WO2016092091A1

WO2016092091A1 - Multicell for cell-based converters

Info

Publication number: WO2016092091A1
Application number: PCT/EP2015/079476
Authority: WO
Inventors: Dirk Malipaard; Benjamin RUCCIUS; Nicola BURANI
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.; Siemens Ag
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-06-16
Also published as: DE102014225725A1

Abstract

Embodiments of the present invention relate to a multicell for a cell-based multilevel converter. Said multicell comprises a plurality of partial cells, each partial cell comprising at least two controlled electrical switches and at least one voltage-dividing capacitor. The multicell further comprises at least one common energy storage capacitor, which is associated with at least two partial cells, and at least two connection points, which are designed to supply the multicell with electrical energy and to remove electrical energy from the multicell. The partial cells and the common energy storage capacitor are wired such that, in a first switching state, the energy storage capacitor can be connected to the connection points, and, in a further switching state, the energy storage capacitor can be connected to the connection points via at least one of the voltage-dividing capacitors.

Description

Mehrfachzelle für zellbasierte Umrichter Multiple cell for cell-based inverters

Beschreibung description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Mehrfachzelle für einen zellbasierten Multilevel-Umrichter. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen zellbasierten Multilevel-Umrichter und ein Verfahren zur Stromrichtung mit einer Mehrfachzelle für einen zellbasierten modularen Multilevel-Umrichter. Embodiments of the present invention relate to a multiple cell for a cell based multilevel inverter. Further exemplary embodiments relate to a cell-based multilevel converter and a method for the current direction with a multiple cell for a cell-based modular multilevel converter.

Für die Umwandlung von elektrischer Energie stehen in der Leistungselektronik eine Vielzahl unterschiedlicher Schaltungstopologien zur Verfügung. Dabei kann z.B. mit einem Spannungszwischenkreisumrichter aus einer Wechselspannung eine in der Frequenz und Amplitude unterschiedliche Wechselspannung generiert werden. Ferner kann aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung oder aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung generiert werden. For the conversion of electrical energy, a large number of different circuit topologies are available in power electronics. In this case, e.g. With a voltage source inverter from an AC voltage in the frequency and amplitude different AC voltage can be generated. Furthermore, an AC voltage can be generated from a DC voltage or a DC voltage from an AC voltage.

Bei den Spannungszwischenkreisumrichtern bieten insbesondere Multilevel-Umrichter eine hohe Spannungsqualität bei geringem Filteraufwand. Beispiele für solche Multilevel- Umrichter sind der 3-Level Neutral-Point-Clamped-Umrichter (3LNPC) oder der 4-Level Flying-Capacitor (4L-FC). In the case of voltage source inverters, multilevel inverters in particular offer high voltage quality with low filter outlay. Examples of such multilevel inverters are the 3-level neutral-point-clamped inverter (3LNPC) or the 4-level flying capacitor (4L-FC).

Eine Ausführungsform innerhalb der Multilevel-Umrichter-Topologien bilden schaltzellen- basierte Umrichter. Dabei sind zwei Hauptvarianten zu unterscheiden. Eine erste Variante bildet die Series-Connected-Halfbridge-Topologie (Reihengeschaltete-Halbbrücken- Topologie). Diese besteht aus in Reihe geschalteten Schaltzellen in Form von H-Brücken, deren jeweiliger Zwischenkreis aus einer galvanisch getrennten DC-Quelle gespeist wird. Diese Ketten aus reihengeschalteten Schaltzellen bilden in Ihrer Summe in Stufen steuerbare Spannungsquellen, wobei die Stufenhöhe den Zellspannungen entspricht. Nachteilig ist hierbei die Notwendigkeit vieler galvanisch trennender DC-Spannungsquellen. One embodiment within the multilevel inverter topologies are switch cell based inverters. There are two main variants to distinguish. A first variant is the series-connected half-bridge topology (series-connected half-bridge topology). This consists of series-connected switching cells in the form of H-bridges whose respective DC link is fed from a galvanically isolated DC source. These chains of series-connected switching cells in their sum form controllable voltage sources in stages, the step height corresponding to the cell voltages. The disadvantage here is the need for many galvanically isolated DC voltage sources.

Eine zweite Variante bilden modulare Multilevel-Umrichter. Diese bestehen ebenfalls aus in Reihe geschalteten Schaltzellen, die jedoch nur einen Zwischenkreiskondensator ohne zusätzliche Energieeinspeisung besitzen. Diese reihengeschalteten Schaltzellen bilden in Summe ebenfalls eine gesteuerte Spannungsquelle. Durch eine geeignete Ansteuerungsmethodik der Schaltzellen wird der Zwi- schenkreiskondensator über eine AC-Periode gleichmäßig ge- und entladen, so dass im Mittel über eine Periode die Spannung im Zwischenkreiskondensator konstant bleibt. A second variant is formed by modular multilevel inverters. These also consist of series-connected switching cells, which, however, have only one DC link capacitor without additional power supply. These series-connected switching cells also form in total a controlled voltage source. By means of a suitable actuation method of the switching cells, the intermediate circuit capacitor is uniformly charged and discharged over an AC period, so that on average the voltage in the intermediate circuit capacitor remains constant over a period.

Das Zelldesign basiert auf dem allgemeinen Funktionsprinzip des modularen Multilevel- Umrichters (siehe z.B. DE 10103031 B4). In Ihrer Grundform bestehen die Schaltzellen aus einem Kondensator (Zwischenkreiskondensator) in Verbindung mit einer Halbbrücke mit zwei Leistungstransistoren mit antiparalleler Diode. Diese Topologie wird insbesonde- re im Mittel- bis Höchstspannungsbereich eingesetzt (z.B. Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragung HGÜ / Siemens HVDC PLUS). Alternativ bestehen Anwendungen, in denen die Zellen aus einem Kondensator mit vorgeschalteter H-Brücke bestehen (siehe z.B. Static Var Compensation, Statischer Blindleistungskompensator SVC / Siemens SVC PLUS) [M. Pereira, M. Pieschel, R. Stoeber: "Prospects of the New SVC with Modular Multilevel Voltage Source Converter" CIGRE Colloquium, October 201 1 , Brisbane]. The cell design is based on the general operating principle of the modular multilevel converter (see for example DE 10103031 B4). In their basic form, the switching cells consist of a capacitor (DC link capacitor) in conjunction with a half-bridge with two power transistors with antiparallel diode. This topology is especially used in the medium to high voltage range (eg high voltage direct current transmission HVDC / Siemens HVDC PLUS). Alternatively, there are applications in which the cells consist of an H-bridge upstream capacitor (see, e.g., Static Var Compensation, SVC Static Compensator / Siemens SVC PLUS) [M. Pereira, M. Pieschel, R. Stoeber: "Prospects of the New SVC with Modular Multilevel Voltage Source Converter" CIGRE Colloquium, October 201 1, Brisbane].

Bekannt ist, insbesondere in Nieder- und Mittelspannungssystemen, die Verwendung von Doppelzellen (in Halbbrückenkonfiguration), bei denen zwei in Serie geschaltete Schaltzellen zu einer zusammengefasst werden (siehe Figur 1 ). It is known, especially in low and medium voltage systems, the use of double cells (in half-bridge configuration), in which two series-connected switching cells are combined into one (see Figure 1).

In vielen Anwendungen, insbesondere im Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsbereich, werden modulare Multilevel-Umrichter eingesetzt. Zentrales Element dieser Topologie ist der große kapazitive Speicher in jeder Schaltzelle, der jeweils innerhalb einer halben Grundperiode mit hohen Effektivströmen anteilig ent- und wieder geladen wird. Beim Ein- satz der modularen Multilevel-Umrichter im Niederspannungsbereich stellt der hohe Nennstrom eine spezielle Anforderung an den kapazitiven Speicher dar. Folienkondensatoren, die für die Strombelastung gut geeignet wären, weisen aufgrund der verfügbaren und fertigungstechnisch noch verarbeitbaren Mindestfoliendicken, bei niedrigen Spannungen eine sehr schlechte Kapazitäts- und Energiedichte auf. Ein wirtschaftlicher Einsatz von Folienkondensatoren ist mit derzeit verfügbaren Bauelementen daher nicht möglich. Elektrolytkondensatoren haben in diesem Spannungsbereich eine hinreichende Kapazitäts- und Energiedichte, aufgrund der begrenzten Strombelastbarkeit und der geringeren Lebensdauer stellen diese allerdings keine sinnvolle Alternative dar. In Bezug auf das insbesondere für geringe Spannungen genannte Problem des benötigten, kapazitiven Speichers mit hoher Kapazitätsdichte und hoher Strombelastbarkeit ist derzeit keine Lösung bekannt. Entweder wird auf einen Einsatz der modularen Multilevel- Topologie in Anwendungen mit geringer Spannung verzichtet oder es müssen Einschränkungen bezüglich Systemkosten, -voiumen und -lebensdauer akzeptiert werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept für Mehrfachzellen für zellbasierte Umrichter bereitzustellen. In many applications, especially in the medium, high and very high voltage range, modular multilevel inverters are used. The central element of this topology is the large capacitive memory in each switching cell, which is proportionally charged and recharged within half a basic period with high RMS currents. When using the modular multilevel inverters in the low-voltage range, the high rated current represents a special requirement for the capacitive storage. Film capacitors, which would be well suited for the current load, have a very poor at low voltages due to the available minimum thicknesses available in the production process Capacity and energy density on. An economical use of film capacitors is therefore not possible with currently available components. Electrolytic capacitors have a sufficient capacitance and energy density in this voltage range, but because of the limited current-carrying capacity and shorter service life, these are not a sensible alternative. With regard to the problem of the required capacitive high-density capacitor and high current-carrying capacity, which is especially called for low voltages currently no solution known. Either the use of the modular multilevel topology in low voltage applications is eliminated, or system cost, volume, and life cycle limitations must be accepted. The object of the present invention is to provide an improved concept for multiple cells for cell-based converters.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 , ein Verfahren nach Anspruch 19, und ein Computerprogramm gemäß Anspruch 20 gelöst. This object is achieved by a device according to claim 1, a method according to claim 19, and a computer program according to claim 20.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Mehrfachzelle für einen zellbasierten Multilevel-Umrichter. Die Mehrfachzelle umfasst eine Mehrzahl von Teilzellen, wobei jede der Teilzellen zumindest zwei steuerbare elektrische Schalter und zumindest einen Spannungsteilerkondensator umfasst. Ferner mindestens ein gemeinsamer Energiespeicherkondensator, der mindestens zwei Teilzellen zugeordnet ist und mindestens zwei Anschlussstellen, welche ausgebildet sind, um elektrische Energie der Mehrfachzelle zuzuführen und elektrische Energie aus der Mehrfachzelle abzuführen. Die Teilzellen und der gemeinsame Energiespeicherkondensator sind derart verschaltet, dass in einem ersten Schaltzustand der Energiespeicherkondensator (bspw. direkt über einige Schalteinheiten, z.B. Schalteinheiten 20) mit den Anschlussstellen verbindbar ist, und in einem weiteren Schaltzustand der Energiespeicherkondensator über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren (und bspw. einige Schalteinheiten, z.B. Schalteinheiten 20) mit den Anschlussstellen verbindbar ist. Ausführungsformen stellen Konzepte bereit, um die kosten- und verlustoptimierte Umformung von elektrischer Energie bei hohen Anforderungen an die eingangs- und ausgangs- seitige Spannungsqualität und an die Systemlebensdauer zu ermöglichen. Konzepte gemäß Ausführungsformen beseitigen weitere bekannte Nachteile der Schaltzellenanordnung gemäß dem Stand der Technik. Embodiments of the present invention provide a multiple cell for a cell based multilevel inverter. The multiple cell comprises a plurality of sub-cells, wherein each of the sub-cells comprises at least two controllable electrical switches and at least one voltage divider capacitor. Furthermore, at least one common energy storage capacitor, which is associated with at least two sub-cells and at least two connection points, which are designed to supply electrical energy of the multiple cell and dissipate electrical energy from the multiple cell. The sub-cells and the common energy storage capacitor are connected such that in a first switching state of the energy storage capacitor (eg., Directly via some switching units, eg switching units 20) is connectable to the connection points, and in a further switching state of the energy storage capacitor via at least one of the voltage divider capacitors (and bspw Some switching units, eg switching units 20) can be connected to the connection points. Embodiments provide concepts to enable the cost and loss optimized conversion of electrical energy with high input and output voltage quality and system life requirements. Concepts according to embodiments eliminate further known disadvantages of the switch cell arrangement according to the prior art.

Ein zentrales Element der Erfindung ist die Konzentration der erforderlichen kapazitiven Speicher der Teilzellen in einem gemeinsamen Energiespeicherkondensator pro Mehrfachzelle (Doppelzelle). Im Vergleich zu den Kondensatoren, die für die klassische Doppelzelle (Figur 1 ) benötigt werden, hat dieser gemeinsame Speicherkondensator die dop- pelte Maximalspannung, allerdings nur die halbe Kapazität der einzelnen Kondensatoren. Die gespeicherte Energie der Doppelzeile entspricht somit der gespeicherten Energie in zwei Einzelzellen mit jeweils doppelter Kapazität. A central element of the invention is the concentration of the required capacitive memory of the sub-cells in a common energy storage capacitor per multiple cell (double cell). In comparison to the capacitors required for the classic double cell (FIG. 1), this common storage capacitor has twice the maximum voltage, but only half the capacitance of the individual capacitors. The stored energy of the double line thus corresponds to the stored energy in two single cells each with double capacity.

