CN107005176A - 用于简化多电平变换器的运行的电子电路 - Google Patents

用于简化多电平变换器的运行的电子电路 Download PDF

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Abstract

现有技术中的具有分布式能量存储器和/或具有动态地改变各个存储器的连通性的可能性的功率电子电源通常需要用多个传感器对这些单独的能量存储器的能量流入和流出进行高耗费的观察，以便能够实现不受限制的运行。此类电源的实例尤其是模块式多电平变换器和开关式电容器电路。本发明描述了一种用数量较少的测量系统获取能量存储器的电荷状态和能量含量的可能性。

Description

用于简化多电平变换器的运行的电子电路
综述
本发明涉及一种具有相关联的控制器的电子电路，该电子电路例如可以用于高效的功率电子电源、电气变换器、电气逆变器和集成有电池变换器或者能够动态地改变单个电池部件的连通性的电池系统(例如串联或并联)。
此类功率电子电路的实例是模块式多电平变换器M2C(参见US 7,269,037、DE 10103 031)或模块式多电平并联-串联变换器M2SPC(参见WO 2012072197、DE 102010052934、WO 2012072168、WO 2012072197、EP 20110179321、DE 20101052934、WO 2013017186、DE102011108920)。此外，所谓的开关式电容器电路还满足与本发明共同使用的必要前提，即使用多个能量存储器，这些能量存储器彼此的电气连接可以动态地改变，以便在这些能量存储器之间交换能量和/或控制用于外部系统(例如能量网络、耗电器或电源)的多个端子的电气参数(尤其电流和/或电压)。在此，本发明不必受特定的变换器或模块类型约束。
现有技术
在下文中将在具有多个电能存储器的功率电子电路中的任何单元称为模块，该单元分别包含一个能量存储器和至少一个电子开关器，该电子开关器有助于使该模块的至少一个能量存储器与另一个模块的至少一个能量存储器的电气连接动态地改变。该至少一个能量存储器与另一个模块的至少一个能量存储器的电气连接的改变例如还可以指从这些能量存储器实际上的串联连接变换到在不对该能量存储器充电或放电的情况下(所谓的旁通状态)通过引导电流从该能量存储器旁边绕流而绕过这些能量存储器中的一者或多者。由此，该术语还适用于开关式电容器电路。在下文中将所有这些电路称为变换器。不同的模块、例如分开的电子单元(例如电子电路板)可以不依赖于彼此地制成，以便在生产中利用基于更多件数的相似单元的成本降低效应，和/或利用通过潜在封闭的单独模块的简单可替换性进行的维护。
将如下方式称为模块的开关状态，其中该模块的开关器被激活或者被解除激活，以使该模块的至少一个电能存储器以不同的方式(所谓的连通性)与至少另一个模块的至少一个电能存储器导电地连接或者明确地不连接(打开的电流回路或断开的连接)，使得多个模块一起产生电压。多个电能存储器的可能的连通性的实例例如是并联连接或串联连接、多个电能存储器以及未连接的或仅与一个触点连接的能量存储器的组合。
来自现有技术的示例性的基本电路(这些基本电路可能是本发明的基础)是模块式多电平变换器M2C(US 7,269,037、DE 101 03 031)、模块式多电平变换器M2SPC(WO2012072197、DE 102010052934、WO 2012072168、WO 2012072197、EP 20110179321、DE20101052934、WO 2013017186、DE 102011108920)以及大多情况下所谓的开关式电容器电路(例如参见[M.D.Seeman,S.R.Sanders(2008).Analysis and optimization ofswitched-capacitor dc-dc Converters(开关式电容器dc-dc变换器的分析和优化).IEEETransactions on Power Conversion,23(2):841ff.])。模块式多电平变换器(如M2C或M2SPC)以多个模块的组合电路为基础，这些模块一般来说具有比由此构成的模块式变换器的总输出电压明显更小的电压。根据变换器类型，通过对应的模块连接，这些单独的电子开关器的总电压、总电流和必要的开关率相对于具有少于四个电平(例如H电桥)的传统变换器分解成多个小的子单元。在M2C中，多个单独模块例如由一个能量存储器(例如电容器)和多个电子开关器组成，这些电子开关器在一个半桥中或者在一个全桥中安排。因此，每个M2C模块是两极，该M2C模块例如可以与多个其他模块串联和/或并联连接，以形成一个所谓的宏观拓扑结构，即将多个模块组合以满足电气变换器的任务。
例如在US 13/990,463、US 14/235,812、DE 10 2010 008978、DE 10 2009057288、US 3,581,212中所述，此外存在多个其他扩展方案和发展方案。
