlich auch nahezu beliebig miteinander kombiniert werden.Basically, in an alternative embodiment, it can of course also be provided that a cell housing is provided which at least contains the printed circuit board 170 includes and the cell terminals 110 to 120 provides. Furthermore, in a further alternative embodiment, the cell housing can also provide the connection contacts for the galvanic cell 104 as well as provide fasteners for the galvanic cell 104 can be connected to the cell housing. For this purpose, the connection contacts can be designed, for example, as screw terminals, by means of which the potential connections 106 , 108 the galvanic cell 104 can be electrically contacted. At the same time, a mechanical connection can also be achieved in this way. In addition, a mechanical connection in the manner of a clip connection, a clamping bracket and / or the like can also be provided. These configurations can of course also be combined with one another in almost any way.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine mehrphasige Wechselspannung durch die Batterie direkt und wechselrichterlos bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide a multiphase alternating voltage through the battery directly and without an inverter.

Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.The exemplary embodiments serve exclusively to explain the invention and are not intended to restrict it.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102016224002 A1 [0007]DE 102016224002 A1 [0007]
DE 102010041059 A1 [0009, 0013]DE 102010041059 A1 [0009, 0013]
DE 102010041049 A1 [0039]DE 102010041049 A1 [0039]

Claims

Batteriezelle (100) für eine mehrere elektrische Spannungen bereitstellende Batterie (102), mit einer galvanischen Zelle (104), wobei die galvanische Zelle (104) zwei Elektrodenanschlüsse (106, 108) aufweist, gekennzeichnet durch - erste und zweite Zellenanschlüsse (110, 112, 114, 116, 118, 120) für jede der durch die Batterie (102) bereitstellbaren elektrischen Spannungen, wobei jeweils ein erster der ersten Zellenanschlüsse (110, 112, 114) und ein zweiter der Zellenanschlüsse (116, 118, 120) einer der bereitstellbaren elektrischen Spannungen zuordbar sind, - eine einer Anzahl der bereitstellbaren elektrischen Spannungen entsprechende Anzahl von Überbrückungsschaltelementen (122, 124, 126), wobei ein jeweiliges der Überbrückungsschaltelemente (122, 124, 126) zwischen einem jeweiligen der ersten Zellenanschlüsse (110, 112, 114) und dem jeweils zugeordneten der zweiten Zellenanschlüsse (116, 118, 120) angeschlossen ist, - erste Schaltelemente (128, 130, 132), wobei ein jeweiliges der ersten Schaltelemente (128, 130, 132) zwischen einem ersten der beiden Elektrodenanschlüsse (106) und einem jeweiligen der ersten Zellenanschlüsse (110, 112, 114) angeschlossen ist, und - zweite Schaltelemente (134, 136, 138), wobei ein jeweiliges der zweiten Schaltelemente (134, 136, 138) zwischen einem zweiten der beiden Elektrodenanschlüsse (108) und einem jeweiligen der zweiten Zellenanschlüsse (116, 118, 120) angeschlossen ist.Battery cell (100) for a battery (102) providing several electrical voltages, with a galvanic cell (104), the galvanic cell (104) having two electrode connections (106, 108), characterized by - first and second cell connections (110, 112) , 114, 116, 118, 120) for each of the electrical voltages that can be provided by the battery (102), a first of the first cell connections (110, 112, 114) and a second of the cell connections (116, 118, 120) each being one of the - a number of bridging switching elements (122, 124, 126) corresponding to a number of the providing electrical voltages, with a respective one of the bridging switching elements (122, 124, 126) between a respective one of the first cell connections (110, 112, 114 ) and the respectively associated one of the second cell connections (116, 118, 120) is connected, - first switching elements (128, 130, 132), with a respective one of the he most switching elements (128, 130, 132) is connected between a first of the two electrode connections (106) and a respective one of the first cell connections (110, 112, 114), and - second switching elements (134, 136, 138), a respective one of the second switching elements (134, 136, 138) is connected between a second of the two electrode connections (108) and a respective one of the second cell connections (116, 118, 120).