Über den kapazitiven Spannungsteiler wird die Spannungsbelastung der Halbeleiterbau- elemente halbiert, so dass die Spannungsklassen der schaltenden Bauelemente (Leistungstransistor, Diode), im Vergleich zur klassischen Topologie der Doppelzelle (siehe Figur 1 ), identisch sind. An den Anschlussstellen sind wie bei der klassischen Doppelzelle drei verschiedene Spannungsstufen einstellbar. Ausgehend von dieser Grundidee sind verschiede Betriebsweisen und weitere Zellkonfigurationen ableitbar. Der Schritt der Konzentration der kapazitiven Speicher in einem gemeinsamen Energiespeicherkondensator ist auf alle bestehenden Doppel- oder Mehrfachzellen anwendbar. Durch die Grundidee dieser Erfindung ergeben sich weitere Freiheitsgrade in der Ansteu- erung. The capacitive voltage divider halves the voltage load on the half conductor components, so that the voltage classes of the switching components (power transistor, diode) are identical in comparison to the classical topology of the double cell (see FIG. 1). Three different voltage levels can be set at the connection points, as in the classic double cell. Starting from this basic idea, different modes of operation and further cell configurations can be derived. The step of concentrating the capacitive storage in a common energy storage capacitor is applicable to all existing double or multiple cells. The basic idea of this invention provides further degrees of freedom in the control.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Spannungsteilerkondensatoren jeweils eine geringere bzw. kleinere Kapazität auf als der Energiespeicherkondensator. Die benö- tigte Mindestkapazität der Spannungsteilerkondensatoren kann durch Erhöhen der Schaltfrequenz reduziert werden. Die Kosten für einen Kondensator sind unter anderem abhängig von dessen Kapazität. Dabei steigen die Kosten mit zunehmender Kapazität. Zur Schaffung eines kapazitiven Spannungsteilers werden kleinere Kapazitäten benötigt als zur Energiespeicherung. Somit können zur Kostenoptimierung Spannungsteilerkondensa- toren mit kleinerer Kapazität und ein Energiespeicherkondensatoren mit größerer Kapazität verwendet werden. In a preferred embodiment, the voltage divider capacitors each have a smaller or smaller capacity than the energy storage capacitor. The required minimum capacitance of the voltage divider capacitors can be reduced by increasing the switching frequency. The cost of a capacitor depends, among other things, on its capacity. The costs increase with increasing capacity. To create a capacitive voltage divider, smaller capacities are needed than for energy storage. Thus, smaller-capacity voltage divider capacitors and larger capacity energy storage capacitors can be used to optimize costs.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in dem ersten Schaltzustand der Energiespeicherkondensator unter Umgehung der Spannungsteilerkondensatoren mit den Anschlussstellen verbindbar. Die Verbindung kann direkt über mindestens eine Schalteinheit erfolgen. Durch die Umgehung der Spannungsteilerkondensatoren wird in dem ersten Schaltzustand der Energiespeicherkondensator mit einer an den Anschlussstellen anliegenden Spannung geladen bzw. wird die Spannung des Energiespeicherkondensators an den Anschlussstellen der Mehrfachzelle ausgegeben. Somit kann der Energiespeicher- kondensator mit einer maximalen Ladungsmenge geladen werden bzw. steht die maxima- le Ladungsmenge des Energiespeicherkondensators an den Anschlussstellen zur Verfügung. In a further preferred embodiment, in the first switching state, the energy storage capacitor can be connected to the connection points, bypassing the voltage divider capacitors. The connection can be made directly via at least one switching unit. By bypassing the voltage divider capacitors, the energy storage capacitor is charged with a voltage applied to the connection points in the first switching state, or the voltage of the energy storage capacitor is output at the connection points of the multiple cell. Thus, the energy storage capacitor can be charged with a maximum amount of charge or is the maximum le amount of charge of the energy storage capacitor at the connection points available.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in dem weiteren Schaltzustand zumin- dest einer der Spannungsteilerkondensatoren unter Umgehung des Energiespeicherkondensators mit den Anschlussstelien verbindbar. Die Verbindung kann über mindestens eine der Schalteinheit direkt erfolgen. Durch Umgehung des Energiespeicherkondensators wird in dem weiteren Schaltzustand mindestens einer der Spannungsteilerkondensatoren mit der Anschlussstelle verbunden, wodurch die Spannung mindestens eines der Spannungsteilerkondensatoren an den Anschlussstellen der Mehrfachzelle anliegt. Der Strom durch die Anschlussstelle teilt sich auf zwei Strompfade auf. Ein Teilstrom fließt über einen Spannungsteilerkondensator, ein zweiter Pfad verläuft über den zweiten Spannungsteilerkondensator und den Speicherkondensator. Je nach Vorzeichen des Stroms in der Anschlussstelle wird einer der Spannungsteilerkondensatoren geladen und der zweite entladen, oder umgekehrt. Durch den Teilstrom wird auch der Speicherkondensator ge- oder entladen. Somit kann durch Zuschalten oder Bypassen der Spannungsteilerkondensatoren die Spannung einzelner Spannungsteilerkondensatoren, die Summe der einzelnen Spannungsteilerkondensatorspannungen oder eine Spannung nahe Null an den Anschlussstellen ausgegeben werden. Sind die einzelnen Spannungen der Span- nungsteilerkondensatoren einer Doppelzelle nahezu identisch, so kann vereinfachend davon ausgegangen werden, dass drei verschiedenen Spannungslevel an den Anschlüssen vorliegen können sein. In a further preferred embodiment, in the further switching state at least one of the voltage divider capacitors can be connected to the connection points, bypassing the energy storage capacitor. The connection can be made directly via at least one of the switching unit. By bypassing the energy storage capacitor at least one of the voltage divider capacitors is connected to the connection point in the further switching state, whereby the voltage of at least one of the voltage divider capacitors applied to the connection points of the multiple cell. The current through the junction is divided into two current paths. A partial current flows through a voltage divider capacitor, a second path passes through the second voltage divider capacitor and the storage capacitor. Depending on the sign of the current in the junction, one of the voltage divider capacitors is charged and the second discharged, or vice versa. The partial flow also charges or discharges the storage capacitor. Thus, by connecting or bypassing the voltage divider capacitors, the voltage of individual voltage divider capacitors, the sum of the individual voltage divider capacitor voltages or a voltage near zero at the connection points can be output. If the individual voltages of the voltage divider capacitors of a double cell are almost identical, it can be assumed on the basis of simplification that three different voltage levels can be present at the terminals.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Teilzellen zu einer Doppelzelle oder vier Teilzellen zu einer Vierfachzelle ausgebildet. Durch das Verwenden von zwei Teilzellen zu einer Doppelzelle können drei Spannungslevel an der Mehrfachzelle ausgegeben bzw. in den Energiespeicherkondensator geladen werden. Durch das Verwenden von vier Teilzellen zu einer Vierfachzelle können fünf Spannungslevel an der Mehrfachzelle ausgegeben werden. In a preferred embodiment, two sub-cells are formed into a double cell or four sub-cells to form a quadruple cell. By using two sub-cells to form a double cell, three voltage levels can be output at the multiple cell or charged into the energy storage capacitor. By using four subcells to form a quad cell, five voltage levels can be output at the multiple cell.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Energiespeicherkondensator als unipolarer Energiespeicherkondensator ausgebildet. Unipolare Kondensatoren können mit einem positiven oder einer negativen Strom geladen, bzw. entladen werden. Im zellbasierten (nodularen Multilevel-Umrichter kann so in einer Halbwelle Energie entnommen und in der zweiten Halbwelle wieder gespeichert werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Energiespeicherkondensator als Folienkondensator ausgebildet. Folienkondensatoren sind geeignet für hohe Strombelastungen, die beim Laden und Entladen des Energiespeicherkondensators auftreten können. Ferner können Folienkondensatoren eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen. Dadurch sind sie als Energiespeicherkondensatoren für Mehrfachzellen, die im Nieder- und Mittelspannungsbereich eingesetzt werden, geeignet. In a preferred embodiment, the energy storage capacitor is designed as a unipolar energy storage capacitor. Unipolar capacitors can be charged or discharged with a positive or negative current. In the cell-based (nodular multilevel inverter, energy can thus be taken in a half-wave and stored again in the second half-wave. In a further preferred embodiment, the energy storage capacitor is designed as a film capacitor. Film capacitors are suitable for high current loads, which can occur during charging and discharging of the energy storage capacitor. Furthermore, film capacitors can have a high dielectric strength. As a result, they are suitable as energy storage capacitors for multiple cells, which are used in the low and medium voltage range.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Dielektrikum der Energiespeicherkondensatoren als Glasfolie ausgebildet. Durch die Verwendung von Glasfolien als Die- lektrikum können Kondensatoren mit einer Nennspannung von mehr als 10kV hergestellt werden. Derartige Energiespeicherkondensatoren sind für Mehrfachzellen, die im Mittel- und Hochspannungsbereich eingesetzt werden, geeignet. In a further preferred embodiment, the dielectric of the energy storage capacitors is formed as a glass sheet. By using glass foils as a dielectric, capacitors with a rated voltage of more than 10 kV can be produced. Such energy storage capacitors are suitable for multiple cells, which are used in the medium and high voltage range.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist elektrisch parallel zu dem Energiespeicherkon- densator ein Zusatzkondensator niederinduktiv an die Mehrzahl von Teilzellen bzw. an die Spannungsteilerkondensatoren angeschlossen. Durch einen niederinduktiv an die Mehrzahl von Teilzellen angeschlossenen Zusatzkondensatoren kann die dynamische Performance verbessert werden. Dabei werden durch die geringe Induktivität der Anschlüsse hohe Anschaltströme, die beispielsweise beim Schalten der steuerbaren elektrischen Schalter auftreten können, unter Vermeidung von Blindleistung in den Energiespeicherkondensator übertragen. In a preferred refinement, an additional capacitor is connected in a low-inductance manner to the plurality of subcells or to the voltage divider capacitors electrically parallel to the energy storage capacitor. By a low inductively connected to the plurality of sub-cells additional capacitors, the dynamic performance can be improved. In this case, the low inductance of the terminals high start-up currents, which may occur, for example, when switching the controllable electrical switch, while avoiding reactive power transmitted to the energy storage capacitor.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind jeweils mindestens zwei Spannungsteilerkondensatoren elektrisch parallel zueinander geschaltet, wobei einer der parallelge- schalteten Spannungsteilerkondensatoren niederinduktiv an die steuerbaren elektrischen Schalter (Halbleitermodul) angeschlossen ist und ein weiterer der parallelgeschalteten Spannungsteilerkondensatoren niederinduktiv an den Energiespeicherkondensator angeschlossen ist. Durch das Aufteilen der Spannungsteilerkondensatoren kann die dynamische Performance verbessert werden. Durch Spannungsteilerkondensatoren, die nieder- induktiv an die steuerbaren elektrischen Schalter angeschlossen sind, können Abschaltüberspannungen, die durch die steuerbaren elektrischen Schalter erzeugt werden, reduziert werden. Um Kosten zu sparen, können diese Spannungsteilerkondensatoren eine kleine bzw. sehr kleine elektrische Kapazität aufweisen. Durch das niederinduktive Anschließen des Spannungsteilerkondensators mit einer größeren Kapazität an den Ener- giespeicherkondensator kann eine gute Performance beim Energieaustausch mit dem Energiespeicherkondensator erreicht werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist elektrisch parallel zu den Spannungsteilerkondensatoren jeweils mindestens ein Varistor oder mindestens ein ohmscher Widerstand angeschlossen. Durch die elektrischen Parallelschaltungen eines Varistors oder eines ohmschen Widerstands zu den Spannungsteilerkondensatoren kann die inhärente Symmetrierung der Mehrfachzelle unterstützt werden. Dies kann ausgenutzt werden, um auf eine aktive Symmetrierung durch das Ansteuerverfahren zu verzichten. Beide Teilzellen könnten dann mit geringerem Ansteueraufwand synchron geschalten werden. An den Anschlusspunkten wäre dann eine Spannungsstufe weniger verfügbar. In a further preferred embodiment, in each case at least two voltage divider capacitors are electrically connected in parallel to one another, one of the voltage divider capacitors connected in parallel being connected in a low-inductance manner to the controllable electrical switch (semiconductor module) and a further one of the parallel-connected voltage divider capacitors being connected in a low-inductance manner to the energy storage capacitor. By dividing the voltage divider capacitors, the dynamic performance can be improved. Voltage divider capacitors, which are inductively connected to the controllable electrical switches, can reduce turn-off overvoltages that are generated by the controllable electrical switches. To save costs, these voltage divider capacitors may have a small or very small electrical capacity. By low-inductively connecting the voltage divider capacitor with a larger capacity to the energy storage capacitor, a good performance in the energy exchange with the energy storage capacitor can be achieved. In a further preferred embodiment, in each case at least one varistor or at least one ohmic resistor is electrically connected in parallel to the voltage divider capacitors. By the parallel electrical connections of a varistor or an ohmic resistor to the voltage divider capacitors, the inherent symmetrization of the multiple cell can be supported. This can be exploited to dispense with an active symmetrization by the driving method. Both subcells could then be switched synchronously with less driving effort. At the connection points, one voltage level would be less available.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst ein zellbasierter, modularer Multilevel- Umrichter mindestens ein Phasenmodul, welches ein oberes und ein unteres Stromrichterventil aufweist, wobei jedes Stromrichterventil mindestens eine Mehrfachzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Ferner weist der modulare Multilevel- Umrichter eine Steuerung auf, welche ausgebildet ist, die steuerbaren elektrischen Schalter der Mehrfachzelle zu schalten. Mit einem modularen Multilevel-Umrichter können ein- oder mehrphasige elektrische Stromnetze gleichgerichtet oder gleichgerichtete Stromnetze in ein- oder mehrphasige elektrische Stromnetze wechselgerichtet werden. Auch eine direkte Umwandlung von dreiphasigen Wechselstromnetzen in einphasige Wechsel- Stromnetze oder umgekehrt ist möglich. Durch die Mehrfachzellen können unterschiedliche Spannungslevel an dem Multilevel-Umrichter ausgegeben werden. Ferner können durch die Mehrfachzellen des modularen Multilevel-Umrichters Wechselspannungen mit einer guten Performance in Gleichspannungen bzw. Gleichspannungen in Wechselspannungen überführt werden. Die Steuerung kann dabei ausgebildet sein, dass sie die Ener- gieverluste, die durch die Umrichtung entstehen, möglichst minimiert werden. In a preferred embodiment, a cell-based, modular multilevel converter comprises at least one phase module, which has an upper and a lower converter valve, wherein each converter valve has at least one multiple cell according to one of the preceding claims. Furthermore, the modular multilevel converter has a controller which is designed to switch the controllable electrical switches of the multiple cell. With a modular multilevel inverter single or multi-phase electric power grids can be rectified rectified or rectified power grids in single or multi-phase electrical grids. A direct conversion of three-phase AC networks in single-phase AC power grids or vice versa is possible. Due to the multiple cells, different voltage levels can be output at the multilevel inverter. Furthermore, alternating voltages with good performance can be converted into DC voltages or DC voltages into AC voltages by the multiple cells of the modular multilevel converter. The controller can be designed such that it minimizes the energy losses caused by the conversion.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuerung ausgebildet, eine erste Gruppe von steuerbaren elektrischen Schaltern und eine zweite Gruppe von steuerbaren elektrischen Schaltern synchron zu schalten. Hierdurch wird der kapazitive Spannungsteiler nur sehr gering belastet. Somit können die Spannungsteilerkondensatoren (Kapazitäten) kleiner ausgelegt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine inhärente Symmetrierung erfolgt und somit eine Spannungsmessung weniger, im Vergleich zur klassischen Doppelzelle, benötigt wird. Bei synchroner Ansteuerung kann die Anzahl der Spannungsmessungen halbiert werden. Diese Ansteuerung kann mit den zuvor beschriebenen Maßnahmen zur passiven Symmetrierung kombiniert werden. Die Ansteuerungsmethode mit dem gerings- ten Ansteuerungsaufwand ist bei der Doppelzelle mit gemeinsamem Energiespeicherkondensator die synchrone Ansteuerung der steuerbaren elektrischen Schalter. In a preferred embodiment, the controller is configured to synchronously switch a first group of controllable electrical switches and a second group of controllable electrical switches. As a result, the capacitive voltage divider is loaded only very slightly. Thus, the voltage divider capacitors (capacitances) can be made smaller. Another advantage is that an inherent balancing takes place and thus a voltage measurement is less, compared to the classical double cell, is needed. With synchronous control, the number of voltage measurements can be halved. This control can be combined with the measures described above for passive balancing. The activation method with the Activation effort is the synchronous control of the controllable electrical switch in the double cell with common energy storage capacitor.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuerung ausgebildet, einen Span- nungswert an den Spannungsteilerkondensatoren zu erfassen und abhängig vom erfass- ten Spannungswert die Schaltzustände der Halbleiterschalter zu beeinflussen. Durch Messen der Spannungswerte an den Spannungsteilerkondensatoren ist eine aktive Sym- metrierung des kapazitiven Spannungsteilers implementierbar. Abhängig vom Messwert werden die steuerbaren elektrischen Schalter geschaltet. Die Implementierung kann über die Ansteuerung der Schaltzelle erfolgen, ohne dass zusätzliche Komponenten erforderlich sind. Durch die aktive Symmetrierung kann die maximale Anzahl der Spannungsstufen der Mehrfachzelle erhalten bleiben. In a further preferred embodiment, the controller is designed to detect a voltage value at the voltage divider capacitors and to influence the switching states of the semiconductor switches as a function of the detected voltage value. By measuring the voltage values at the voltage divider capacitors, active symmetrization of the capacitive voltage divider can be implemented. Depending on the measured value, the controllable electrical switches are switched. The implementation can be carried out via the control of the switch cell, without additional components are required. Due to the active symmetrization, the maximum number of voltage levels of the multiple cell can be maintained.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuerung als zentrale Umrichtersteuerung ausgebildet. Diese Steuerung kann die aktive Symmetrierung der Kondensatorspannungen beinhalten. Durch eine zentrale Umrichtersteuerung können Kosten durch die Nutzung von Synergien in der Beschaltung gespart werden. In a preferred embodiment, the controller is designed as a central inverter control. This control may include the active balancing of the capacitor voltages. A central inverter control can save costs by using synergies in the wiring.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Steuerung autark für jeweils mindestens eine der Mehrfachzellen ausgebildet. Durch eine lokale, autarke Steuerung der Mehrfachzellen kann ein schnelles und zeitlich präzises Schalten der steuerbaren elektrischen Schalter erreicht werden. In a preferred embodiment, a controller is designed independently for at least one of the multiple cells. By a local, self-sufficient control of the multiple cells, a fast and timely precise switching of the controllable electrical switch can be achieved.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuerung teilweise als zentrale Umrichter- Steuerung und teilweise autark für jeweils mindestens eine der Mehrfachzellen ausgebildet. In a preferred embodiment, the controller is partially designed as a central inverter control and partially self-sufficient for at least one of the multiple cells.