在所谓的宏观拓扑结构中此类模块(称作微观拓扑结构)可以以不同的方式彼此联结。最经常可见到的宏观拓扑结构涉及马夸特(Marquardt)拓扑结构(参见US 7,269,037、DE 102010052934)，该马夸特拓扑结构在针对M2C和M2SPC的附图1中示出。在该宏观拓扑结构中，多个相位模块或相位单元在这些末端处彼此连接，这些相位模块或相位单元自身由多个变换器臂(至少两个模块的组合电路)组成。此外存在多个其他变体以连接多个模块，在最简单的情况下为多个模块的开放式的链条。
在几乎所有宏观拓扑结构中，最小的单元是所谓的变换器臂。该变换器臂是由至少两个彼此连接的相似模块形成的一个串。该相似性已经通过以下方式给出：这些相邻的模块共同地具有至少两种共用的状态(例如正极串联和旁通)并且可以在运行中以这些状态之间的动态转换来使用。
开关式电容器电路的典型的实例是电压泵，其中电能存储器(例如电容器)可以将其连通性从(部分地)串联连接转换成(部分地)并联连接并且由此改变其产生的电压。对此，一个实例是马克思(Marx)变换器，经常被称为马克思发生器[参见Erwin Marx(1925).Erzeugung von verschiedenen Hochspannungsarten zu Versuchs-und Prüfzwecken(产生不同的高压类型以用于试验和测试目的).Elektrotech.Zeitschrift]，及其变型[例如J.Rodriguez,S.Leeb(2006).A multilevel inverter topology for inductivelycoupled power transfer(用于电感耦合功率传输的多电平逆变器拓扑结构).IEEETransactions on Power Electronics,21(6):1607ff.；F.Peng,W.Qiang,D.Cao(2010).Recent advances in multilevel converter/inverter topologies and applications(多电平变换器/逆变器拓扑结构和应用的最新进展).International Power ElectronicsConference(IPEC),492ff.]。此类电路还作为直流电压变换器、逆变器和变换器存在。通过将该电路适当地划分成分别包含至少一个能量存储器和至少一个电气开关器的多个部分，可以使此类电路模块化。这提供工业生产中的优点。上述模块式多电平变换器M2SPC可以被视为传统的多电平变换器与开关式电容器变换器的组合或混合。
在多个此类由多个电存储器组成的电路的运行中的中心问题在于平衡在每个模块中存储的能量，这些电存储器彼此的电气连接(连通性)可以在运行中动态地改变—例如可以从电串联连接动态地转换成电并联连接，以便在此降低每个模块的总电压、总内阻和电流。一般来说，存储器涉及电气电容器和/或电池。在此，这些存储器一般来说不允许低于或高于确定的电压限制并且同时应以有利的方式满足在其电气状况(尤其电压和电流)方面的某些其他状况，以便不过快地老化。由于每个模块与其相邻模块以及通过所有端子与外部系统(例如电网、发动机或发电机)的持续的能量交换，该动态可变的连通性一方面用于通过充电和放电有针对性地影响每个模块的能量含量。另一方面，为了使多个单独模块的能量含量有针对性地平衡以及对称、或者控制电气状况(尤其电压和电流)，一般来说精确地了解这些相应的模块的当前和/或之前的电气状况是必要的。在此数据的基础上，一个或多个控制单元来决定将来待使用的连通性，以使这些单独模块的电气状况(如电压、电流和能量含量)适配于其集成的能量存储器所预定或获得的目标值(通常通过有针对性的调节)。
为此一般来说在常规的解决方案中，对这些单独模块的电气状况(尤其电压和电流)实施复杂的测量并且将其传输至一个或多个控制单元。
为了确保所需的高的安全性和稳定性条件，一般来说用几千赫的采样频率进行测量。当在模块式多电平变换器M2C的多个工业实现方式中使用明显多于一百个模块时，在此用几兆赫的数据传输率产生电压和电流的高分辨采样的测量数据，这些测量数据必须被传输给中央单元并在那里进行处理。由于在这些模块中的这些单独的测量点不涉及共用的参考电势并且此外在每个模块中的接地电势依赖于所有其他模块的连通性，因此必须电绝缘地(电势断开地)进行测量值接收和测量值传输。这一方面提高了该系统的复杂性和易出错性，另一方面这种情况引起高的成本，因为该传输(例如快速的光学传输)必须使用昂贵的部件。
在文献中讨论了几个方案以补救该问题。L.等人(2011)[L.A.Antonopoulos,D.Siemaszko,K.Ilves,M.Vasiladiotis,H.-P.Nee(2011).Open-loopcontrol of modular multilevel Converters using estimation of stored energy(使用存储能量估算对模块式多电平变换器的开环控制).IEEE Transactions on IndustryApplications.47(6):2516ff.]例如描述了一种用于以在一个臂中测量的电流为基础来估算在每个模块中的能量含量的方法。相对于目前占主导的方案(以在每个模块上的测量值为基础对能量含量实施平衡、对称和调节)，该方案节省了所需要的大部分的传感器、将待处理的数据量减少了多个数量级并且由于消除了测量值接收和数据复用的延迟而能够提供较短的调节反应时间。在每个模块中的能量存储器的能量含量以相应的模块电流为基础进行估算。进而，该模块电流自身是一个估算值，该估算值由该模块的共用的臂电流和电气开关状态(即连通性，在此情况下为串联连接或旁通)推导出。对相关联的模块存储器的能量含量的确定通过获取随时间通过相应的模块电流的净电荷来进行。