Batteriemodul (140) für eine mehrere elektrische Spannungen bereitstellende Batterie (102), mit mehreren Batteriezellen (100), von denen wenigstens zwei in Reihe geschaltet sind, und mit Modulanschlüssen (142, 144), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Batteriezellen (100) der Reihenschaltung nach Anspruch 1 ausgebildet sind und die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Batteriezellen (100) dadurch gebildet ist, dass jeweils ein einer jeweiligen der elektrischen Spannungen zugeordneter erster Zellenanschluss (110, 112, 114) einer ersten der Batteriezellen (100) mit jeweils einem der jeweiligen elektrischen Spannung zugeordneten zweiten Zellenanschluss (116, 118, 120) einer zweiten der Batteriezellen (100) elektrisch verbunden ist, wobei das Batteriemodul (140) für jede der bereitzustellenden elektrischen Spannungen jeweils zwei Modulanschlüsse (142, 144) aufweist, wobei die einer jeweiligen elektrischen Spannung zugeordneten Modulanschlüsse (142, 144) mit in der Reihenschaltung endseitigen der dieser jeweiligen elektrischen Spannung zugeordneten Zellenanschlüssen (110, 112, 114, 116, 118, 120) elektrisch verbunden sind.Battery module (140) for a battery (102) providing several electrical voltages, with several battery cells (100), of which at least two are connected in series, and with module connections (142, 144), characterized in that at least the battery cells (100) according to the series connection Claim 1 and the series connection of the at least two battery cells (100) is formed in that in each case a first cell connection (110, 112, 114) assigned to a respective one of the electrical voltages is assigned to a first of the battery cells (100), each with one of the respective electrical voltages second cell connection (116, 118, 120) of a second of the battery cells (100) is electrically connected, the battery module (140) having two module connections (142, 144) for each of the electrical voltages to be provided, the module connections assigned to a respective electrical voltage (142, 144) are electrically connected to the cell connections (110, 112, 114, 116, 118, 120) assigned to this respective electrical voltage at the end of the series circuit.

Batterie (100) zum Bereitstellen von mehreren elektrischen Spannungen, mit wenigstens einem Batterieanschlusspol (L1, L2, L3) für jede der elektrischen Spannungen, sowie mit Batteriezellen (100) und/oder Batteriemodulen (140), die zumindest teilweise in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Batteriezellen (100) der Reihenschaltung nach Anspruch 1 und/oder zumindest die Batteriemodule (140) der Reihenschaltung nach Anspruch 2 ausgebildet sind, wobei für jede der bereitzustellenden elektrischen Spannungen eine jeweilige Brückenschaltung (146, 148, 150) umfassend vier Brückenschaltelemente (152, 154, 156, 158) vorgesehen ist, die mit einem jeweiligen der Batterieanschlusspole (L1, L2, L3) elektrisch gekoppelt ist, wobei jede Brückenschaltung (146, 148, 150) zwei Mittelanschlüsse (160, 162) bereitstellt, die mit den der jeweiligen elektrischen Spannung zugeordneten Zellenanschlüssen (110, 112, 114, 116, 118, 120) beziehungsweise Modulanschlüssen (142, 144) elektrisch gekoppelt sind.Battery (100) for providing several electrical voltages, with at least one battery connection pole (L1, L2, L3) for each of the electrical voltages, and with battery cells (100) and / or battery modules (140) which are at least partially connected in series, characterized in that at least the battery cells (100) follow the series connection Claim 1 and / or at least the battery modules (140) after the series connection Claim 2 are formed, with a respective bridge circuit (146, 148, 150) comprising four bridge switching elements (152, 154, 156, 158) being provided for each of the electrical voltages to be provided, which are electrically coupled to a respective one of the battery connection poles (L1, L2, L3) each bridge circuit (146, 148, 150) providing two center connections (160, 162) which are connected to the cell connections (110, 112, 114, 116, 118, 120) or module connections (142, 144) assigned to the respective electrical voltage. are electrically coupled.

Batterie nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Bezugsanschlusspol (N).Battery after Claim 3 , characterized by a reference connection pole (N).

Batterie nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, Schaltelemente der Batteriezellen (100) derart im Schaltbetrieb zu betreiben, dass an den Batterieanschlusspolen (L1, L2, L3, N) der Batterie (102) eine mehrphasige Wechselspannung bereitgestellt wird.Battery after Claim 3 or 4th , characterized by a control device which is designed to operate switching elements of the battery cells (100) in switching mode in such a way that a polyphase alternating voltage is provided at the battery connection poles (L1, L2, L3, N) of the battery (102).