Des Weiteren wird ein Verfahren zur Stromrichtung mit einer Mehrfachzelle für einen zellbasierten Multilevel-Umrichter bereitgestellt, welches folgende Schritte umfasst: Furthermore, a method is provided for the current direction with a multiple cell for a cell-based multilevel converter, comprising the following steps:

Steuern von zumindest zwei steuerbaren elektrischen Schaltern einer Teilzelle, wobei eine Mehrfachzelle eine Mehrzahl von Teilzellen und zumindest einen Spannungsteiier- kondensator umfasst sowie mindestens ein gemeinsamer Energiespeicherkondensator, der mindestens zwei Teilzellen zugeordnet ist; Zuführen von elektrischer Energie zu der Mehrfachzelle und Abführen von elektrischer Energie von der Mehrfachzelle über mindestens zwei Anschlussstelien; durch Controlling at least two controllable electrical switches of a subcell, wherein a multiple cell comprises a plurality of sub-cells and at least one Spannungssteiier- capacitor and at least one common energy storage capacitor, which is associated with at least two sub-cells; Supplying electrical energy to the multiple cell and dissipating electrical energy from the multiple cell via at least two ports; by

Verbinden des Energiespeicherkondensators mit den Anschlussstellen in einem Schaltzustand: und Connecting the energy storage capacitor to the connection points in a switching state: and

Verbinden des Energiespeicherkondensators mit den Anschlussstellen über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren in einem weiteren Schaltzustand. Connecting the energy storage capacitor to the connection points via at least one of the voltage divider capacitors in a further switching state.

Ferner wird eine digitale oder analoge Schaltung oder ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens bereitgestellt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor abläuft. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: eine schematische Darstellung einer Doppelzelle wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist; eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrfachzelle als Doppelzelle; Furthermore, a digital or analog circuit or a computer program with a program code for carrying out the method described above is provided when the computer program runs on a computer or processor. Embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the attached figures. 1 shows a schematic representation of a double cell as known from the prior art; a schematic representation of an embodiment of a multiple cell according to the invention as a double cell;

Fig. 3 einen exemplarischen Spannungsverlauf bei positivem Zellstrom einer erfindungsgemäßen Doppelzelle mit verschiedenen Schaltzuständen der steuerbaren elektrischen Schalter; 3 shows an exemplary voltage curve with a positive cell current of a double cell according to the invention with different switching states of the controllable electrical switches;

Fig. 4a-f den Stromverlauf bei verschiedenen Schaltzuständen bei positivem Zellstrom an einem Ausführungsbeispiel; 4a-f show the current profile at different switching states with positive cell current in one embodiment;

Fig. 5 einen exemplarischen Spannungsverlauf bei negativem Zellstrom einer erfindungsgemäßen Doppelzelle mit verschiedenen Schaltzuständen der steuerbaren elektrischen Schalter; Fig. 6a-f den Strom verlauf bei verschiedenen Schaltzuständen bei negativem Zelistrom an einem Ausführungsbeispiel; Fig. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrfachzelie; Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel einer Doppelzelle mit niederinduktiv angeschlossenem 5 shows an exemplary voltage curve in the case of a negative cell current of a double cell according to the invention with different switching states of the controllable electrical switches; Fig. 6a-f show the current at different switching states at negative Zelistrom on an embodiment; 7 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a multiple cell according to the invention; 8 shows an exemplary embodiment of a double cell with low-inductively connected

Zusatzkondensator; Additional capacitor;

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel einer Doppelzelle mit parallel zu den Spannungsteilerkondensatoren angeschlossenem Zusatzkondensator; 9 shows an exemplary embodiment of a double cell with additional capacitor connected in parallel with the voltage divider capacitors;

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines zellbasierten modularen Multilevel-Umrichters. 10 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a cell-based modular multilevel converter.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwertige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen austauschbar ist. In the following description of the embodiments of the invention, the same or equivalent elements in the figures are given the same reference numerals, so that their description in the different embodiments is interchangeable.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Doppelzelle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dabei sind vier selbstsperrende n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren (engl, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) in Reihe zueinander angeordnet. Zu jeweils zwei MOSFETs ist parallel eine Kapazität angeschlossen. Zwischen diesen jeweils zwei MOSFETs befindet sich je ein elektrischer Anschluss der Doppelzelle. Figure 1 shows a schematic representation of a double cell, as it is known from the prior art. In this case, four self-locking n-channel metal-oxide-semiconductor field effect transistors (engl, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) are arranged in series with each other. Two capacitors are connected in parallel to each of two MOSFETs. Between each of these two MOSFETs there is an electrical connection of the double cell.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrfachzelie 10 für einen zellbasierten Multilevel-Umrichter. Die Mehrfachzelie umfasst eine Mehrzahl von Teilzellen 12, wobei jede der Teilzellen 12 zumindest zwei steuerbare elektrische Schalter 14-i - 4₄ und zumindest einen Spannungsteilerkondensa- tor 16 umfasst. Die Teilzellen 12 sind in Reihe geschaltet. Das Ausführungsbeispiel zeigt zwei Teilzellen 12. Die Teilzellen 12 umfassen je zwei steuerbare elektrische Schalter 14,, 14₂; 14₃, 14₄. In der schematische Darstellung sind selbstsperrende n-Kanal MOSFETs gezeigt. In Ausführungsbeispielen können auch andere steuerbare elektrische Schalter 1 i - 14₄, wie beispielsweise Bipolartransistoren, IGBTs, Thyristoren, IGCTs, GTOs oder Halbleiterrelais verwendet werden. Ferner können in Ausführungsbeispielen auch Feldeffekttransistoren mit anderen Bezeichnungen beispielsweise IGFET, MISFET verwendet werden. Dabei können bei den verwendeten Halbleitern jeweils verschiedene Polarisationsrichtungen (beispielsweise n-Kanal oder p-Kanal) verwendet werden. Das Schaltschema bzw. das Layout der Schaltung ist dabei abhängig von der Polarisationsrichtung der steuerbaren elektrischen Schalter bzw. der Halbleiter entsprechend anzupassen. FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a multiple cell 10 according to the invention for a cell-based multilevel converter. The multiple cell comprises a plurality of subcells 12, wherein each of the subcells 12 comprises at least two controllable electrical switches 14-i-4 ₄ and at least one voltage divider capacitor 16. The subcells 12 are connected in series. The embodiment shows two sub-cells 12. The sub-cells 12 each comprise two controllable electrical switches 14, 14 ₂ ; 14 ₃ , 14 ₄ . The schematic diagram shows self-blocking n-channel MOSFETs. In embodiments, other controllable electrical switches 1 i - 14 ₄ , such as bipolar transistors, IGBTs, thyristors, IGCTs, GTOs or semiconductor relays can be used. Furthermore, embodiments may also use field effect transistors with other designations, for example IGFET, MISFET become. In each case, different polarization directions (for example n-channel or p-channel) can be used in the semiconductors used. The circuit diagram or the layout of the circuit is to be adjusted accordingly depending on the polarization direction of the controllable electrical switch or the semiconductor.

Zu jedem elektrischen Schalter kann ein weiterer Halbleiter antiparallel geschaltet sein. Der steuerbare elektrische Schalter 14·, - 14₄ und der weitere Halbleiter bilden dann eine Schalteinheit 20. !n Ausführungsbeispielen ist der antiparallel geschaltete Halbleiter eine Diode 18. Die Diode 18 kann als Freilaufdiode bezeichnet werden. Die Diode 18 kann entgegen einer Durchlassrichtung des elektrischen Schalters (antiparallel) geschaltet sein. Dadurch kann ein an der Schalteinheit 20 anliegender Strom in einer ersten Betriebsrichtung bzw. der Durchlassrichtung des steuerbaren elektrischen Schalters 14, - 14₄ gesteuert werden. Durch Sperren des elektrischen Schalters 14-i - 14₄ wird ein Stromfluss in der ersten Richtung verhindert, während das leitend schalten des elektrischen Schalters 14i - 14₄ einen Stromfluss durch die Schalteinheit 20 in der ersten Richtung ermöglicht. Die Diode 18 ist in der ersten Betriebsrichtung immer in Sperrrichtung geschaltet. In einer zweiten Betriebsrichtung, die der Durchlassrichtung des elektrischen Schalters 14, - 14₄ entgegengesetzt ist, wird der Strom durch die Diode 18 geführt. Da die Diode 18 in der zweiten Betriebsrichtung in der Dioden-Durchlassrichtung betrieben wird, ist ein Strom- fluss durch die Diode 18 immer möglich. For each electrical switch, another semiconductor may be connected in anti-parallel. The controllable electrical switches 14 ·, - 14 _4, and the further semiconductor switching unit 20 then form an n embodiments, the anti-parallel connected semiconductor diode 18. The diode 18 may be referred to as a freewheeling diode!. The diode 18 can be switched counter to a forward direction of the electrical switch (antiparallel). As a result, a current applied to the switching unit 20 in a first operating direction or the forward direction of the controllable electrical switch 14, - 14 _{4 are} controlled. By blocking the electrical switch 14-i - 14 ₄ , a flow of current in the first direction is prevented, while the conductive switching of the electrical switch 14i - 14 ₄ allows a flow of current through the switching unit 20 in the first direction. The diode 18 is always connected in the first operating direction in the reverse direction. In a second operating direction, which is opposite to the forward direction of the electrical switch 14, - 14 ₄ , the current is passed through the diode 18. Since the diode 18 is operated in the second direction of operation in the diode forward direction, a current flow through the diode 18 is always possible.

In jeder der Teilzellen 12 kann elektrisch parallel zu den zwei in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 ein Kondensator angeordnet sein. Der Kondensator wirkt bei mehreren in Reihe geschalteten Teilzellen als Spannungsteiler. Der Spannungsteilerkondensator 16 kann als unipolarer Kondensator ausgebildet sein. Die Kapazität des Spannungsteilerkondensators 16 hängt unter anderem von der Übertragungsleistung des zellbasierten Multilevel-Umrichters ab und kann beispielsweise zwischen 1 F und 100pF oder bei großen Systemleistungen bis 1 mF oder mehr betragen. In Ausführungsbeispielen weisen die Spannungsteiierkondensatoren 16 eine möglichst identische Kapazität auf, dadurch fällt über jedem der Spannungsteiierkondensatoren je eine identische Spannung ab, wodurch ein symmetrischer Spannungslevel ermöglicht wird. Die Spannungsfestigkeit der Spannungsteiierkondensatoren 16 kann der Spannungsfestigkeit der steuerbaren elektrischen Schalter 14, - 14₄ bzw. der Diode 18 entsprechen und kann die Hälfte einer Doppelzellspannung betragen. Mehrere Teilzellen 12 können zu einer Mehrfachzelle 10 zusammengeschaltet werden. Dabei werden die Teilzellen 12 zueinander in Reihe geschaltet, wobei zwei Teilzellen 12 eine Doppelzeile ausbilden. Die Mehrfachzeile 10 umfasst ferner mindestens ein gemeinsamer Energiespeicherkondensator 24, der mindestens zwei Teilzellen 12 zugeordnet ist. In Ausführungsbeispielen ist der Energiespeicherkondensator 24 sämtlichen Teilzellen 12 zugeordnet. Das heißt, der Energiespeicherkondensator 24 kann elektrisch parallel zu den in Reihe geschalteten Teilzellen 12 bzw. elektrisch parallel zu den in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 sowie parallel zu den in Reihe geschalteten Spannungsteilerkondensatoren 16 angeordnet sein. Somit sind die Spannungsteilerkondensatoren 16 elektrisch parallel zu den zwei Teilzellen 12 geschaltet. In each of the sub-cells 12, a capacitor can be arranged electrically parallel to the two series-connected switching units 20. The capacitor acts as a voltage divider for several series-connected sub-cells. The voltage divider capacitor 16 may be formed as a unipolar capacitor. The capacity of the voltage divider capacitor 16 depends, inter alia, on the transmission power of the cell-based multilevel converter and can be, for example, between 1 F and 100 pF or, for large system outputs, up to 1 mF or more. In embodiments, the Spannungssteiierkondensatoren 16 as identical as possible capacity, characterized falls over each of the Spannungssteiierkondensatoren per an identical voltage, whereby a symmetrical voltage level is made possible. The dielectric strength of the Spannungsteiierkondensatoren 16 of withstand voltage of the controllable electric switch 14, may - 14 ₄ or the diode 18 correspond to and may be one half of a double-cell voltage. Multiple sub-cells 12 can be interconnected to form a multiple cell 10. In this case, the subcells 12 are connected to each other in series, wherein two subcells 12 form a double row. The multiple row 10 further comprises at least one common energy storage capacitor 24, which is associated with at least two sub-cells 12. In exemplary embodiments, the energy storage capacitor 24 is assigned to all subcells 12. That is, the energy storage capacitor 24 may be electrically connected in parallel with the series-connected partial cells 12 or electrically in parallel with the series-connected switching units 20 and in parallel with the series-connected voltage dividing capacitors 16. Thus, the voltage divider capacitors 16 are electrically connected in parallel with the two subcells 12.