然而该解决方案包含一个实质上的问题。这些单独的模块能量含量的估算以电流的累加为基础并且因此包含关于电流测量值的时间积分。在此，该积分不是用于平均噪声的短时间积分(例如呈低通滤波器的形式)，而是电荷的计算。尤其电流测量始终被视为有误差的。尤其在几乎所有电流测量系统中存在轻微的测量偏差，即所测量的零点与事实上的零点的偏离。另外，实际的测量系统自身还经常是积分式或微分式的(例如典型的基于霍尔传感器的测电钳或罗氏线圈)并且因此根本不能够测量相同分量。
在确定能量存储器的能量含量时(还被称为充电状态或或荷电状态，简称SOC)，由于对电流的积分，随时间的小测量偏差受到了任意程度地放大。由于对时间的积分，本身最小的永久性偏差(例如由模拟-数字变换器引起的偏离)就可能导致对在这些单独模块中的事实上的能量含量的实质上的高估或低估。对在控制单元中的误差的补偿或辨认仅在向外部系统的所有接口(端子)处的长期的能量接收完全已知的情况下才是可行的。例如，等人(2011)假定了无偏差的完美谐波电流，由此可能发现在这些测量值中的潜在偏差。然而，由于实际的变换器仅能够相对于其外部端子以及在其臂自身中控制电流并且因此在估算误差时能够接收的(净)能量比输出的多(或少)很多，这样的假设是没有帮助的。此外，所述解决方案仅用于非常特殊的变换器和运行条件。例如假定一个DC/AC变换器。作为模块，仅能够以其非常有限的模块状态(串联连接和旁通)来使用M2C模块。在具有其并联的连通性的M2SPC模块或还有其他模块拓扑结构中，该方案失败。此外，该解决方案为了起效必须禁止功率电子电路的任何实际问题。其中尤其包括所有部件的内阻以及在电子开关器和存储元件(例如电容器和电池)中的泄漏电流。然而，由于这两个特性自身在相同串联的多个部件中的高的制造分散性，这些特性在一个集成式方案中是不可忽略的。
在以模块式多电平变换器为基础的商业变换器系统中，这些变换器系统经常可能花费几亿美元并且必须设计为多年(因此在现有研究的上述解决方案中的积分时间)不间断地使用，由于具有系统误差(这些系统误差几乎必然导致该系统的破坏以及在某些情况下火灾)的、有缺陷的调节系统，因此系统的风险是不利的。
迄今为止尚未提出替代性的、更稳定的技术方案，以解决必要地、精确地了解在每个模型中的电气参数的问题。一方面，在使用时间积分的电流测量值时没有充分地重视该实际问题或在真实的测试环境下进行测试。另一方面，在专业圈子里该技术问题的另一个解决方案被认为是困难的并且工业开发部门也还没有完满解决。出于这个原因，尽管成本非常高，工业上仍仅仅使用对每个单独的能量存储器进行测量和监测以运行此类变换器。
发明简要说明
从现有研究的分析已知的是，将电流测量用作用于估算在这些单独模块中的能量存储器的能量含量的主要来源具有多个原理上的问题并且出于这个原因不应被使用。
本发明采取了一种根本不同的方式。代替通过能量和/或电荷的流入和流出来计算在这些单独模块和/或能量存储器中的能量含量，实行一种逆向估算。在此可以利用该系统的线性度，以便如编码系统一样地处理该变换器，该编码系统的编码用一种技术方案系统地获取。由于几乎所有模块式多电平变换器和开关式电容器变换器涉及电压源，电压被用作中心测量结果和计量单位。
在线性情况下，这个问题可以非常简单地描述为向量空间的基生成和/或矩阵-向量方程的解。在集成电子器件中，二者都可以非常有利且有效率地形成或解出。此外，方程可以被看作数学组合。术语变量、参数和因数很大程度上遵循以下内容：变量指代一个参数的值，在一个公式或方程中，变量还作为因数出现。在下文中，这些术语可以理解为等效的。
在此，如果时间积分并不形成平均噪声的短时间积分(或滤波器积分)，而是形成电荷计算和由此长时间积分，则有意地不以时间积分的形式使用电流测量值。在此，典型的积分时间超过由变换器生成或接收的交流电的周期时长(例如在50Hz的电压网中为20ms)。一般来说，用于获取电荷的积分时间超过几个小时的时长。
附图
图1示出了从现有技术已知的、具有根据现有技术的多个变换器臂(104，105)和相单元(106)的两种模块式多电平变换器拓扑结构(M2C和M2SPC)。
图2示出了用于现有技术的模块式多电平变换器的三种已知的模块拓扑结构，这些模块拓扑结构一般来说包含：至少一个能量存储器(204；211；216)，该能量存储器在此示出为电容器，但是也可以代表其他能够输出能量和/或接收能量电气部件(205；212；217)；以及至少一个电子开关器(201，202，206，207；208，209；213，214)。此外，还可以包含多个其他元件。此类模块包含至少两个模块端子，这些模块端子可以用作电气端部，以便将一个模块与另一个模块连接。
图3示出了用于现有技术的模块式多电平变换器的三种已知的模块拓扑结构，包含四个模块端子，以便产生与图2的那些模块相比另外的状态。这些状态例如对该变换器M2SPC是必要的。此外，该模块可以具有多于四个模块端子，以集成其他功能。