Verfahren zum Bereitstellen einer vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung mittels einer Batterie (48), wobei die Batterie (50) eine Mehrzahl von benachbart zueinander anordneten und jeweils wenigstens zwei Modulanschlüsse (1, 2, 3, 4) aufweisenden Batteriemodulen (10, 12, 14, 16, 18, 20) und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen (Se1, Se2, Se3, Se4) aufweist, wobei jedes Batteriemodul (10, 12, 14, 16, 18, 20) wenigstens eine Batteriezelle (46) umfasst, wobei die vorgegebene mehrphasige elektrische Wechselspannung an Batterieanschlusspolen der Batterie (48) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (10, 12, 14, 16, 18, 20) jeweils vier Modulanschlüsse (1, 2, 3, 4) aufweisen, und zwar jeweils einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Modulanschluss (1, 2, 3, 4), wobei die Batterie (48) zumindest für einen Teil der Batteriemodule (10, 12, 14, 16, 18, 20) eine Schaltungsstruktur aufweist, bei der ein erster Modulanschluss (1) eines ersten der Batteriemodule (10) über ein erstes der Halbleiterschaltelemente (Se1) mit einem vierten Modulanschluss (4) eines zweiten der Batteriemodule (12), ein zweiter Modulanschluss (2) des ersten der Batteriemodule (10) über ein zweites der Halbleiterschaltelemente (Se2) mit einem dritten Modulanschluss (3) eines dritten der Batteriemodule (14), ein dritter Modulanschluss (3) des ersten der Batteriemodule (10) über ein drittes der Halbleiterschaltelemente (Se3) mit einem zweiten Modulanschluss (2) eines vierten der Batteriemodule (16) und ein vierter Modulanschluss (4) des ersten der Batteriemodule (10) über ein viertes der Halbleiterschaltelemente (Se4) mit einem ersten Modulanschluss (1) eines fünften der Batteriemodule (18) abhängig von jeweiligen Schaltzuständen dieser Halbleiterschaltelemente (Se1, Se2, Se3, Se4) elektrisch koppelbar ist, wobei die Halbleiterschaltelemente (Se1, Se2, Se3, Se4) der Batterie (48) abhängig von der für die Batterie (48) vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung aktiviert werden, um jeweilige Phasenspannungen der vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung an jeweiligen der Batterieanschlusspolen bereitzustellen.A method for providing a predetermined multiphase electrical alternating voltage by means of a battery (48), the battery (50) having a plurality of battery modules (10, 12, 14) arranged adjacent to one another and each having at least two module connections (1, 2, 3, 4). 16, 18, 20) and a plurality of semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4), each battery module (10, 12, 14, 16, 18, 20) comprising at least one battery cell (46), the predetermined multiphase electrical alternating voltage is provided at the battery connection poles of the battery (48), characterized in that the battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) each have four module connections (1, 2, 3, 4), namely a first one each , a second, a third and a fourth module connection (1, 2, 3, 4), wherein the battery (48) has a circuit structure for at least some of the battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) the first module connection (1) a first of the battery modules (10) via a first of the semiconductor switching elements (Se1) with a fourth module connection (4) of a second of the battery modules (12), a second module connection (2) of the first of the battery modules (10) via a second of the Semiconductor switching elements (Se2) with a third module connection (3) of a third of the battery modules (14), a third module connection (3) of the first of the Battery modules (10) via a third of the semiconductor switching elements (Se3) with a second module connection (2) of a fourth of the battery modules (16) and a fourth module connection (4) of the first of the battery modules (10) via a fourth of the semiconductor switching elements (Se4) with a first module connection (1) of a fifth of the battery modules (18) can be electrically coupled depending on the respective switching states of these semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4), the semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4) of the battery (48) depending on the polyphase electrical alternating voltage specified for the battery (48) can be activated in order to provide respective phase voltages of the specified polyphase electrical AC voltage at the respective one of the battery connection poles.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Batteriemodul, welches für das Bereitstellen einer ersten der Phasenspannungen deaktiviert wird, für das Bereitstellen einer zweiten der Phasenspannungen aktiviert wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that a battery module, which is deactivated for providing a first one of the phase voltages, is activated for providing a second one of the phase voltages.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren eines jeweiligen der Batteriemodule abhängig von einem jeweiligen momentanen Phasenstrom erfolgt.Method according to one of the Claims 6 or 7th , characterized in that the activation or deactivation of a respective one of the battery modules takes place as a function of a respective instantaneous phase current.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren eines jeweiligen der Batteriemodule abhängig von einem jeweiligen momentanen Ladungszustand des jeweiligen der Batteriemodule erfolgt.Method according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that the activation or deactivation of a respective one of the battery modules takes place as a function of a respective instantaneous charge state of the respective one of the battery modules.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule voneinander verschiedene Modulspannungen bereitstellen und das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren eines jeweiligen Batteriemoduls abhängig von einer Phasenlage der jeweiligen Phasenspannung und der durch das betreffende Batteriemodul bereitgestellten Modulspannung erfolgt.Method according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that the battery modules provide mutually different module voltages and the activation or deactivation of a respective battery module takes place depending on a phase position of the respective phase voltage and the module voltage provided by the battery module in question.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer großen Spannungssteilheit der bereitzustellenden Phasenspannung ein Batteriemodul mit einer großen Modulspannung aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird.Procedure according to Claim 10 , characterized in that with a large voltage gradient of the phase voltage to be provided, a battery module is activated or deactivated with a high module voltage.

Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer kleinen Spannungssteilheit der bereitzustellenden Phasenspannung ein Batteriemodul mit einer kleinen Modulspannung aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that with a small voltage gradient of the phase voltage to be provided, a battery module is activated or deactivated with a low module voltage.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von aktivierten Batteriemodulen zum Bereitstellen aller Phasenspannungen zeitlich konstant ist.Method according to one of the Claims 6 to 12th , characterized in that a number of activated battery modules for providing all phase voltages is constant over time.

Steuereinrichtung für eine Batterie zum Bereitstellen einer vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung mittels der Batterie (48), wobei die Batterie (50) eine Mehrzahl von benachbart zueinander anordneten und jeweils wenigstens zwei Modulanschlüsse (1, 2, 3, 4) aufweisenden Batteriemodulen (10, 12, 14, 16, 18, 20) und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen (Se1, Se2, Se3, Se4) aufweist, wobei jedes Batteriemodul (10, 12, 14, 16, 18, 20) wenigstens eine Batteriezelle (46) umfasst, wobei die vorgegebene mehrphasige elektrische Wechselspannung an Batterieanschlusspolen der Batterie (48) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (10, 12, 14, 16, 18, 20) jeweils vier Modulanschlüsse (1, 2, 3, 4) aufweisen, und zwar jeweils einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Modulanschluss (1, 2, 3, 4), wobei die Batterie (48) zumindest für einen Teil der Batteriemodule (10, 12, 14, 16, 18, 20) eine Schaltungsstruktur aufweist, bei der ein erster Modulanschluss (1) eines ersten der Batteriemodule (10) über ein erstes der Halbleiterschaltelemente (Se1) mit einem vierten Modulanschluss (4) eines zweiten der Batteriemodule (12), ein zweiter Modulanschluss (2) des ersten der Batteriemodule (10) über ein zweites der Halbleiterschaltelemente (Se2) mit einem dritten Modulanschluss (3) eines dritten der Batteriemodule (14), ein dritter Modulanschluss (3) des ersten der Batteriemodule (10) über ein drittes der Halbleiterschaltelemente (Se3) mit einem zweiten Modulanschluss (2) eines vierten der Batteriemodule (16) und ein vierter Modulanschluss (4) des ersten der Batteriemodule (10) über ein viertes der Halbleiterschaltelemente (Se4) mit einem ersten Modulanschluss (1) eines fünften der Batteriemodule (18) abhängig von jeweiligen Schaltzuständen dieser Halbleiterschaltelemente (Se1, Se2, Se3, Se4) elektrisch koppelbar ist, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente (Se1, Se2, Se3, Se4) der Batterie (48) abhängig von der für die Batterie (48) vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung zu aktivieren, um jeweilige Phasenspannungen der vorgegebenen mehrphasigen elektrischen Wechselspannung an jeweiligen der Batterieanschlusspolen bereitzustellen.Control device for a battery for providing a predetermined multiphase electrical AC voltage by means of the battery (48), the battery (50) having a plurality of battery modules (10, 12) arranged adjacent to one another and each having at least two module connections (1, 2, 3, 4) , 14, 16, 18, 20) and a plurality of semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4), each battery module (10, 12, 14, 16, 18, 20) comprising at least one battery cell (46), wherein the predetermined multiphase electrical alternating voltage is provided at the battery connection poles of the battery (48), characterized in that the battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) each have four module connections (1, 2, 3, 4), namely a first one each , a second, a third and a fourth module connection (1, 2, 3, 4), wherein the battery (48) has a circuit structure for at least some of the battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) a first module connection (1) of a first of the battery modules (10) via a first of the semiconductor switching elements (Se1) with a fourth module connection (4) of a second of the battery modules (12), a second module connection (2) of the first of the battery modules (10) via a second of the semiconductor switching elements (Se2) with a third module connection (3) of a third of the battery modules (14), a third module connection (3) of the first of the battery modules (10) via a third of the semiconductor switching elements (Se3) with a second module connection (2) a fourth of the battery modules (16) and a fourth module connection (4) of the first of the battery modules (10) via a fourth of the semiconductor switching elements (Se4) with a first module connection (1) of a fifth of the battery modules (18) depending on the respective switching states these semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4) can be electrically coupled, the control device being designed to control the semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4) of the battery (48) depending on the polyphase electrical alternating voltage specified for the battery (48) to be activated in order to provide respective phase voltages of the predetermined polyphase electrical alternating voltage at respective of the battery connection poles.

Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz (70), dass eine mehrphasige elektrische Wechselspannungsmaschine (72) als Antriebseinrichtung und eine Batterie (48) umfasst, wobei die Batterie (50) eine Mehrzahl von benachbart zueinander anordneten und jeweils wenigstens zwei Modulanschlüsse (1, 2, 3, 4) aufweisenden Batteriemodulen (10, 12, 14, 16, 18, 20) und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen (Se1, Se2, Se3, Se4) aufweist, wobei jedes Batteriemodul (10, 12, 14, 16, 18, 20) wenigstens eine Batteriezelle (46) umfasst, wobei die vorgegebene mehrphasige elektrische Wechselspannung an Batterieanschlusspolen der Batterie (48) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (10, 12, 14, 16, 18, 20) jeweils vier Modulanschlüsse (1, 2, 3, 4) aufweisen, und zwar jeweils einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Modulanschluss (1, 2, 3, 4), wobei die Batterie (48) zumindest für einen Teil der Batteriemodule (10, 12, 14, 16, 18, 20) eine Schaltungsstruktur aufweist, bei der ein erster Modulanschluss (1) eines ersten der Batteriemodule (10) über ein erstes der Halbleiterschaltelemente (Se1) mit einem vierten Modulanschluss (4) eines zweiten der Batteriemodule (12), ein zweiter Modulanschluss (2) des ersten der Batteriemodule (10) über ein zweites der Halbleiterschaltelemente (Se2) mit einem dritten Modulanschluss (3) eines dritten der Batteriemodule (14), ein dritter Modulanschluss (3) des ersten der Batteriemodule (10) über ein drittes der Halbleiterschaltelemente (Se3) mit einem zweiten Modulanschluss (2) eines vierten der Batteriemodule (16) und ein vierter Modulanschluss (4) des ersten der Batteriemodule (10) über ein viertes der Halbleiterschaltelemente (Se4) mit einem ersten Modulanschluss (1) eines fünften der Batteriemodule (18) abhängig von jeweiligen Schaltzuständen dieser Halbleiterschaltelemente (Se1, Se2, Se3, Se4) elektrisch koppelbar ist, wobei die Wechselspannungsmaschine (72) unmittelbar an die Batterie (48) angeschlossen ist, und die Batterie mittels einer Steuereinrichtung nach Anspruch 14 gesteuert wird.Motor vehicle with an on-board network (70) that comprises a multi-phase electrical alternating voltage machine (72) as the drive device and a battery (48), the battery (50) having a plurality of mutually adjacent and at least two module connections (1, 2, 3, 4) having battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) and a plurality of semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4), each battery module (10, 12, 14, 16, 18, 20) at least comprises a battery cell (46), the predetermined multiphase electrical alternating voltage being provided at the battery connection poles of the battery (48), characterized in that the battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) each have four module connections (1, 2, 3, 4), namely a first, a second, a third and a fourth module connection (1, 2, 3, 4), the battery (48) for at least some of the battery modules (10, 12, 14, 16, 18, 20) has a circuit structure has, in which a first module connection (1) of a first of the battery modules (10) via a first of the semiconductor switching elements (Se1) with a fourth module connection (4) of a second of the battery modules (12), a second module connection (2) of the first of the battery modules (10) via a second of the semiconductor switching elements (Se2) with a third module connection (3) of a third of the battery modules (14), a third module connection (3) of the first of the battery modules (10) via a third of the semiconductor switching elements (Se3) with a second Module connection (2) of a fourth of the battery modules (16) and a fourth module connection (4) of the first of the battery modules (10) via a fourth of the semiconductor switching elements (Se4) with a first module connection (1) of a fifth of the battery modules (18) depending on the respective Switching states of these semiconductor switching elements (Se1, Se2, Se3, Se4) can be electrically coupled, the AC voltage machine (72) being connected directly to the battery (48) t, and the battery by means of a control device Claim 14 is controlled.