Der Energiespeicherkondensator 24 kann als unipolarer Kondensator ausgebildet sein. In Ausführungsbeispielen ist der Energiespeicherkondensator 24 als Folienkondensator ausgebildet. Ferner kann das Dielektrikum des Energiespeicherkondensators 24 als Glas- folie ausgebildet sein. Ein Glasfoliendielektrikum ermöglicht eine hohe Spannungsfestigkeit bei hoher Strombelastbarkeit. Das heißt der Energiespeicherkondensator 24 kann mit hohen Strömen geladen bzw. entladen werden. Die Spannungsfestigkeit ist abhängig von der Dicke der Glasfolie. Die Spannungsfestigkeit kann grösser als 10kV sein. Der Energiespeicherkondensator 24 kann eine größere Kapazität als die Spannungsteilerkondensatoren aufweisen, bzw. die Spannungsteilerkondensatoren 16 können einzeln betrachtet eine geringere Kapazität aufweisen als der Energiespeicherkondensator 24. In Ausführungsbeispielen entspricht die Kapazität der Spannungsteilerkondensatoren 16 zusammen der Kapazität des Energiespeicherkondensators 24. Die Kapazität der Spannungsteilerkondensatoren 16 kann aber auch um den Faktor 1 , 10, 100 oder 1000 kleiner sein als die Kapazität des Energiespeicherkondensators 24. Die Mehrfachzelle 10 umfasst ferner mindestens zwei Anschlussstellen X1 , X2, welche ausgebildet sind, elektrische Energie der Mehrfachzelle 10 zuzuführen und elektrische Energie aus der Mehrfachzelle 10 abzuführen. In Ausführungsbeispielen ist an jeder der Teilzellen 12 eine Anschlussstelle X1 , X2 ausgebildet. Die Anschlussstelle X1 , X2 kann zwischen den in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 angeordnet sein. Die Anschluss- stellen können je mittig an den in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 einer Teilzelle 12 angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel ist eine erste Anschlussstelle X1 zwischen der ersten Schalteinheit 20 und der zweiten Schalteinheit 20 angeordnet. Eine zweite Anschlusseinheit X2 ist zwischen der dritten Schalteinheit 20 und der vierten Schalteinheit 20 angeordnet. Bei Ausführungsbeispielen der Mehrfachzelle 10 ist eine erste Anschlussstelle X1 zwischen einem ersten Viertel und einem zweiten Viertel der in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 angeordnet bzw. angeschlossen und eine zweite Anschlussstelle X2 zwischen einem dritten Viertel und einem vierten Viertel der in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 angeschlossen. Ferner umfassen Ausführungsbeispiele mindestens zwei Span- nungsteilerkondensatoren 16, wobei mindestens ein erster Spannungsteilerkondensator 16 parallel zu den im ersten und zweiten Viertel in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 angeordnet ist und mindestens ein weiterer Spannungsteilerkondensator 16 parallel zu den im dritten und vierten Viertel in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 angeordnet ist. Zusätzlich ist ein Energiespeicherkondensator 24 parallel zu den in den vier Vierteln elektrisch in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20 angeordnet. The energy storage capacitor 24 may be formed as a unipolar capacitor. In embodiments, the energy storage capacitor 24 is formed as a film capacitor. Furthermore, the dielectric of the energy storage capacitor 24 may be formed as a glass foil. A glass foil dielectric allows a high dielectric strength with high current carrying capacity. That is, the energy storage capacitor 24 can be charged or discharged at high currents. The dielectric strength depends on the thickness of the glass sheet. The dielectric strength can be greater than 10kV. The energy storage capacitor 24 may have a larger capacity than the voltage divider capacitors, or the voltage divider capacitors 16 may individually considered having a smaller capacity than the energy storage capacitor 24. In embodiments, the capacity of the voltage divider capacitors 16 together corresponds to the capacity of the energy storage capacitor 24. The capacity of the voltage divider capacitors 16 may but also by the factor 1, 10, 100 or 1000 smaller than the capacity of the energy storage capacitor 24. The multiple cell 10 further comprises at least two connection points X1, X2, which are designed to supply electrical energy to the multiple cell 10 and electrical energy from the multiple cell 10th dissipate. In embodiments, a connection point X1, X2 is formed on each of the sub-cells 12. The connection point X1, X2 can be arranged between the series-connected switching units 20. The connection points can each be arranged centrally on the series-connected switching units 20 of a subcell 12. In the exemplary embodiment, a first connection point X1 is between the first switching unit 20 and the second switching unit 20 is arranged. A second terminal unit X2 is disposed between the third switching unit 20 and the fourth switching unit 20. In embodiments of the multiple cell 10, a first junction X1 is disposed between a first quarter and a second quarter of the series connected switching units 20, and a second junction X2 is connected between a third quarter and a fourth quarter of the series connected switching units 20. Furthermore, exemplary embodiments include at least two voltage divider capacitors 16, at least one first voltage divider capacitor 16 being arranged parallel to the switching units 20 connected in series in the first and second quarter, and at least one further voltage divider capacitor 16 being parallel to the switching units 20 connected in series in the third and fourth quarters is arranged. In addition, an energy storage capacitor 24 is arranged in parallel with the switching units 20 electrically connected in series in the four quarters.

Mit der in Figur 2 gezeigten Doppelzelle können drei Spannungsstufen erzeugt werden, wenn die Zelle symmetrisch aufgebaut ist, die Spannungsteilerkondensatoren eine vergleichbare Kapazität besitzen und die Symmetrierung der Kondensartorspannungen so gestaltet ist, dass die Spannungsteilerkondensatoren nahezu die gleiche Spannung aufweisen. So kann die Spannung zwischen den beiden Anschlussstellen X1 , X2 die Spannung am Energiespeicherkondensator 24 oder die Spannung an einem der Spannungsteilerkondensatoren 16 oder annähernd 0V betragen. Weitere Ausführungsbeispiele besitzen einen unsymmetrischen Aufbau, mit unterschiedlichen Teilzellspannungen, wodurch auch mehr Spannungsstufen erzeugt werden können. With the double cell shown in Figure 2, three voltage levels can be generated when the cell is symmetrical, the voltage divider capacitors have a comparable capacity and the balancing of the Kondensartorspannungen is designed so that the voltage divider capacitors have almost the same voltage. Thus, the voltage between the two connection points X1, X2 can be the voltage at the energy storage capacitor 24 or the voltage at one of the voltage divider capacitors 16 or approximately 0V. Further embodiments have an asymmetrical structure, with different partial cell voltages, whereby more voltage levels can be generated.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Steuerung ausgebildet. Die Steuerung kann Ausgebildet sein die steuerbaren elektrischen Schaltern 14T - 14 zu schalten. Die Steuerung kann bspw. eine erste Gruppe von steuerbaren elektrischen Schaltern 14·, - 14₄ und eine zweite Gruppe von steuerbaren elektrischen Schaltern 14_f - 14₄ synchron schalten. Hierdurch wird der kapazitive Spannungsteiler 16 nur sehr gering belastet. Somit können die Spannungsteilerkondensatoren 16 (Kapazitäten) kleiner ausgelegt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine inhärente Symmetrierung erfolgt und somit eine Spannungsmessung weniger, im Vergleich zur klassischen Doppelzelle, benötigt wird. Bei synchroner Ansteuerung kann die Anzahl der Spannungsmessungen halbiert werden. Diese Ansteue- rung kann mit den zuvor beschriebenen Maßnahmen zur passiven Symmetrierung kombi- niert werden. Die Ansteuerungsmethode mit dem geringsten Ansteuerung saufwand ist bei der Doppeizelle mit gemeinsamem Energiespeicherkondensator 24 die synchrone Ansteuerung der steuerbaren elektrischen Schalter 14, / 14₄ und 14₂ / 14₃. Figur 3 zeigt einen exemplarischen Spannungsverlauf bei unterschiedlichen Schalterstellungen, bei welchem ein positiver Strom gemäß konventioneller elektrischer Stromrichtung bei der ersten Anschlussstelle X1 in die Mehrfachzelle hinein- und bei der zweiten Anschlussstelle X2 hinausfließt. Die Spannungsverläufe in Figur 3 zeigen von oben nach unten der Reihe nach den Spannungsverlauf an einem oberen Spannungsteilerkondensator U_Co, wobei dem oberen Spannungsteilerkondensator in den Figuren 4a - f das Bezugszeichen 16, zugeordnet ist; den Spannungsverlauf an einem unteren Spannungsteilerkondensator U_Cu, wobei dem unteren Spannungsteilerkondensator in den Figuren 4a - f das Bezugszeichen 16₂ zuge- ordnet ist; den Spannungsverlauf an dem Energiespeicherkondensator U_CE, wobei dem oberen Energiespeicherkondensator in den Figuren 4a - f das Bezugszeichen 24 zugeordnet ist sowie den Spannungsverlauf an der Mehrfachzelle U_ZE, wobei die Spannung UZE in den Figuren 4a - f der Spannung zwischen den Anschlussstellen X1 und X2 zugeordnet ist. Im unteren Teil der Figur 3 sind die Schalterstellungen von vier steuerbaren elektrischen Schaltern S1 bis S4 aufgezeigt, wobei dem Schalter S1 in den Figuren 4a - f das Bezugszeichen 14-, , dem Schalter S2 das Bezugszeichen 14₂, dem Schalter S3 das Bezugszeichen 14₃ und dem Schalter S4 das Bezugszeichen 14₄ zugeordnet ist. Auf der X-Achse sind fünf Schaltzustände (I - V) der steuerbaren elektrischen Schalter aufgetragen. Die fünf abgebildeten Schaltzustände stellen eine bevorzugte Auswahl der durch vier Schalter möglichen 2⁴ = 16 Schaltzustände dar. In a preferred embodiment, a controller is formed. The controller may be configured to switch the controllable electrical switches 14T-14. The controller may, for example, a first group of controllable electrical switches 14 ·, -. 14 ₄ and a second group of controllable electrical switches 14 _f - synchronously switch 14 _4. As a result, the capacitive voltage divider 16 is charged only very slightly. Thus, the voltage divider capacitors 16 (capacitances) can be made smaller. Another advantage is that an inherent balancing takes place and thus a voltage measurement is less, compared to the classical double cell, is needed. With synchronous control, the number of voltage measurements can be halved. This activation can be combined with the previously described measures for passive balancing. be defined. The control method with the lowest driving saufwand is in Doppeizelle with a common energy storage capacitor 24, the synchronous control of the controllable electrical switches 14/14 ₄ and 14 _2/14. ₃ FIG. 3 shows an exemplary voltage curve in the case of different switch positions, in which a positive current according to the conventional electrical current direction flows into the multiple cell at the first connection point X1 and outflows at the second connection point X2. The voltage waveforms in Figure 3 show from top to bottom in sequence the voltage waveform at an upper voltage divider capacitor U _C o, wherein the upper voltage divider capacitor in Figures 4a - f is assigned the reference numeral 16; the voltage curve at a lower voltage divider capacitor U _C u, wherein the lower voltage divider capacitor in Figures 4a-f, the reference numeral 16 ₂ is assigned; the voltage curve at the energy storage capacitor U _C E, wherein the upper energy storage capacitor in Figures 4a - f is assigned the reference numeral 24 and the voltage waveform across the multiple cell U _ZE , wherein the voltage UZE in Figures 4a - f of the voltage between the terminals X1 and X2 is assigned. In the lower part of Figure 3, the switch positions of four controllable electrical switches S1 to S4 are shown, wherein the switch S1 in Figures 4a - f the reference numeral 14-, the switch S2, the reference numeral 14 ₂ , the switch S3, the reference numeral 14 _3rd and the switch S4 is assigned the reference numeral 14 ₄ . On the X-axis five switching states (I - V) of the controllable electrical switches are plotted. The five illustrated switching states represent a preferred selection of the possible by four switches 2 ⁴ = 16 switching states.

Die Figuren 4a - 4f zeigen Stromverläufe in der Mehrfachzelle 10 (Doppelzelle) bei einem positiven Strom zwischen der ersten Anschlussstelle X1 und der zweiten Anschlussstelle X2. Die Stromverläufe der Figuren 4c und 4d sowie der Figuren 4e und 4f erfolgen jeweils zeitgleich. FIGS. 4a-4f show current profiles in the multiple cell 10 (double cell) with a positive current between the first connection point X1 and the second connection point X2. The current profiles of FIGS. 4c and 4d and of FIGS. 4e and 4f are carried out at the same time.

Figur 4a zeigt einen ersten Schaltzustand I, in dem die Teilzellen und der gemeinsame Energiespeicherkondensator 24 derart verschaltet sein können, dass der Energiespeicherkondensator 24 mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar ist. Dabei kann in dem ersten Schaltzustand I der Energiespeicherkondensator 24 unter Umgehung der Spannungsteilerkondensatoren 6 _: 16₂ direkt mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Die Verbindung kann über mindestens eine der Schalteinheit 20, - 20₄ erfolgen. An dem oberen Spannungsteilerkondensator 16i , liegt die Spannung U_Co an, während an dem unteren Spannungsteiierkondensator 16₂, die Spannung U_Cu anliegt. Der erste steuerbare elektrische Schalter 14, und der vierte steuerbare elektrische Schaltet 14₄ sind im ersten Schaltzustand I leitend, wodurch ein an den Schalteinheiten 20-i, 20₄ anliegender Strom durch die elektrischen Schalter 14,, 14₄ fließen kann. Ein Stromfluss ist ebenfalls durch die antiparallel geschaltete Diode 18, , 18₄ in der ersten und vierten Schalteinheit 20,, 20₄ möglich, welche in Durchlassrichtung geschaltet sind. Ein Strom- fluss durch die Dioden 18i , 18 liegt insbesondere im fünften in Figur 3 gezeigten Schaltzustand V vor, wenn die beiden steuerbaren elektrischen Schalter 14, und 14₄ sperrend sind und somit kein Stromfluss durch die elektrisch geschalteten Schalter 14, und 14₄ möglich ist. Der Strom fließt durch die erste und vierte Schalteinheit 20,, 20₄. Die Dioden 18,, 18₄ sind sowohl in der ersten als auch in der vierten Schalteinheit 20,, 20₄ in Durchlassrichtung geschaltet, so dass dem Energiespeicherkondensator 24 elektrische Energie zugeführt und der Energiespeicherkondensator 24 geladen werden kann. Der obere Spannungsteiierkondensator 16, (mit dem Formelzeichen C₀) ist mit dem unteren Spannungsteiler- kondensator 16₂ (mit dem Formelzeichen Cu) in Reihe geschaltet. Die Spannungsteilerkapazität C_SP der beiden in Reihe geschalteten Spannungsteilerkondensatoren C₀ und Cy beträgt somit: FIG. 4a shows a first switching state I, in which the sub-cells and the common energy storage capacitor 24 can be connected such that the energy storage capacitor 24 can be connected to the connection points X1, X2. In this case, in the first switching state I of the energy storage capacitor 24, bypassing the voltage divider capacitors 6 _: 16 ₂ directly to the connection points X1, X2 connectable be. The compound may have at least one of the switching unit 20 - carried 20 _fourth At the upper voltage divider capacitor 16i, the voltage U _C o is applied, while at the lower Spannungssteiierkondensator 16 ₂ , the voltage U _C u is applied. The first controllable electrical switch 14, and the fourth controllable electrical switches 14 ₄ are conductive in the first switching position I, thereby forming a fitting to the switching units 20-i, 20 ₄ flow through the electrical switch 14 ,, 14 ₄ can flow. A current flow is also possible through the antiparallel-connected diode 18,, 18 ₄ in the first and fourth switching unit 20 ,, 20 ₄ , which are connected in the forward direction. A current flow through the diodes 18i, 18 is in particular in the fifth in Figure 3 shown switching state V before when the two controllable electrical switches 14, and 14 ₄ are off, and thus no current flow through the electrically-connected switches 14 and 14 are ₄ possible is. The current flows through the first and fourth switching unit 20, 20 ₄ . The diodes 18 ,, 18 ₄ are connected in both the first and the fourth switching unit 20 ,, 20 ₄ in the forward direction, so that the energy storage capacitor 24 supplied with electric energy and the energy storage capacitor 24 can be charged. The upper Spannungssteiierkondensator 16, (with the symbol C ₀ ) is connected in series with the lower voltage divider capacitor 16 ₂ (with the symbol Cu). The voltage divider capacitance C _S P of the two series-connected voltage divider capacitors C ₀ and Cy is thus:

1 1

^{Csp =} JL + _ ^{Csp =} JL + _

Co Cu Die beiden Spannungsteilerkondensatoren 16i , 16₂ sind parallel zu dem Energiespeicherkondensator 24 geschaltet und vergrößern somit die Kapazität des Energiespeicherkondensators 24 (mit dem Formelzeichen C_E) um L»sp.