图4示出了本发明的一个实施方式。通过由多个模块(401)构成的串的一个子串(403)(在此情况下，这些模块不限制一般性地分别通过在相邻的模块之间的两条电气连接导线(402)联结)，由具有测量点(405)和(406)的至少一个电压测量系统(407)来测量一个动态电压并将其作为模拟或数字信号(408)传输至一个或多个集成电路(409)中。该子串(403)可以包括变换器的仅一部分或还可以包括整个变换器并且包含所有模块。该信号(408)可以在一条或多条物理的导线上传输，这些导线可以电气地、光学地、磁性地或用其他已知的传输介质实现。
图5示出了本发明的一个实施方式，其中所测量的电压作为模拟或数字信号(506)被传输至作为估算器起作用的至少一个集成电路(504)。该至少一个集成电路(504)获得这些模块当前的(与测量相关联的)状态向量s(510)作为额外的输入信号。以电压测量信号(506)和状态向量s(510)为基础，该集成电路(504)获取这些模块的多个电气特性(509)，这些电气特性至少包含估算该子串(501，403)的模块电压并将其传输至作为变换器的控制器起作用的至少一个集成电路(505)。该集成电路(505)借助于这些模块的电气特性(509)获取一个新的、待使用的状态向量s，该状态向量s作为信号(511)被传输至该变换器，以便在那里由在这些模块中的这些电子开关器采用。在此，该新的待使用的状态向量s可以包含该子串(501)的模块、多个模块、少数模块或其他模块并且可以被传输给这些模块。
图6示出了本发明的一个实施方式，该实施方式除了如图4中的至少一个电压测量外还包含至少一个电流测量(609，610)。在此，该电流测量可以在一个或多个任意的位置处进行，这些位置通过两个测量位置(609)和(610)指示。如果通过多于一条的电气连接导线(602)将两个模块连接，则可以在这些连接导线(602)的一部分或所有连接导线(602)上进行测量。在一个磁性的测量系统中，该测量回路对应地围绕这些连接导线(602)的所选择的部分铺设。如果所观察的模块串没有分支，则所有电流测量点(例如(609)和(610))是等效的。该电流测量由一个或多个集成电路(607)来检测并且作为模拟或数字信号(608)被输出至一个控制器或估算器(611)。该至少一个集成电路(607)可以是与通过在这些测量位置(605，606)上执行至少一个电压测量的集成电路相同的，或者是分开的。同样地，该信号(608)可以包含电压信号和电流信号或者仅其中之一并且可以使用用于电压和电流的断开的信号。该信号(608)可以在一条或多条物理的导线上传输，这些导线可以电气地、光学地、磁性地或用其他已知的传输介质实现。
图7示出了本发明的一个特别的实施方式，其中对单独的连接导线(711)和(712)分开地实施电流测量(709)和(710)。
图8示出了本发明的一个特别的实施方式，该实施方式除了至少一个电压测量(807，808)外还包含至少一个电流测量(810)。
图9示出了本发明的一个特别的实施方式，该实施方式包含至少一个电压测量(907，908)、一个或多个任选的电流测量(910)并且其中该集成电路(904)除了例如模块电压的估算值(909)之外还向该集成电路(905)传递相关联的统计精确度(912)，借助于该统计精确度该集成电路(905)获得关于该估算值(909)的精确性和可靠性的信息并且在适当时还针对性地在后续的时间间隔中如下地设定新的模块状态(911)，使得例如具有非常不精确的模块电压估算的模块的单独的或确定的估算值的精确性得到针对性地改善。
图10示出了一个模块的由本发明的一个特别实施方式假设的模型，该模型具有一个简单假设的电池模型，该电池模型形成一个或多个串联或并联连接的电池单元作为能量存储元件，该能量存储元件由一个电压源Vm(1006)和一个阻抗Xa(1005)组成。在此，在不限制一般性的情况下假设一种M2SPC模块。同样地，该电池模型还可以用于其他的模块。
图11示出了一个模块的由本发明的一个特别实施方式假设的模型，该模型具有相对于图10扩展的电池模型，该电池模型具有通过一个电阻器Rb(1107)和一个电容器Cb(1105)形成的附加的低通行为。在不限制一般性的情况下，作为示例性的模块类型使用M2SPC模块以进行展示。
图12示出了一个模块的由本发明的一个特别实施方式假设的模型，该模型具有相对于图11扩展的电池模型，该电池模型具有由一个电阻器Rc(1108)和一个电容器Cc(1209)组成的第二附加低通行为，作为示例性的模块类型使用M2SPC模块以进行展示。
本发明和实施方式的详细说明
与现有技术相比，不是通过电流积分，而是通过电压测量来获取模块能量含量。在本发明的一个最简单的实施方式中，测量由多个模块组成的单元(unit)的总电压并且以此为基础估算模块电压。因此，根据描述模块的连通性的模块状态将该电压分配到这些单独模块。由多个模块构成的单元可以是整个的变换器或者还可以是变换器的仅一部分，例如变换器臂或变换器臂的一个区段。
因此，每个时间点t的总电压V单元表达为模块状态s和(待获取/估算的)模块电压的函数F，该函数必须求反：
V单元(t)＝F(s,V(i,t))
在此，模块电压的估算值与能量含量等效地使用，因为在此假定：这两个变量可以非常精确地相互换算。
在这种简化的观点中，模块电压与单元的总电压之间的关系为线性的并且形成为退化成一个行向量的矩阵M，该矩阵形成这种映射并且确定地依赖于所有模块的当前状态s。在此，将模块的模块电压V(i,t)概括为向量V(t)：
V单元(s(t))＝M(s(t))·V(t)
在此，通过矩阵M形成的映射依赖于这些模块状态s提供电压作为结果，对于确定的模块电压该电压可能是该单元的当前预期的输出电压。对于所有模块的纯粹为正的串联电路，该矩阵M例如仅包含1项；对于所有模块的纯粹为负的串联电路，该矩阵M对应地包含仅-1项；如果所有模块处于旁通状态下，则该矩阵M的所有项对应为0。
本领域技术人员迄今为止不了解该解决方案的主要原因在于：在已知的矩阵M(s)中的方程组是欠定的并且因此不能够从V单元(t)明确地获取V(t)。然而在此不允许分开地观察时间步长。此外必须组合一系列时间点。V单元由此扩展成1阶张量(与向量等效)，M发展成2阶张量(与矩阵类型等效)；同样地，现在V是2阶张量(与矩阵类型等效)，其具有模块作为一个自由度以及时间作为第二个自由度。
由于基于模块存储器的模块电压非瞬时地改变，这些模块电压在一定时间内简化地被视为恒定的，以便简化求逆。由此仅V发生改变，因为这些列被视为大致相等的并且因此仅用作一个平均值列。一旦扩展的矩阵M的秩达到在V中的电压的数目，则该方程组可以系统地明确地求逆。因此，该矩阵包含该单元的状态空间的完整的基。当该秩较低时，可以通过已知的伪求逆方法(Pseudo-Invertierungsverfahren)来获取部分解或估算解。当该秩超过在V中的电压的数目时，可以实施平均的补偿计算，以便例如通过测量使误差影响最小化。此外在此情况下还可以实施所谓的交叉验证，其方式为，解该矩阵M的所有可生成的子矩阵的方程组，这些子矩阵通过消去该矩阵的单独的行来产生并且具有满秩。这些单独结果可以提供平均值和其他的统计学特性，例如标准误差、标准偏差和分布函数。此外，可以以子矩阵为基础对于每个子结果使用，以便将这些结果插入分别针对该子矩阵消去的(一个或多个)行及其相关联的、消去的(一个或多个)方程中并且对其偏差进行量化。
在本发明的一个特别的实施方式中，该控制单元的估算单元转发具有关于期望的模块状态的信息的信号，以降低对这些模块能量储存器器的例如一个或多个电压的估算的不确定性。在上述矩阵-向量形式中，这例如对应于一个欠定的方程组(因此，针对一个或多个电压的估算不确定性理论上是无穷大的)或者在超定的(有噪声的)方程组中对于所有变体不存在同样多的(部分析取的(disjunkte))、完整的子方程组，这些子方程组例如可以相应地用于将补偿计算取平均。因此，该方程组并非在所有变体中同样为超定的。
此类信号的提供可以一方面以具有多个状态的列表形式，当使用在变换器中以及接着用少数但仍必要的传感器进行测量时，这些状态如上所述可以用欠定性的矩阵-向量方程的实例进行补偿，以形成在单独变体中的完整的方程组或不等的超定性。在混合模型方案中，该列表可以包含如下状态，在使用时这些状态引起这些单独的估算值的估算不确定性(例如以标准误差度量、标准偏差度量、熵度量或其他统计学的、量化估算分布的模糊性的度量)的均匀降低。由此，该控制单元可以在某个预定时间之内从该列表中选择并使用如下状态，这些状态首先遵循其余的边界条件(例如在该变换器的输出端或端部处的电压)。
替代性地，可以提供具有关于期望的模块状态的信息的上述信号，以便呈按优先级排序的列表形式来降低估算不确定性。
替代性地，可以提供具有关于期望的模块状态的信息的上述信号，以便以获取的每个参数(估算变量)的列表形式来降低估算不确定性(还有估算不确定性)，例如其当前的估算不精确性；并且为了其更精确的估算可以实现多个有利的状态。此外，预期的估算不精确性(例如作为统计的预期值)的降低还可以相应地传输给为了更精确地估算所提出的每个有利的状态。在控制器中进行在线优化的情况下，例如在Goetz等人(2014)[Goetz,S.M.et al.(2014).Modular multilevel Converter with series and parallel moduleConnectivity:topology and control(具有串联和并联模块连通性的模块式多电平变换器：拓扑结构与控制).IEEE Transactions on Power Electronics.]中所述的，该信息可以作为用于其他优化目的和边界条件的附加的优化目的和/或边界条件(例如能量损耗、输出电压、高次谐波等)整合到该调节策略中。
模块电压的获取可以在变换器的常规运行过程中在(即对于电流的)负载不等于零的情况下连续地实施。如果电流的估算实施为不等于零，则该方案忽略了内阻。此外，如果该电流的时间导数的估算实施为不等于零，则忽略了电感。
这种措施在非常紧凑的构造中是足够的，这些构造很少在峰值负载下运行或者出于其他原因具有低的内阻和/或寄生电感。此外，由于忽略了内阻，这些偏差可以在很多情况下被补偿，尤其在连续地用净零能量流来运行变换器时，因此在长的时长内从该变换器提取的能量与馈送到该变换器中的能量加起来为零。
替代性地，还可以仅包括如下测量值：相对于这些测量值，电流和/或电流导数为零。为此，与对模块或单元进行完全监测相比，不需要确切地测量电流或电流导数。取而代之，简单的阈值开关器是足够的，这些阈值开关器可以明显成本更有效地实现并且其信号可以明显更简单地流电学地断开以进行传递。