Entsprechend teilt sich der Strom auf. Der Hauptstrom fließt durch den Energiespeicherkondensator, aber auch die parallelen Spannungsteilerkondensatoren werden anteilig geladen. Figur 4b zeigt einen weiteren Schaltzustand. Der Schaltzustand entspricht dem zweiten in Figur 3 gezeigten Schaitzustand II. In diesem zweiten Schaltzustand II sind der zweite steuerbare elektrische Schalter 14₂ und der dritte steuerbare elektrische Schalter 14₃ leitend geschaltet. Der Strom fließt somit direkt von der Anschlussstelle X1 zu der An- Schlussstelle X2, wobei die Spannung an der Mehrfachzelle U_ZE im Wesentlichen dem Spannungsabfall über den beiden steuerbaren elektrischen Schaltern 14₂ und 14₃ im leitenden Zustand entspricht und gegen OV geht. Co Cu The two voltage divider capacitors 16i, 16 ₂ are connected in parallel to the energy storage capacitor 24 and thus increase the capacity of the energy storage capacitor 24 (with the symbol C _E ) by L »sp.

Accordingly, the power splits up. The main current flows through the energy storage capacitor, but also the parallel voltage divider capacitors are proportionately charged. FIG. 4b shows a further switching state. The switching state corresponds to the second state shown in Figure 3 II. In this second switching state II, the second controllable electrical switch 14 ₂ and the third controllable electrical switch 14 _{3 are turned on} . The current thus flows directly from the connection point X1 to the connection point X2, wherein the voltage across the multiple _cell U _ZE essentially corresponds to the voltage drop across the two controllable electrical switches 14 ₂ and 14 ₃ in the conducting state and goes to OV.

Die steuerbaren elektrischen Schalter 14·, und 14₄ sind sperrend geschaltet und die Dio- den 18i , 18₄liegen bei positiver Spannung U_CE in Sperrrichtung, so dass der Energiespeicherkondensator 24 und die Spannungsteilerkondensatoren 16^ 16₂ nicht entladen werden. The controllable electrical switches 14, and 14 ₄ are switched off and the diodes 18i, 18 ₄ are in the reverse direction at a positive voltage U _C E, so that the energy storage capacitor 24 and the voltage divider capacitors 16 ^ 16 _{2 are} not discharged.

Figur 4c und 4d zeigen einen weiteren Schaltzustand. Der Schaltzustand entspricht dem dritten in Figur 3 gezeigten Schaltzustand III. Im dritten Schaltzustand III sind der zweite steuerbare elektrische Schalter 14₂ und der vierte steuerbare elektrische Schalter 14 leitend geschaltet. Der Strom fließt wie in Figur 4c dargestellt von der ersten Anschlussstelle X1 über den zweiten steuerbaren elektrischen Schalter 14₂ zu dem unteren Spannungsteilerkondensator 16₂ und über den vierten steuerbaren elektrischen Schalter 14₄ bzw. die Diode 18₄ der vierten Schalteinheit 20₄ zu der zweiten Anschlussstelle X2. Wie in Figur 4d dargestellt, sind parallel zu dem unteren Spannungsteilerkondensator 16₂, der obere Spannungsteilerkondensator 16i und der Energiespeicherkondensator 24 in Reihe geschaltet. Dadurch kann der Energiespeicherkondensator 24 über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren 16 mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Die Verbindung kann über mindestens eine der Schalteinheiten 20 erfolgen. Ferner kann zumindest einer der Spannungsteilerkondensatoren 16₂ unter Umgehung des Energiespeicherkondensators 24 mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Die Verbindung kann ebenfalls über mindestens eine der Schalteinheiten 20 erfolgen. Die in Figur 4c und Figur 4d dargestellten Stromverläufe finden zeitgleich statt. Der Zellstrom durch X1 teilt sich auf beide Pfade auf. FIGS. 4c and 4d show a further switching state. The switching state corresponds to the third switching state III shown in FIG. In the third switching state III, the second controllable electrical switch 14 ₂ and the fourth controllable electrical switch 14 are turned on. As shown in FIG. 4c, the current flows from the first connection point X1 via the second controllable electrical switch 14 ₂ to the lower voltage divider capacitor 16 ₂ and via the fourth controllable electrical switch 14 ₄ or the diode 18 _{4 of} the fourth switching unit 20 ₄ to the second Connection point X2. As shown in Figure 4d, in parallel to the lower voltage divider capacitor 16 ₂ , the upper voltage divider capacitor 16i and the energy storage capacitor 24 are connected in series. As a result, the energy storage capacitor 24 can be connectable via at least one of the voltage divider capacitors 16 to the connection points X1, X2. The connection can be made via at least one of the switching units 20. Furthermore, at least one of the voltage divider capacitors 16 ₂ can be connectable to the connection points X1, X2, bypassing the energy storage capacitor 24. The connection can also be made via at least one of the switching units 20. The current waveforms shown in Figure 4c and Figure 4d take place at the same time. The cell current through X1 splits on both paths.

Figur 4e und 4f zeigen einen weiteren Schaltzustand. Der Schaltzustand entspricht dem vierten in Figur 3 gezeigten Schaltzustand IV. Im vierten Schaltzustand IV sind der erste steuerbare elektrische Schalter 14_! und der dritte steuerbare elektrische Schalter 14₃ lei- tend geschaltet. Der Strom fließt wie in Figur 4e gezeigt von der ersten Anschlussstelle X1 über den ersten steuerbaren elektrischen Schalter 14_Ί bzw. dessen Diode 18T ZU dem oberen Spannungsteilerkondensator 16, und über den dritten steuerbaren elektrischen Schalter 14₃ zu der Anschlussstelle X2. Wie in Figur 4f dargestellt, können parallel zu dem oberen Spannungsteilerkondensator 16, der Energiespeicherkondensator 24 und der untere Spannungsteilerkondensator 16₂ in Reihe geschaltet sein. Dadurch kann der Ener- giespeicherkondensator 24 über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren 16₂ mit den Anschlussstellen verbindbar sein. Die Verbindung kann über mindestens eine der Schalteinheiten erfolgen. Ferner kann zumindest einer der Spannungsteilerkondensatoren 16i unter Umgehung des Energiespeicherkondensators 24 mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Die Verbindung kann ebenfalls über mindestens eine der Schaltein- heiten erfolgen. Die in Figur 4e und Figur 4f dargestellten Stromverläufe finden zeitgleich statt. Der Zellstrom durch X1 teilt sich auf beide Pfade auf. FIGS. 4e and 4f show a further switching state. The switching state corresponds to the fourth switching state IV shown in FIG. 3. In the fourth switching state IV, the first controllable electrical switch 14 _! and the third controllable electrical switch 14 ₃ conductively connected. As shown in FIG. 4e, the current flows from the first connection point X1 via the first controllable electrical switch 14 _' or its diode 18T to the first upper voltage divider capacitor 16, and via the third controllable electrical switch 14 ₃ to the junction X2. As shown in Figure 4f, parallel to the upper voltage divider capacitor 16, the energy storage capacitor 24 and the lower voltage divider capacitor 16 _{2 may be connected} in series. As a result, the energy storage capacitor 24 can be connectable to the connection points via at least one of the voltage divider capacitors 16 ₂ . The connection can be made via at least one of the switching units. Furthermore, at least one of the voltage divider capacitors 16i can be connectable to the connection points X1, X2, bypassing the energy storage capacitor 24. The connection can also be made via at least one of the switching units. The current profiles shown in FIGS. 4e and 4f take place at the same time. The cell current through X1 splits on both paths.

Figur 5 zeigt einen exemplarischen Spannungsverlauf bei unterschiedlichen Schalterstellungen, bei dem ein Strom gemäß konventioneller elektrischer Stromrichtung bei der zwei- ten Anschlussstelle X2 in die Mehrfachzelle hinein- und bei der ersten Anschlussstelle X1 hinausfließt. FIG. 5 shows an exemplary voltage curve in the case of different switch positions, in which a current according to the conventional electrical current direction at the second connection point X2 goes into the multiple cell and flows out at the first connection point X1.

Die Spannungsverläufe in Figur 5 zeigen von oben nach unten der Reihe nach den Spannungsverlauf an einem oberen Spannungsteilerkondensator U_Co, wobei dem oberen Spannungsteilerkondensator in den Figuren 6a - f das Bezugszeichen β^ zugeordnet ist; den Spannungsverlauf an einem unteren Spannungsteilerkondensator U_Cu, wobei dem unteren Spannungsteilerkondensator in den Figuren 6a - f das Bezugszeichen 16₂ zugeordnet ist; den Spannungsverlauf an dem Energiespeicherkondensator U_CE, wobei dem oberen Energiespeicherkondensator in den Figuren 6a - f das Bezugszeichen 24 zuge- ordnet ist sowie den Spannungsverlauf an der Mehrfachzelle U_ZE, wobei die Spannung U_ZE in den Figuren 6a - f der Spannung zwischen den Anschlussstellen X1 und X2 zugeordnet ist. Im unteren Teil der Figur 5 sind die Schalterstellungen von vier steuerbaren elektrischen Schaltern S1 bis S4 aufgezeigt, wobei dem Schalter S1 in den Figuren 6a - f das Bezugszeichen 14, , dem Schalter S2 das Bezugszeichen 14₂, dem Schalter S3 das Bezugszeichen 14₃ und dem Schalter S4 das Bezugszeichen 14 zugeordnet ist. Auf der X-Achse sind fünf Schaltzustände (I - V) der steuerbaren elektrischen Schalter aufgetragen. Die fünf abgebildeten Schaltzustände stellen eine bevorzugte Auswahl der durch vier Schalter möglichen 2⁴ - 16 Schaltzustände dar. Die Figuren 6a - 6f zeigen Stromverläufe in der Mehrfachzelle 10 (Doppelzeile) bei einem negativem Zellstrom an der ersten Anschlussstelle X1 und einem entsprechend positivem Strom an der zweiten Anschlusssteiie X2. Figur 6a zeigt einen ersten Schaltzustand I, in dem die Teilzellen und der gemeinsame Energiespeicherkondensator 24 derart verschaltet sein können, dass der Energiespeicherkondensator 24 mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar ist. Dabei kann in dem ersten Schaltzustand I der Energiespeicherkondensator 24 direkt über die Halbleiter mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Die Verbindung kann über mindestens eine der Schalteinheiten 20-i - 20₄ erfolgen. An dem oberen Spannungsteilerkondensator 16^ liegt die Spannung U_Co an, während an dem unteren Spannungsteilerkondensator 16₂, die Spannung U_Cu anliegt. The voltage waveforms in Figure 5 show from top to bottom in sequence the voltage waveform at an upper voltage divider capacitor U _C o, wherein the upper voltage divider capacitor in Figures 6a - f, the reference character β ^ is assigned; the voltage profile at a lower voltage divider capacitor U _C u, wherein the lower voltage divider capacitor in Figures 6a - f, the reference numeral 16 _{2 is} assigned; the voltage curve at the energy storage capacitor U _C E, wherein the upper energy storage capacitor in Figures 6a - f, the reference numeral 24 is assigned and the voltage waveform at the multiple cell U _Z E, wherein the voltage U _ZE in Figures 6a - f of the voltage between assigned to the connection points X1 and X2. In the lower part of Figure 5, the switch positions of four controllable electrical switches S1 to S4 are shown, wherein the switch S1 in Figures 6a - f, the reference numeral 14, the switch S2, the reference numeral 14 ₂ , the switch S3, the reference numeral 14 ₃ and the switch S4 is assigned the reference numeral 14. On the X-axis five switching states (I - V) of the controllable electrical switches are plotted. The five illustrated switching states represent a preferred selection of the 2 ⁴ - 16 switching states possible by means of four switches. FIGS. 6a-6f show current waveforms in the multiple cell 10 (double row) with a negative cell current at the first connection point X1 and a correspondingly positive current at the second connection part X2. FIG. 6a shows a first switching state I, in which the sub-cells and the common energy storage capacitor 24 can be connected such that the energy storage capacitor 24 can be connected to the connection points X1, X2. In this case, in the first switching state I, the energy storage capacitor 24 can be connectable directly to the connection points X1, X2 via the semiconductors. The connection can be made via at least one of the switching units 20-i-20 ₄ . At the upper voltage divider capacitor 16 ^ is the voltage U _C o, while at the lower voltage divider capacitor 16 ₂ , the voltage U _C u is applied.

Der erste steuerbare elektrische Schalter 14-, und der vierte steuerbare elektrische Schal- tet 14 sind im ersten Schaltzustand I leitend, wodurch ein an den Schalteinheiten 14,, 14₄ anliegender Strom durch die elektrischen Schalter 14i, 14₄ fließen kann. The first controllable electrical switch 14, and the fourth controllable electrical formwork tet 14 are conducting in the first switching position I, thereby forming a fitting to the switching units 14 ,, 14 ₄ flow through the electrical switch 14i, 14 ₄ can flow.

Der Strom fließt durch die erste und die vierte Schalteinheit 20Ί und 20₄, so dass dem Energiespeicherkondensator 24 elektrische Energie abgeführt und der Energiespeicher- kondensator 24 entladen werden kann. Der obere Spannungsteilerkondensator 16_! (mit dem Formelzeichen C₀) ist mit dem unteren Spannungsteilerkondensator 16₂ (mit dem Formelzeichen Cu) in Reihe geschaltet. Die Spannungsteilerkapazität C_Sp der beiden in Reihe geschalteten Spannungsteilerkondensatoren C₀ und Cu beträgt somit: The current flows through the first and the fourth switching unit 20Ί and 20 ₄ , so that the energy storage capacitor 24 electrical energy dissipated and the energy storage capacitor 24 can be discharged. The upper voltage divider capacitor 16 _! (with the symbol C ₀ ) is connected in series with the lower voltage divider capacitor 16 ₂ (with the symbol Cu). The voltage divider capacitance C _S p of the two series-connected voltage divider capacitors C ₀ and Cu is thus:

1 1

^{C$P ~} J- + J- Co u ^{C $ P ~} J- + J- Co u

Die beiden Spannungsteilerkondensatoren 16_n, 16₂ sind parallel zu dem Energiespeicherkondensator 24 geschaltet und vergrößern somit die Kapazität des Energiespeicherkondensators 24 (mit dem Formelzeichen C_E) um C_Sp.