此外，还可以以规则的间隔用可忽略地小的电流和/或电流导数来实施测量。分开的测量频率还具有如下优点：可以在短的序列下有针对性地输出整个状态向量空间基(Zustandsvektorraumbasen)并且在此不必考虑该变换器的运行点。还可行的是这些基的多个部分确定仅一些模块电压或者获取平均值。
在快速的半导体构造元件(如数量级为毫秒的FET)的情况下可以实施这些定期的测量序列。在此，例如可以在该变换器上生成状态向量空间的一个单元基，并且检测相关联的、无电流的输出电压向量V单元，以便完全地分析该线性映射并获取当前的模块电压。
为了顾及到自然延迟(直到待测量的电压在状态改变之后达到平衡状态或最终状态)，可以在设定每个新的状态之后等待一定的稳定时间(settling time)，直到真正的测量开始。此外，可以在一定的积分时间内平均该测量，以提高精确性并避免电磁噪声。
尤其在机动车辆中非常经常地存在此类停顿(交通信号阶段)或者可以人为地产生(高速公路上的怠速阶段)。同时，当电池和变换器集成到一个单元中时，模块存储器电容的大小使得不需要进行连续测量，而定期的测定是足够的。
负载考虑(能量提取或能量供应)
忽略负载状态和电流流动在一些情况下是不利的并且在高的内阻和/或电感下可能导致对实际值的估算偏差。在此情况下，可以围绕电流测量扩展该系统。在此情况下，除电压V单元外，测量流入或流出所观察的单元的电流I单元。然而与现有技术相比，该电流不被考虑用于确定电荷或者被传递给集成器模块(或替代性地在软件中实施的集成)。
上述基本方程可以相对应地围绕一个电流校正项扩展。对于每个模块必须已知的是内阻R，该内阻在适当时可以依赖于该模块或所有模块的状态s并且同样可以是模块i特有的，以便例如展示制造公差和其他的模块差异。此外，可以考虑电阻R残，该电阻可以不被指派给任何模块。
V单元(s(t))+I单元(R残+R(i,s(i))p(s))＝M(s(t))·V(t)
此外，在该测量装置/变换器中还应包含(寄生)电感。相对应地添加另一个项，该项具有单独的模块电感L和电感的残项L残，该残项可以不被指派给任何模块。该解决方案是等效的。
同样如上所述，可以对多个时间点建立这些基本方程，以便然后用这些模块电压仅不显著地差异的假设来获得完全确定的、超定的、或还有仍欠定的方程组。
其他特性的测量和获取
在本发明的上述实施方式中，该变换器或该测量系统的中心特性必须是预先已知的，以便能够建立和解方程组。其中涉及例如模块的(任选地依赖于状态的)电阻、模块的电感、残项或所谓的偏差项，这些残项或偏差项可以不被指派给任何模块或状态。此外，用上述方案通过矩阵-向量方程组不能简单地推导出更复杂的依赖性。
出于这个原因，在本发明的一个特别的实施方式中，借助于所谓的混合模型(mixed model)或混合效应模型(mixed effects model)来获取在这些单独模块中的能量存储器的能量含量。在该模型中例如可以非常简单地包含负载状态，不再发生对可忽略的内阻的近似。
在此，任意单元(例如变换器臂)的总电压V单元源自任选的偏差V偏差(该偏差可以包括电压源、具有其固有的电压级的材料结(例如pn结)或在这些模块外部的带负载的存储器)与同样可以不被指派给任何模块的任选的内阻R残的总和以及包括该单元的所有模块的和项。在该模块结构外部的这两个首先提及的残项形成该混合模型的偏差因数，该偏差因数在德语中还可以被称为轴截距(Achsenabschnitt)。
该和项包含(待获取的)模块电压V(i,t)，该模块电压依赖于模块(i)以及时间(t)并且与一个因数m相乘
V单元任意单元的总电压；连续变量，测量
V偏差测量或估算；连续变量
R残内阻，该内阻可以不被指派给任何模块；连续变量；测量、已知或估算
L单元流入任意单元中的电流；测量或限定
t时间，一般为连续的，但为了简便在该模型中为量化的、定序的、独立的变量
i模块标识符；一般为定类变量，因此为不规则的；一般为有限的；但是也可以使用规则的排序，其中数字相邻的模块标识符i例如可以展示这些模块i在模块链条(例如M2C或M2SPC的变换器臂)中的相邻关系。
s模块状态，依赖于模块；模型的确定性变量，描述单元的状态并且对于这个或这些调节单元是已知的，不连续的定类变量；大多情况下为有限的
m依赖于模块类型的确定性因数，将模块状态转换为一个因数，该因数描述模块电压对总电压的贡献如何；模块i的m对于该模块i的串联正模块状态例如为+1，对于旁通为0，m对于并联状态依赖于其他模块的状态s；出于这个原因，该因数在适当时不仅依赖于相关联的模块i的状态s(i)，而且依赖于该单元的所有模块状态s；该转换表可以或者甚至在较长的运行时间内进行训练，即作为因变量进行估算。
V模块电压，即由模块集成的电存储器的电压；依赖于时间t和模块；连续的因变量，估算
R模块的内阻；这个连续变量可以是已知的，例如预先测量的，但或者还可以作为因变量在运行中进行估算；一般来说，R依赖于这些模块的开关状态s；对模块的依赖性可以是有利的，以便例如能够更好地描述这些模块之间的制造公差或不同程度的老化，但是是任选的