The two voltage divider capacitors 16 _n , 16 ₂ are connected in parallel to the energy storage capacitor 24 and thus increase the capacity of the energy storage capacitor 24 (with the symbol C _E ) by C _S p.

Entsprechend teilt sich der Strom auf. Der Hauptstrom fließt durch den Energiespeicherkondensator, aber auch die parallelen Spannungsteilerkondensatoren werden anteilig entladen. Figur 6b zeigt einen weiteren Schaltzustand. Der Schaltzustand entspricht dem zweiten in Figur 5 gezeigten Schaltzustand M. Im zweiten Schaltzustand Ii sind der zweite steuerbare elektrische Schalter 14₂ und der dritte steuerbare elektrische Schalter 14₃ leitend geschal- tet. Der Strom fließt somit direkt von der zweiten Anschlussstelle X2 zu der ersten Anschlussstelle X1 . wobei die Spannung an der Mehrfachzelle U_ZE im Wesentlichen dem Spannungsabfall über den beiden steuerbaren elektrischen Schalter 14₂ und 14₃ im leitenden Zustand entspricht bzw. dem Spannungsabfall über den beiden antiparallel geschalteten Dioden 18₂, 18₃ in der zweiten und dritten Schalteinheit 20₂, 20₃, welche in Durchlassrichtung geschaltet sind. Der Spannungsabfall geht entsprechend gegen OV. Ein Stromfluss durch die Dioden liegt insbesondere im fünften der in Figur 5 gezeigten Schaltzustände V vor, wenn die beiden steuerbaren elektrischen Schalter 14₂ und 14₃ sperrend sind und somit kein Stromfluss durch die steuerbaren elektrischen Schalter 14₂ und 14₃ möglich ist. Accordingly, the power splits up. The main current flows through the energy storage capacitor, but also the parallel voltage divider capacitors are proportionately discharged. FIG. 6b shows a further switching state. The switching state corresponds to the second switching state M shown in FIG. 5. In the second switching state Ii, the second controllable electrical switch 14 ₂ and the third controllable electrical switch 14 _{3 are} turned on. The current thus flows directly from the second connection point X2 to the first connection point X1. wherein the voltage across the multiple _cell U _ZE substantially corresponds to the voltage drop across the two controllable electrical switches 14 ₂ and 14 ₃ in the conductive state or the voltage drop across the two antiparallel connected diodes 18 ₂ , 18 ₃ in the second and third switching unit 20 _second , 20 ₃ , which are connected in the forward direction. The voltage drop goes accordingly to OV. A current flow through the diodes is in particular in the fifth of the switching states V shown in Figure 5, when the two controllable electrical switches 14 ₂ and 14 _{3 are} blocking and thus no current flow through the controllable electrical switches 14 ₂ and 14 _{3 is} possible.

Die steuerbaren elektrischen Schalter 14-, und 14₄ sind sperrend geschaltet und die Dioden 18_! und 18₄ liegen bei positiver Spannung U_CE in Sperrrichtung, so dass der Energiespeicherkondensator 24 und die Spannungsteilerkondensatoren 16i, 16₂ nicht ge- oder entladen werden. The controllable electrical switches 14, 14 and ₄ are turned off, and the diodes _18! and 18 ₄ are at positive voltage U _C E in the reverse direction, so that the energy storage capacitor 24 and the voltage divider capacitors 16i, 16 _{2 are} not charged or discharged.

Figur 6c und 6d zeigen einen weiteren Schaltzustand. Der Schaltzustand entspricht dem dritten in Figur 5 gezeigten Schaltzustand III. Im dritten Schaltzustand III sind der zweite steuerbare elektrische Schalter 14₂ und der vierte steuerbare elektrische Schalter 14₄ leitend geschaltet. Der Strom fließt wie in Figur 6c dargestellt von der zweiten Anschluss- stelle X2 über den vierten steuerbaren elektrischen Schalter 14₄ zu dem unteren Spannungsteilerkondensator 16₂ und über den zweiten steuerbaren elektrischen Schalter 14₂ bzw. die Diode 18₂ der zweiten Schalteinheit 20₂ zu der ersten Anschlussstelle X1. Wie in Figur 6d dargestellt, sind parallel zu dem unteren Spannungsteilerkondensator 16₂, der obere Spannungsteilerkondensator 16_! und der Energiespeicherkondensator 24 in Reihe geschaltet. Dadurch kann der Energiespeicherkondensator 24 über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren 16i mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Die Verbindung kann über mindestens eine der Schalteinheiten 20 erfolgen. Ferner kann zumindest einer der Spannungsteilerkondensatoren 16₂ unter Umgehung des Energiespeicherkondensators 24 mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Die Verbindung kann ebenfalls über mindestens eine der Schalteinheiten 20 erfolgen. Die in Figur 6c und Figur 6d dargestellten Stromverläufe finden zeitgleich statt. Der Zellstrom durch X1 teilt sich auf beide Pfade auf. FIGS. 6c and 6d show a further switching state. The switching state corresponds to the third switching state III shown in FIG. In the third switching state III, the second controllable electrical switch 14 ₂ and the fourth controllable electrical switch 14 _{4 are turned on} . As shown in FIG. 6c, the current flows from the second connection point X2 via the fourth controllable electrical switch 14 ₄ to the lower voltage divider capacitor 16 ₂ and via the second controllable electrical switch 14 ₂ or the diode 18 _{2 to} the second switching unit 20 ₂ the first connection point X1. As shown in FIG. 6 d, parallel to the lower voltage divider capacitor 16 ₂ , the upper voltage divider capacitor 16 _! and the energy storage capacitor 24 connected in series. As a result, the energy storage capacitor 24 can be connectable to the connection points X1, X2 via at least one of the voltage divider capacitors 16i. The connection can be made via at least one of the switching units 20. Furthermore, at least one of the voltage divider capacitors 16 ₂ can be connectable to the connection points X1, X2, bypassing the energy storage capacitor 24. The connection can also be made via at least one of the switching units 20. The in Figure 6c and Figure 6d current waveforms take place at the same time. The cell current through X1 splits on both paths.

Figuren 6e und 6f zeigen einen weiteren Schaltzustand. Der Schaltzustand entspricht dem vierten in Figur 5 gezeigten Schaltzustand IV. Im vierten Schaltzustand IV sind der erste steuerbare elektrische Schalter 14-, und der dritte steuerbare elektrische Schalter 14₃ leitend geschaltet. Der Strom fließt wie in der Figur 6e gezeigt von der zweiten Anschlussstelle X2 über den dritten steuerbaren elektrischen Schalter 14₃ bzw. dessen Diode 18₃ zu dem oberen Spannungsteilerkondensator 16i und über den ersten steuerbaren elektrischen Schalter 14 zu der ersten Anschlussstelle XL Wie in der Figur 6f dargestellt, können parallel zu dem oberen Spannungsteilerkondensator 16T der Energiespeicherkondensator 24 und der untere Spannungsteilerkondensator 16₂ in Reihe geschaltet sein. Dadurch kann der Energiespeicherkondensator 24 über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren 16₂ mit den Anschlussstellen verbindbar sein. Die Verbindung kann über mindestens eine der Schalteinheiten 20 erfolgen. Ferner kann zumindest einer der Spannungsteilerkondensatoren 16₁ unter Umgehung des Energiespeicherkondensators 24 mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Die Verbindung kann ebenfalls über mindestens eine der Schalteinheiten 20 erfolgen. Die in Figur 6e und Figur 6f dargestellten Stromverläufe finden zeitgleich statt. Der Zellstrom durch X1 teilt sich auf beide Pfade auf. FIGS. 6e and 6f show a further switching state. The switching state corresponds to the fourth switching state IV shown in FIG. 5. In the fourth switching state IV, the first controllable electrical switch 14- and the third controllable electrical switch 14 _{3 are turned on} . As shown in FIG. 6e, the current flows from the second connection point X2 via the third controllable electrical switch 14 ₃ or its diode 18 ₃ to the upper voltage divider capacitor 16 i and via the first controllable electrical switch 14 to the first connection point XL 6f, parallel to the upper voltage divider capacitor 16T, the energy storage capacitor 24 and the lower voltage divider capacitor 16 _{2 may be connected} in series. As a result, the energy storage capacitor 24 can be connectable to the connection points via at least one of the voltage divider capacitors 16 ₂ . The connection can be made via at least one of the switching units 20. Furthermore, at least one of the voltage divider capacitors 16 ₁ can be connectable to the connection points X ₁ , X ₂ , bypassing the energy storage capacitor 24. The connection can also be made via at least one of the switching units 20. The current waveforms shown in Figure 6e and Figure 6f take place at the same time. The cell current through X1 splits on both paths.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Mehrfachzelle 40 für einen zellbasierten Multilevel-Umrichter. Das Ausführungsbeispiel kann als 3-Level NPC Doppelzelle, (3-Level Neutral Point Clamped, 3 Stufen mit festem neutral Punkt) bezeichnet werden. Die Mehrfachzelle 40 kann zwei Teilzellen 42 umfassen, wobei jede der Teilzellen 42 vier steuerbare elektrische Schalter 14^ - 14₈ und zwei Spannungsteilerkondensatoren 16i - 16₄ umfassen kann. Der gemeinsame Energiespeicherkondensator 24 ist den zwei Teilzellen 42 zugeordnet. Ferner sind mindestens zwei Anschlussstellen X 1 , X2 ausgebildet, um elektrische Energie der Mehrfachzelle 40 zuzu- führen und elektrische Energie aus der Mehrfachzelle 40 abzuführen. Die Teilzellen 42 und der gemeinsame Energiespeicherkondensator 24 können derart verschaltet sein, dass in einem ersten Schaltzustand der Energiespeicherkondensator 24 mit den Anschlussstellen X1 , X2 verbindbar ist. In dem ersten Schaltzustand kann der Energiespeicherkondensator 24 unter Umgehung der Spannungsteilerkondensatoren 16, - 16₄ mit den Anschlussstellen X L X2 verbindbar sein. In einem weiteren Schaltzustand kann der Energiespeicherkondensator 24 über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren 16, - 16,- mit den Anschiussstellen X1 , X2 verbindbar sein. Ferner kann in einem weiteren Schaltzustand zumindest einer der Spannungsteilerkondensatoren 16, - 16₄ unter Umgehung des Energiespeicherkondensator 24 mit den Anschlussstellen XI , X2 verbindbar sein. FIG. 7 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a multiple cell 40 for a cell-based multilevel converter. The embodiment may be referred to as a 3-level neutral point clamped (NPC) 3-level neutral point clamp. The multi-cell 40 may include two sub-cells 42, each of the subcells 42 four controllable electrical switch 14 ^ - 14 _8, and two voltage divider capacitors 16i - 16 ₄ may comprise. The common energy storage capacitor 24 is associated with the two sub-cells 42. Furthermore, at least two connection points X 1, X 2 are formed in order to supply electrical energy to the multiple cell 40 and to dissipate electrical energy from the multiple cell 40. The sub-cells 42 and the common energy storage capacitor 24 may be connected such that in a first switching state of the energy storage capacitor 24 to the connection points X1, X2 is connectable. In the first switching state, the energy storage capacitor 24, bypassing the voltage divider capacitors 16, - 16 _{4 be} connected to the terminals XL X2. In a further switching state of the energy storage capacitor 24 via at least one of the voltage divider capacitors 16, - 16, - be connectable to the Anschiussstellen X1, X2. In a further switching state further may include at least one of the voltage dividing capacitors 16 - 16 ₄ bypassing the energy storage capacitor 24 to the terminal points XI, X2 be connectable.

Das in Figur 7 gezeigte Ausführungsbeispiel kann auch als Vierfachzelle bezeichnet werden. Dabei kann eine Teilzelle vier steuerbare elektrische Schalter 14 - 14₈ umfassen. Die zwei in Reihe geschalteten Teilzellen sind somit als Vierfachzelle ausgebildet. Die Mehrzahl von Schalteinheiten 20, - 20₈, welche die Mehrfachzelle 40 für einen zellbasierten modularen Multilevel-Umrichter umfasst, können elektrisch in Reihe geschaltet sein, wobei die Schalteinheiten 20, - 20₈ einen steuerbaren elektrischen Schalter 14 und eine antiparallel zu dem steuerbaren elektrischen Schalter 14 geschaltete Diode 18 bzw. ein Halbleiterelement umfassen. Die erste Anschlussstelle X1 kann zwischen einem ers- ten Viertel und einem zweiten Viertel der in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20, - 20₈ angeschlossen werden und die zweite Anschlussstelle X2 kann zwischen einem dritten Viertel und einem vierten Viertel der in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20, - 20₈ angeschlossen werden. Ferner sind vier Spannungsteilerkondensatoren 16, - 16₄ vorhanden, wobei zwei Spannungsteilerkondensatoren 16, , 16₂ parallel zu den im ersten und zweiten Viertel in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20, - 20 angeordnet sind und zwei Spannungsteilerkondensatoren 16₃, 16₄ parallel zu den im dritten und vierten Viertel in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20₅ - 20₈ angeordnet sind. Der mindestens eine gemeinsame Energie- speicherkondensator 24 ist parallel zu den in den vier Viertelen elektrisch in Reihe geschalteten Schalteinheiten 20, - 20₈ angeordnet. The exemplary embodiment shown in FIG. 7 can also be referred to as a quadruple cell. Here, a sub-cell four controllable electrical switches 14 - 14 comprise. ₈ The two series-connected subcells are thus designed as a quadruple cell. The plurality of switching units 20 - 20 _8, which comprises the multi-cell 40 for a cell-based modular, multi-level inverters may be electrically connected in series, wherein the switching units 20 - 20 ₈ a controllable electrical switch 14 and an anti-parallel controllable to the electric Switch 14 connected diode 18 and a semiconductor element. The first connection point X1 can be between a ERS th quarter and a second quarter of the series-connected switching units 20 - to be connected 20 ₈ and the second junction X2 may be between a third quarter, and a fourth quarter of said series connected switching units 20 - 20 _{8 are} connected. Further, four voltage dividing capacitors 16, - 16 _{4 are} present, two voltage divider capacitors 16, 16 ₂ parallel to the connected in the first and second quarter-series connected switching units 20 - 20 are arranged, and two voltage divider capacitors 16 _3, 16 ₄ parallel to the third and fourth quarter-series switching units 20 ₅ - 20 ₈ are arranged. The at least one common energy storage capacitor 24 is parallel to the electrically connected in the four Viertelen series connected switching units 20 - 20 are arranged. ₈

Eine erste Klemmdiode 44, und eine zweite Klemmdiode 44₂ sind in Reihe zueinander und parallel zu der zweiten Schalteinheit 20₂ in dem ersten Viertel und der ersten Schalt- einheit 20₃ in dem zweiten Viertel geschaltet. Ferner sind eine dritte Klemmdiode 44₃ und eine vierte Klemmdiode 44₄ in Reihe zueinander und parallel zu der zweiten Schalteinheit 20₆ in dem dritten Viertel und der ersten Schalteinheit 20₇ in dem vierten Viertel geschaltet. Die Klemmdioden 44, - 44₄ können auch als NPC-Dioden bezeichnet werden. Ein erster Spannungsteilerkondensator 16, ist parallel zu der ersten Schalteinheit 20, in dem ersten Viertel und der ersten Klemmdiode 44, angeordnet. Ein zweiter Spannungs- teilerkondensatoren 16₂ ist parallel zu der zweiten Klemmdiode 44₂ und der zweiten Schalteinheit 20₄ in dem zweiten Viertel angeordnet. A first clamping diode 44, and a second clamping diode 44 ₂ are connected in series with each other and in parallel to the second switching unit 20 ₂ in the first quarter and the first switching unit 20 ₃ in the second quarter. Further, a third clamp diode 44 ₃ and a fourth clamp diode 44 _{4 are connected} in series with each other and in parallel with the second switching unit 20 ₆ in the third quarter and the first switching unit 20 ₇ in the fourth quarter. The clamping diodes 44, 44 ₄ can also be referred to as NPC diodes. A first voltage divider capacitor 16 is arranged in parallel to the first switching unit 20, in the first quarter and the first clamping diode 44. A second tension divide capacitors 16 ₂ is arranged parallel to the second clamping diode 44 ₂ and the second switching unit 20 ₄ in the second quarter.

Ein dritter Spannungsteilerkondensator 16₃ ist parallel zu der ersten Schalteinheit 20₅ in dem dritten Viertel und der dritten Klemmdiode 44₃ und ein vierter Spannungsteilerkondensator 16₄ ist parallel zu der vierten Klemmdiode 44₄ und der zweiten Schalteinheit 20₈ in dem vierten Viertel angeordnet. A third voltage divider capacitor 16 ₃ is parallel to the first switching unit 20 ₅ in the third quarter and the third clamping diode 44 ₃ and a fourth voltage divider capacitor 16 ₄ is arranged parallel to the fourth clamping diode 44 ₄ and the second switching unit 20 ₈ in the fourth quarter.

Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiels einer Mehrfachzelle 10 (Doppelzelle) mit niederin- duktiv angeschlossenem Zusatzkondensator 46. Dabei ist elektrisch parallel zu dem Energiespeicherkondensator 24 der Zusatzkondensator 46 niederinduktiv an die Mehrzahl von Teilzellen 12 angeschlossen. Der Zusatzkondensator 46 kann beispielsweise durch kurze Anschlussverbindungen zu der Mehrzahl von Teilzellen 12 niederinduktiv an diese angeschlossen werden. Ferner kann durch Parallelschaltung mehrerer Verbindungen auf der Leiterplatte die Induktivität reduziert werden. Zusätzlich kann durch wechselnde Polarität der Anschlüsse die Induktivität weiter reduziert werden. Durch den niederinduktiv angeschlossenen Zusatzkondensator 46 können Stromspitzen insbesondere beim Ein- und Ausschalten der steuerbaren elektrischen Schalter 14 in den Zusatzkondensator 46 abgeleitet und gespeichert werden, wodurch die Performance der Mehrfachzelle 10 er- höht werden kann. Zudem können mögliche Oszillationen zwischen den einzelnen Kondensatoren und den parasitären Induktivitäten reduziert werden. FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a multiple cell 10 (double cell) with a low-inductively connected additional capacitor 46. In this case, the additional capacitor 46 is connected in a low-inductance manner to the plurality of partial cells 12 in parallel with the energy storage capacitor 24. By way of example, the additional capacitor 46 can be connected to it in a low-inductance manner by means of short connection connections to the plurality of subcells 12. Furthermore, the inductance can be reduced by connecting several connections in parallel on the printed circuit board. In addition, the inductance can be further reduced by changing the polarity of the connections. The low-inductively connected additional capacitor 46 allows current peaks to be dissipated and stored, in particular when the controllable electrical switches 14 are switched on and off, into the additional capacitor 46, as a result of which the performance of the multiple cell 10 can be increased. In addition, possible oscillations between the individual capacitors and the parasitic inductances can be reduced.

Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Mehrfachzelle 10 (Doppelzelle) mit gesplitte- ten Spannungsteilerkondensatoren 16_A, 16_B, 16_c, 16_D . Dabei sind jeweils mindestens zwei Spannungsteilerkondensatoren 16_Al 16_c; 16_B, 16_D elektrisch parallel zueinander geschaltet. Der eine der beiden parallel geschalteten Spannungsteilerkondensatoren 16_A, 16_B kann eine kleinere Kapazität aufweisen und ist niederinduktiv an die steuerbaren elektrischen Schalter 14 angeschlossen. Der andere der beiden parallel geschalteten Spannungsteilerkondensatoren 16_c, 16_D kann eine größere Kapazität aufweisen und ist niederinduktiv an den Energiespeicherkondensatoren 24 angeschlossen. Das niederinduktive Anschließen der Spannungsteilerkondensatoren 16_A, 16_B, 16_c, 16_D kann mit vorhergehend erwähnten Mitteln erfolgen. Durch die niederinduktiv an die steuerbaren elektrischen Schalter 14 angeschlossen Spannungsteilerkondensatoren 16_A, 16_B können wiederum Abschaltüberspannungen, die beim Schalten der Halbleiter 14-,— 14₄ entstehen können, reduziert werden. Zudem können die Schaltverluste reduziert werden. Die Spannungsteilerkondensatoren 16_A, 16_B können, um Kosten zu optimieren, beispielsweise eine kleine Kapazität zwischen 100nF und 1 Ρ aufweisen. Die Spannungsteilerkondensatoren 16_c, 16_D können eine größere Kapazität beispielsweise zwischen 10 F und 100 F aufweisen. Durch niederinduktives Anschließen der Spannungsteilerkondensatoren 16_c, 16_D an den Energiespeicherkondensator 24 können mögliche Oszillationen zwischen den ein- zelnen Kapazitäten und den parasitären Induktivitäten minimiert werden. Dadurch lässt sich die Performance der Mehrfachzelle 10 erhöhen. FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a multiple cell 10 (double cell) with split voltage divider capacitors 16 _A , 16 _B , 16 _c , 16 _D. In each case at least two voltage divider capacitors 16 _Al 16 _c ; 16 _B , 16 _D electrically connected in parallel. One of the two voltage divider capacitors 16 _A , 16 _B connected in parallel may have a smaller capacitance and is connected in a low-inductance manner to the controllable electrical switches 14. The other of the two voltage divider capacitors 16 _c , 16 _D connected in parallel can have a larger capacitance and is connected in a low-inductance manner to the energy storage capacitors 24. The low-inductance connection of the voltage divider capacitors 16 _A , 16 _B , 16 _c , 16 _D can be done with the means mentioned above. Due to the low inductance to the controllable electrical switch 14 connected voltage dividing capacitors 16 _A, 16 _B can in turn surges that the switching of the semiconductor 14 - 14 ₄ may occur can be reduced -. In addition, the switching losses can be reduced. The voltage divider capacitors 16 _A , 16 _B can, for example, to optimize costs small capacity between 100nF and 1 Ρ. The voltage divider capacitors 16 _c , 16 _D may have a larger capacity, for example between 10 F and 100 F. By low-inductively connecting the voltage divider capacitors 16 _c , 16 _D to the energy storage capacitor 24 possible oscillations between the individual capacitances and the parasitic inductances can be minimized. As a result, the performance of the multiple cell 10 can be increased.

In weiteren Ausführungsbeispielen können parallel zu den Spannungsteilerkondensatoren 16 Varistoren oder ohmsche Widerstände oder andere Komponenten zur passiven Span- nungssymmetrierung angeschlossen werden. In further exemplary embodiments, varistors or ohmic resistors or other components for passive voltage balancing can be connected in parallel to the voltage divider capacitors 16.

In Ausführungsbeispielen können anstelle eines einzelnen Spannungsteilerkondensators eine Kondensatorbatterie aus mehreren Spannungsteilerkondensatoren mit der resultierenden Kapazität des Spannungsteilerkondensators elektrisch zusammen geschaltet sein. Dadurch kann beispielsweise durch unterschiedliche Anschlussleitungen der Spannungsteilerkondensatoren die Performance der Mehrfachzelle erhöht bzw. die Gesamtkapazität der Spannungsteilerkondensatoren vergrößert werden. Auch kann in Ausführungsbeispielen anstelle eines einzelnen Energiespeicherkondensators eine Kondensatorbatterie aus mehreren Energiespeicherkondensatoren mit der resultierenden Kapazität des Energie- Speicherkondensators elektrisch zusammen geschaltet sein. Dadurch kann beispielsweise durch unterschiedliche Anschlussleitungen der Energiespeicherkondensatoren die Performance der Mehrfachzelle erhöht bzw. die Gesamtkapazität des Energiespeicherkondensators vergrößert werden. Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zellbasierten Multilevel-Umrichters 50. Der Multilevel-Umrichter 50 umfasst drei Phasenmodule 52 für ein dreiphasiges System. Die Phasen sind mit L1 , L2 und L3 beschriftet. Jedes der Phasenmodule 52 weist zwei Stromrichterventile 54 auf. Jedes der Stromrichterventile 54 weist drei Mehrfachzellen 56 auf. Die Mehrfachzellen 56 sind an ihren Anschlussstellen X1 , X2 in Reihe geschaltet. In Aus- führungsbeispielen können n Mehrfachzellen 56, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich eins ist, n > 1 , in Reihe geschaltet sein. Je mehr Mehrfachzellen 56 in Reihe geschaltet sind, desto feiner kann eine Abstufung bzw. Auflösung der Wechselspannung erfolgen. Zusätzlich kann durch die Anzahl der Spannungsstufen, die jede der Mehrfachzellen 56 ausgeben kann, die Auflösung der Wechselspannung beeinflusst werden. Eine Steuerung kann ausgebildet sein, steuerbare elektrische Schalter der Mehrfachzellen 56 zu schalten. Die steuerbaren elektrischen Schalter können logisch in Gruppen von steuerbaren elektrischen Schaltern zusammengefasst sein, wobei die steuerbaren Schalter einer Gruppe jeweils gemeinsam geschaltet werden. Die Steuerung kann ausgebildet sein, um eine erste Gruppe von steuerbaren elektrischen Schaltern und eine zweite Gruppe von steuerbaren elektrischen Schaltern synchron zu schalten. In embodiments, instead of a single voltage divider capacitor, a capacitor bank of multiple voltage divider capacitors may be electrically connected together with the resulting capacitance of the voltage divider capacitor. As a result, the performance of the multiple cell can be increased or the total capacity of the voltage divider capacitors can be increased, for example, by different connection lines of the voltage divider capacitors. Also, in embodiments, instead of a single energy storage capacitor, a capacitor bank of a plurality of energy storage capacitors may be electrically connected together with the resulting capacity of the energy storage capacitor. As a result, the performance of the multiple cell can be increased or the total capacity of the energy storage capacitor can be increased, for example, by different connection lines of the energy storage capacitors. FIG. 10 shows an exemplary embodiment of a cell-based multilevel converter 50. The multilevel converter 50 comprises three phase modules 52 for a three-phase system. The phases are labeled L1, L2 and L3. Each of the phase modules 52 has two power converter valves 54. Each of the power converter valves 54 has three multiple cells 56. The multiple cells 56 are connected in series at their connection points X1, X2. In embodiments, n multiple cells 56, where n is a natural number greater than or equal to one, n> 1, may be connected in series. The more multiple cells 56 are connected in series, the finer can be a gradation or resolution of the AC voltage. In addition, the number of voltage levels that each of the multiple cells 56 can output will affect the resolution of the AC voltage. A controller may be configured to switch controllable electrical switches of the multiple cells 56. The controllable electrical switches can be logically combined into groups of controllable electrical switches, wherein the controllable switches of a group are respectively switched together. The controller may be configured to synchronously switch a first group of controllable electrical switches and a second group of controllable electrical switches.

Die Steuerung kann ferner ausgebildet sein, einen Spannungswert an den Spannungsteilerkondensatoren zu erfassen und abhängig vom erfassten Spannungswert die steuer- baren elektrischen Schalter zu schalten. Die Steuerung kann in Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, eine aktive Symmetrierung der Kondensatorspannungen durch beein- flussung der Stellung der steuerbaren elektrischen Schalter zu erzielen. Dabei können zwei Spannungen pro Doppelzelle gemessen werden. Die Steuerung der aktiven Symmetrierung kann über die zentrale Umrichtersteuerung oder eine lokale und autarke Funk- tionalität der Mehrfachzelle sowie auch über eine Mischung aus beiden Funktionalitäten geschehen. The controller may further be configured to detect a voltage value at the voltage divider capacitors and to switch the controllable electrical switches depending on the detected voltage value. In embodiments, the controller may be designed to achieve active balancing of the capacitor voltages by influencing the position of the controllable electrical switches. Two voltages per double cell can be measured. The control of the active balancing can be done via the central inverter control or a local and autonomous functionality of the multiple cell as well as a mixture of both functionalities.

Ausführungsbeispiele der Erfindung finden in allen Spannungsbereichen (Nieder- bis Höchstspannung) Anwendung. Dabei können Ausführungsbeispiele in Wechselrichter, Gleichrichter oder Direktumrichter bzw. in allen Bereichen, in denen Wechselrichter- Topologien eingesetzt werden, betrieben werden. Embodiments of the invention are used in all voltage ranges (low to high voltage) application. In this case, embodiments can be operated in inverters, rectifiers or direct converters or in all areas in which inverter topologies are used.

In Ausführungsbeispielen wird pro Mehrfachzelle (Doppelzelle) nur ein Energiespeicherkondensator verwendet. Dadurch kann die Kondensatorspannung verdoppelt und die Ka- pazität auf die Hälfte der ursprünglichen Kapazität gesenkt werden. Die Erhöhung der Maximalspannung des Energiespeicherkondensators lässt bei Niederspannungsanwendungen den wirtschaftlichen Einsatz besser geeigneter Kondensatortechnologien zu. Eine Paarung von guten Niederspannungshalbleitern mit hochbelastbaren Folienkondensatoren wird effizient möglich. In embodiments, only one energy storage capacitor is used per multiple cell (double cell). This can double the capacitor voltage and reduce the capacity to half the original capacity. Increasing the maximum voltage of the energy storage capacitor allows the economical use of better capacitor technologies in low voltage applications. Pairing good low voltage semiconductors with heavy duty foil capacitors becomes efficient.

In Ausführungsbeispielen kann durch gezieltes Platzieren der Spannungsteilerkondensatoren in der Nähe der steuerbaren elektrischen Schalter (Halbleiterschalter) die Abschaltüberspannung reduziert werden. Ferner kann die Größe dieser (Spannungsteiler-) Kondensatoren durch Steigerung der Schaltfrequenz weiter reduziert werden. Durch Ausführungsbeispiele bietet sich die Möglichkeit, die modulare Multilevel-Topologie in Niederspannungsanwendungen kosten- und volumeneffizient einzusetzen. Für Anwendungen mit höheren Spannungen bietet sich die Möglichkeit spezielle Hochspannungskondensatoren (z.B. mit Glasfolie als Dielektrikum, >10kV Nennspannung) mit den beste- henden Halbleiterspannungsklassen zu kombinieren. In exemplary embodiments, the switch-off overvoltage can be reduced by deliberately placing the voltage divider capacitors in the vicinity of the controllable electrical switches (semiconductor switches). Furthermore, the size of these (voltage divider) capacitors can be further reduced by increasing the switching frequency. Embodiments offer the possibility of using the modular multilevel topology in low-voltage applications in a cost and volume-efficient manner. For applications with higher voltages, it is possible to combine special high-voltage capacitors (eg with glass foil as a dielectric,> 10 kV nominal voltage) with the existing semiconductor voltage classes.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, so dass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwen- dung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einem Mikroprozessor, einem programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magneti- sehen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerpro- grammprodukt auf einem Computer abläuft. Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a Hardware apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-Ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetics Viewing or optical storage are carried on the electronically readable control signals are stored, which can cooperate with a programmable computer system or cooperate such that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable. Thus, some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed. In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is effective to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.

Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger ge- speichert sein. The program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.

Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium. In other words, an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Daten- träger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. A further embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for performing one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Daten- ström oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents or represents the computer program for performing one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, der/das dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein. Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumin- dest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatte rarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatte rarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzu- führen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder eine für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Ein- zelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. Another embodiment according to the invention comprises a device or system adapted to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver. The transmission can be done for example electronically or optically. The receiver can for example, a computer, a mobile device, a storage device or similar device. For example, the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the recipient. In some embodiments, a programmable logic device (eg, a field programmable gate rarray, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate rarray may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This may be a universal hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method, such as an ASIC. The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented with the description and explanation of the embodiments herein.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

10; 40; 56 Mehrfachzelle 10; 40; 56 multiple cell

12; 42 Teilzellen 12; 42 subcells

14; 14, - 14₄ steuerbare elektrische Schalter 14; 14, - 14 ₄ controllable electrical switches

16; 16! - 16₄; 16_A - 6 Spannungsteilerkondensator 16; 16! - 16 ₄ ; 16 _A - 6 voltage divider capacitor

18; 18, - 18₄ Diode 18; 18, - 18 ₄ diode

20; 20i - 20₈ Schalteinheit 20; 20i - 20 ₈ switching unit

24 Energiespeicherkondensator 24 energy storage capacitor

44_! - 44₄ Klemmdiode 44 _! - 44 ₄ Clamping diode

46 Zusatzkondensator 46 additional capacitor

50 modularer Multilevel-Umrichter 50 modular multilevel inverters

52 Phasenmodul 52 phase module

54 Stromrichterventil 54 converter valve

56 Mehrfachzellen 56 multiple cells

X1 , X2 Anschlussstelle X1, X2 connection point

Uco Spannung am oberen Spannungsteilerkondensator Ucu Spannung am unteren Spannungsteilerkondensator U_CE Spannung am Energiespeicherkondensator UZE Spannung an der Mehrfachzelle Uco Voltage at the upper voltage divider capacitor Ucu Voltage at the lower voltage divider capacitor U _CE Voltage at the energy storage capacitor UZE Voltage at the multiple cell

Claims

Patentansprüche claims

Mehrfachzelle (10; 40; 56) für einen zeilbasierten Muitiievei-Umrichter (50) umfassend: eine Mehrzahl von Teilzellen (12; 42), wobei jede der Teilzellen (12; 42) zumindest zwei steuerbare elektrische Schalter (14; 14i - 14₄) und zumindest einen Spannungsteilerkondensator (16; 16i - 16₄; 16_A - 16_D) umfasst, mindestens ein gemeinsamer Energiespeicherkondensator (24) der mindestens zwei Teilzellen (12; 42) zugeordnet ist, mindestens zwei Anschlussstellen (X1 , X2) welche ausgebildet sind, elektrische Energie der Mehrfachzelle (10; 40; 56) zuzuführen und elektrische Energie aus der Mehrfachzelle (10; 40; 56) abzuführen, wobei die Teilzellen (12; 42) und der gemeinsame Energiespeicherkondensator (24) derart verschaltet sind, dass in einem ersten Schaltzustand der Energiespeicherkondensator (24) mit den Anschlussstellen (X1 , X2) verbindbar ist, und in einem weiteren Schaltzustand der Energiespeicherkondensator (24) über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren (16; 16i - 16₄; 16_A - 16_D) mit den Anschlussstellen (X1 , X2) verbindbar ist. A multi-cell (10; 40; 56) for a line-based multi-turn converter (50) comprising: a plurality of sub-cells (12; 42), each of said sub-cells (12; 42) including at least two controllable electrical switches (14; 14i-14 ₄₎ ) and at least one voltage divider capacitor (16; 16i - 16 ₄ ; 16 _A - 16 _D ), at least one common energy storage capacitor (24) is associated with the at least two subcells (12; 42), at least two connection points (X1, X2) are formed to supply electrical energy to the multiple cell (10; 40; 56) and to dissipate electrical energy from the multiple cell (10; 40; 56), wherein the subcells (12; 42) and the common energy storage capacitor (24) are interconnected such that a first switching state of the energy storage capacitor (24) with the connection points (X1, X2) is connectable, and in a further switching state of the energy storage capacitor (24) via at least one of the voltage divider capacitors (16; 16 ₄ ; 16 _A - 16 _D ) can be connected to the connection points (X1, X2).

Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach Anspruch 1 , wobei die Spannungsteilerkondensatoren (16; 16·, - 16₄; 16_A - 16_D) jeweils eine geringere Kapazität aufweisen als der Energiespeicherkondensator (24). The multiple cell (10; 40; 56) of claim 1, wherein the voltage divider capacitors (16; 16 * 16 ₄ 16 _A 16 _D ) each have a lower capacitance than the energy storage capacitor 24.

Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem ersten Schaltzustand der Energiespeicherkondensator (24) unter Umgehung der Spannungsteilerkondensatoren (16; 16i - 16₄; 16_A - 16_D) direkt über mindestens eine Schalteinheit (20; 20i - 20₈) mit den Anschlussstellen (X1 , X2) verbindbar ist. Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem weiteren Schaltzustand zumindest einer der Spannungsteilerkondensatoren (16; 16-, - 16₄; 16_A - 16_D) unter Umgehung des Energiespeicherkondensator (24) über mindestens eine Schalteinheit (20; 20, - 20₈) direkt mit den Anschlussstellen (X1 , X2) verbindbar ist. Multiple cell (10; 40; 56) according to claim 1 or 2, wherein in the first switching state the energy storage capacitor (24), bypassing the voltage divider capacitors (16; 16i - 16 ₄ ; 16 _A - 16 _D ) directly via at least one switching unit (20; 20i - 20 ₈ ) with the connection points (X1, X2) is connectable. Multiple cell (10; 40; 56) according to one of claims 1 to 3, wherein in the further switching state of at least one of the voltage dividing capacitors (16; 16, - 16 _4; 16 _A - 16 _D) bypassing the energy storage capacitor (24) via at least a switching unit (20, 20, 20 ₈ ) can be connected directly to the connection points (X1, X2).

Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwei Teilzellen (12) zu einer Doppelzelle oder vier Teilzellen (42) zu einer Vierfachzelle ausgebildet sind. Multiple cell (10; 40; 56) according to one of claims 1 to 4, wherein two sub-cells (12) to a double cell or four sub-cells (42) are formed into a quad cell.

Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Energiespeicherkondensator (24) als unipolarer Energiespeicherkondensator (24) ausgebildet ist. A multiple cell (10; 40; 56) according to any one of claims 1 to 5, wherein the energy storage capacitor (24) is formed as a unipolar energy storage capacitor (24).

Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Energiespeicherkondensator (24) als Folienkondensator ausgebildet ist. A multiple cell (10; 40; 56) according to any one of claims 1 to 6, wherein the energy storage capacitor (24) is formed as a foil capacitor.

Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach Anspruch 7, wobei das Dielektrikum der Energiespeicherkondensatoren (24) als Glasfolie ausgebildet ist. A multiple cell (10; 40; 56) according to claim 7, wherein the dielectric of the energy storage capacitors (24) is formed as a glass foil.

Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei elektrisch parallel zu dem Energiespeicherkondensator (24) ein Zusatzkondensator (46) niederinduktiv an die Mehrzahl von Teilzellen (12; 42) angeschlossen ist. A multiple cell (10; 40; 56) according to any one of claims 1 to 8, wherein an auxiliary capacitor (46) is electrically coupled in parallel to the energy storage capacitor (24) to the plurality of sub-cells (12; 42).

Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeweils mindestens zwei Spannungsteilerkondensatoren (16_A - 16_D) elektrisch parallel zueinander geschaltet sind, wobei einer der parallelgeschalteten Spannungsteilerkondensatoren (16_A - 16_B) niederinduktiv an die steuerbaren elektrischen Schalter (14; 14, - 14₄) angeschlossen ist und ein weiterer der parallelgeschalteten Spannungsteilerkondensatoren (16_c - 6_D) niederinduktiv an den Energiespeicherkondensatoren (24) angeschlossen ist. Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei elektrisch parallel zu den Spannungsteilerkondensatoren (16; 16, - 16₄; 16_A - 16_D) jeweils mindestens ein Varistor angeschlossen ist. Multiple cell (10; 40; 56) according to one of claims 1 to 9, wherein in each case at least two voltage divider capacitors (16 _A - 16 _D ) are electrically connected in parallel with each other, wherein one of the parallel connected voltage divider capacitors (16 _A - 16 _B ) low inductively connected to the controllable electrical switch (14; 14, - 14 ₄ ) is connected and another of the parallel connected voltage divider capacitors (16 _c - 6 _D ) is low inductively connected to the energy storage capacitors (24). A multiple cell (10; 40; 56) according to any one of claims 1 to 10, wherein at least one varistor is electrically connected in parallel with the voltage divider capacitors (16; 16, 16 ₄ ; 16 _A -16 _D ).

12. Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 , wobei elektrisch parallel zu den Spannungsteiierkondensatoren (16; 16·, - 16₄; 16_A - 16_D) jeweils mindestens ein ohmscher Widerstand angeschlossen ist. 12. Multiple cell (10; 40; 56) according to one of claims 1 to 1, wherein at least one ohmic resistance is connected in parallel to the voltage grading capacitors (16; 16 · 16 ₄ 16 _A. 16 _D ).

13. Zellbasierter Multilevel-Umrichter (50) umfassend: mindestens ein Phasenmodul (52), welches ein oberes und ein unteres Stromrichterventil (54) aufweist, wobei jedes Stromrichterventil (54) mindestens eine Mehrfachzelle (10; 40; 56) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist und eine Steuerung, welche ausgebildet ist, die steuerbaren elektrischen Schalter (14; 14, - 14₄) der Mehrfachzelle (10; 40; 56) zu schalten. 13. A cell-based multilevel inverter (50) comprising: at least one phase module (52) having upper and lower power converter valves (54), each power converter valve (54) comprising at least one multiple cell (10; 40; 56) according to any preceding one Claims, and a controller which is adapted to switch the controllable electrical switch (14, 14, _14-14 ) of the multiple cell (10, 40, 56).

14. Zellbasierter Multilevel-Umrichter (50) nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ausgebildet ist, eine erste Gruppe von steuerbaren elektrischen Schalter (14; 14 - 14₄) und eine zweite Gruppe von steuerbaren elektrischen Schalter (14; 14τ - 14₄) synchron zu schalten. The cell-based multilevel inverter (50) of claim 13, wherein the controller is configured to include a first group of controllable electrical switches (14; 14-14 ₄ ) and a second group of controllable electrical switches (14; 14τ - 14 ₄ ). to switch synchronously.

15. Zellbasierter Multilevel-Umrichter (50) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuerung ausgebildet ist, einen Spannungswert an den Spannungsteiierkondensatoren (16; 16, - 16₄; 16_A - 16_D) zu erfassen und abhängig vom erfassten Spannungswert die steuerbaren elektrischen Schalter (14; 14, - 14 ) zu schalten. The cell-based multilevel inverter (50) of claim 13 or 14, wherein the controller is configured to detect a voltage level across the voltage grading capacitors (16, 16, 16 ₄ , 16 _A -16 _D ) and the controllable ones depending on the sensed voltage value to switch electrical switch (14; 14, - 14).

16. Zellbasierter Multilevel-Umrichter (50) nach Anspruch 15, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die steuerbaren elektrischen Schalter (14; 'Ι Λ-ι - 14₄) durch eine aktive Symmetrierung zu beschälten. 16. A cell-based multilevel converter (50) according to claim 15, wherein the controller is designed to beschalte the controllable electrical switch (14; 'Ι Λ-ι - 14 ₄ ) by an active balancing.

17. Zellbasierter Multilevel-Umrichter (50) nach Anspruch 16, wobei die Steuerung als zentrale Umrichtersteuerung ausgebildet ist. 17. The cell-based multilevel inverter (50) of claim 16, wherein the controller is configured as a central inverter controller.

18. Zellbasierter Multilevel-Umrichter (50) nach Anspruch 16, wobei die Steuerung autark für jeweils mindestens eine der Mehrfachzellen (10; 40; 56) ausgebildet ist. 18. The cell-based multilevel inverter (50) of claim 16, wherein the controller is self-sufficient for at least one of the multiple cells (10; 40; 56).

19. Zellbasierter Multilevel-Umrichter (50) nach Anspruch 16, wobei die Steuerung teilweise als zentrale Umrichtersteuerung und teilweise autark für jeweils mindestens eine der Mehrfachzellen (10; 40; 56) ausgebildet ist. 19. The cell-based multilevel converter (50) according to claim 16, wherein the controller is partly designed as a central converter controller and partially independently for at least one of the multiple cells (10, 40, 56).

20. Verfahren zur Stromrichtung mit einer Mehrfachzelle (10; 40; 56) für einen zellbasierten Multilevel-Umrichter (50), wobei das Verfahren umfasst: 20. A method of directing current with a multiple cell (10; 40; 56) for a cell-based multilevel inverter (50), the method comprising:

Steuern von zumindest zwei steuerbaren elektrischen Schaltern (14; ^{^} 4^ - 14₄) einer Teilzelle (12; 42), wobei eine Mehrfachzelle (10; 40; 56) eine Mehrzahl von Teilzellen (12; 42) und zumindest einen Spannungsteilerkondensator (16; 16i - 6 ; 16_A - 16_D) umfasst, und wobei mindestens ein gemeinsamer Energiespeicherkondensator (24) mindestens zwei Teilzellen (12; 42) zugeordnet ist, Controlling at least two controllable electrical switches (14; ^{^} 4 ^ - 14 ₄ ) of a subcell (12; 42), wherein a multiple cell (10; 40; 56) comprises a plurality of subcells (12; 42) and at least one voltage divider capacitor (16 16 comprises _D), and wherein at least one common energy storage capacitor (24) at least two sub-cells (12 - 16 _a;; is assigned 42) -; 16i 6

Zuführen von elektrischer Energie an die Mehrfachzelle (10; 40; 56) und Abführen von elektrischer Energie von der Mehrfachzelle (10; 40; 56) über mindestens zwei Anschlussstellen (X1 , X2), durch Supplying electrical energy to the multiple cell (10; 40; 56) and dissipating electrical energy from the multiple cell (10; 40; 56) over at least two junctions (X1, X2)

Verbinden des Energiespeicherkondensator (24) mit den Anschlussstellen (X1 , X2) in einem ersten Schaltzustand, und Connecting the energy storage capacitor (24) to the connection points (X1, X2) in a first switching state, and

Verbinden des Energiespeicherkondensator (24) mit den Anschlussstellen (X1 , X2) über zumindest einen der Spannungsteilerkondensatoren (16; 16τ - 16 ; 16_A - 16_D) in einem weiteren Schaltzustand. Connecting the energy storage capacitor (24) with the connection points (X1, X2) via at least one of the voltage divider capacitors (16; 16τ - 16; 16 _A - 16 _D ) in a further switching state.

21 . Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor abläuft. 21. A computer program comprising program code for performing the method of claim 19 when the computer program runs on a computer or processor.