p与因数m类似(该因数描述单独模块对该单元的总电压的依赖于状态的贡献)，该确定性因数p展示例如在存在并联的模块连通性时电流如何分配；一般来说，m和p例如为p＝1/m
s一个模块i的模块状态s(i)和多个模块的模块状态s＝{sj}是已知的并且一般来说由一个或多个调节单元生成，以满足该系统的调节目的。
在此，估算因数V(t)、R(i,s(i))可以包含随机成分。此外，这些随机成分可以用假设的参数分布(例如高斯分布)或者非参数式地连同其分布函数进行估算。
在一个特别的实施方式中，同样包含(特别是寄生的)电感：
在此，这些模块的电感L与内阻等效地提前建模并且可以被理解为已知参数(例如来自分开的测量)或者在运行中进行共同估算。同样可以设置一个任选的偏差项L残。
所示线性模型还可以任意地扩展，其方式为，添加多个附加项或向现有因数中加入关于现有的或新的变量的依赖性。然而在此还存在一个如上所述的、未去除的最小核心。此外，还可以去除多个项，以简化模型和估算。该模型可以逐步地一致简化直至开篇所示的线性的矩阵-向量方程V单元＝M·V。因此，还可以通过该混合模型方案来解该最简单的模型和所有中间阶段。
除了该单元的测量的电压之外，还可以添加其他测量值，以使该估算更精确和/或更不依赖于(测量)误差地形成和/或获得检测变换器的技术缺陷的可能性。例如流入该单元中的电流也属于这些参数。此外，还可以测量多个单独模块的模块电压，以评价该总估算值或使其更精确地形成。借助交叉验证还可以使二者同时实施。这些单独的模块电压的测量可以用明显低于估算间隔的频率来进行。
在一个特别的实施方式中，代替以上所示方程的简单的线性模型，实施一种电路仿真，以便至少以具有一个或多个模块的该单元的电压和相对应的模块的模块状态为基础来估算模块电压。同时该混合模型方案(例如在最后提及的方程中)还可以在没有更准确地了解在每个单独模块中实现的电气电路的情况下实施：只有当依赖于模块状态来估算从外部视角来看重要的电气变量(尤其电压、还有例如内阻及上述其他变量)时，具有确切电路的参数模型的电路仿真才可以获取单独的电气部件的特性。为此目的，该电路的线性或非线性的模型可以在传统的电路仿真系统(例如基于广泛扩展的Spice系统)中实现，其中一个附加的优化系统如下地获取参数：使该电路展现出尽可能类似这些测量值的行为。在仿真中估算的值与所测量的值(例如由一个或多个模块组成的单元的总电压和/或电流和/或其他测量值)的相似性例如可以通过平方差的总和来定义。作为优化系统可以实现典型的已知的全局优化方法(例如粒子群优化、进化算法或模拟退火)、已知的局部优化方法(例如单纯形法)以及将二者结合的混合方法。
在一个特别的实施方式中，该变换器的控制器的估算不仅提供估算的数据，而且以如下方式影响将来的模块状态：该估算提供更精确的结果或者特别强调多个单独模块。在基于列表的调节器中，例如由Lesnicar等人(2003)[A.Lesnicar and R.Marquardt(2003).An innovative modular multilevel Converter topology suitable for awide power range(适用于宽功率范围的创新型模块式多电平变换器).IEEE Power TechConference Proceedings,2003(3):6]或还由Goetz等人[Goetz,S.M.等人.(2014).Modular multilevel Converter with series and parallel module Connectivity:topology and control(具有串联和并联模块连通性的模块式多电平变换器：拓扑结构与控制).EEEE Transactions on Power Electronics.]所述，在此可以用作用于由变换器下一步要实施的、状态模式的替代性的或附加的选择标准，优选如下状态模式，这些状态模式不依赖或至少线性地依赖于最近的历史中的那些状态模式。这例如可以通过用所有迄今为止的比特模式及其加和形成标量积来进行。此外可以包括用历史的加权，例如在以调节目的来工作的优化的调节器中，可以添加一个附加调节目的以进行并行的调节。作为优化目的例如可以使用估算(R2、似然、残项方差以及在本文中已提及的所有)的精确程度以便最小化。在提供不是一个完整的精确度度量而是多个精确度度量的情况下(例如针对每个参数)，可以使用对这些精确度度量使用算术组合，例如p范数。如果使用p-无穷范数，则该p-无穷范数对应于最不精确地估算的参数的精确性的p-无穷范数。在所有情况下，参数的估算自动地依次改善。
在一个特别的实施方式中，一个调节单元分析了单独的或所有的估算变量(例如模块电压)的值在时间t内的变化并且在不可能事件中触发了对操作者的报警或自动检测，由此评估估算中可能的误差，以使用于下一调节步骤的调节单元并不基于潜在错误的估算结果作出不利的或有风险的决策。此类不可能事件例如是模块中的模块电压(即使是显著的存储器电容，例如电容器或电池)的非常快速的提升或下降。此类信息同样可以考虑用于检测可能的老化过程或模块故障。在此，例如在确定的方向(正的或负的)上的变化和/或超过确定的阈值的变化可以触发一个信号，该信号说明发现了退化或老化。
在一个特别的实施方式中，通过电容器方程的积分基于模块电流来估算相应的模块电压。该模块电压可以被测量或者从该单元的总电流I单元确定。因此，该实施方式与在现有技术中所述的、等人(2011)的解决方案相似。然而，该替代性的估算不用于该系统的进一步调节，而仅作为控制，以便触发对操作者的报警或者自动检测，或给主要解决方案的结果指派一个可靠性评估(例如一个或多个所谓的软比特(Soft-bits)或一个可靠性度量)。此外，当该替代性的、基于模块电流的积分的解决方案连续地远离主要解决方案时，可以分辨出在电流测量中的潜在偏差。
在一个特别的实施方式中，附加地给一些或所有估算变量指派源自混合模型的估算的可靠性度量。在最小二乘估算的情况下，该度量可以从(潜在为二次)残差或不能通过该模型解释的可变性得出。此外，似然估算可以通过费希尔信息量(Fisher Information)为每个估算值提供一个规范的可靠性度量。在贝叶斯估算(Bayes'schen)中，可以从这些估算值的后验概率分布中为每个估算值提取一个可靠性度量，例如关于对应的估算值的二阶分布矩。此外，对于所有估算值，可以用已知的方法来计算敏感度的雅可比矩阵(Jacobi-Matritzen，所有函数导数的总和)，这些雅可比矩阵说明这些结果依赖于单独的测量值的敏感度如何。在此，高的敏感度是相对于离群点的高的易受影响性。
在一个特别的实施方式中，在估算变化方面对这些模块的所估算的内阻值进行监测(在这些估算值在一段时间内的缓慢漂移中是可见的)或者例如定期地重置并且重新估算，以检测变化。大幅度的升高可以得到模块、半导体或存储器的即将出现故障的结论。进一步的分析，即获取在该模块中的电阻依赖性的准确的状态依赖性，在适当时可以允许将故障精确地指派到在模块中的多个单独部件。作为实例，可以以高的可能性将电阻升高指派给一个存储器，该电阻提升不在旁通状态下、但在所有其他状态下出现。相似的指派(依赖于所使用的变换器电路)对于单独的开关器也是可行的。
在本发明的一个特别的实施方式中，考虑通过所谓的泄漏造成的在这些模块的能量存储器中的能量损耗。在此，在适当时依赖于模块电压的泄漏电流(经常还被称作无功电流)流动，该泄漏电流使有负载的存储器排空。此类电流可以是例如经过电容器的绝缘体的剩余电流。在该实施方式中，可以例如通过减去已知的依赖于时间的电压损耗来包括此类泄漏电流。
替代性地，还可以通过测量来获取或估算泄漏电流。泄漏电流可以是依赖于模块且还依赖于状态的。此外，泄漏电流可能是老化引起的并且出于这个原因随着变换器的使用寿命而变化。
在一个特别的实施方式中，每个模块的模块内阻R，在每个模块i的该内阻仅作为依赖于模块状态s(i)的电阻作为R(i,s(i))存在的情况下，借助于对在这些模块中实现的电气电路的认识，分配到在该电路中的多个单独的电气电路部件上。在考虑用于相应的状态的电流路径的情况下，可以测定在相应状态下有助于内阻的这些电气电路部件。一般来说虽然在每个状态下多个电气电路部件对内阻有贡献，但是并不是在每个状态下由多个电路部件形成的相同的(线性)组合对内阻有贡献，由此可以在计算上推断单独的部件。
例如，在常规的M2C四象限模块中的内阻在旁通状态下由两个下方的晶体管、在正的状态下由左下方和右上方的晶体管以及该存储器、在负的状态下由左上方和右下方的晶体管以及该存储器引起。如果该模块内阻例如仅在正的状态下提升、但在其他状态下不提升，则以高可能性排除了该模块的能量存储器的退化，因为该能量存储器还在负的状态下使用；并且以高可能性在右上方的晶体管中发现故障，因为下方的晶体管还在不受影响的旁通方法下使用。
对于其他模块，可以展现相似的依赖性。因此，可以将该电阻R及其变化指派给其单独的电气电路部件或者多个电气电路部件的一个组。这具有如下优点：例如可以将退化追溯到触发的、所涉及的电路部件或所涉及的电路部件组。该特别的实施方式实施此类的指派并且作为信号将该结果传送给调节器和/或一个显示器和/或一个记录单元，以便一方面通知例如维修或维护的用户或技术人员并且另一方面(且明显更重要)在该调节器中考虑关于将来的模块利用的信息。在此特别有利的是，一方面考虑到内阻升高对效率的影响并且因此出于效率原因例如尤其在高电流的情况下避免了具有升高的内阻的模块状态。此外，该调节器一般可以较少地使用该模块，以实现所有模块和/或电气电路部件的均匀的老化。
在一个特别的实施方式中，这些模块能量存储器包含至少一个电池单元并且该功率电子器件除了能量转换(例如转换成用于发动机的交流电压)外还实施电池管理。即可以完全地或者几乎完全地省去对单元电压或多个单独的电池单元组的电压的测量。
此外必须组合一系列时间点。
在一个特别的实施方式中，为了实现方程组的完整性或超定性或者降低该混合模型的估算模糊性，不对例如模块存储器电压的一系列时间点进行未加权地组合。取而代之，给每个模块能量存储器指派一个个体的动态方程或者给所有相同类型的模块存储器指派一个共用的动态方程，该动态方程自身包含估算参数，但是一个实例是一阶线性动态方程，例如电容器方程(能量存储器电压的时间导数＝常量A x电流+常量B)。此外，可以添加多个非线性的项(能量存储器电压的时间导数＝常量A x电流+常量B+常量C x电流的平方)或者这些常量对电压和/或电压的导数具有预定的依赖性。这些常量可以被预定或者在估算过程中用其余参数进行估算。通过使用模块能量存储器的电压的依赖于时间的动态方程来代替对多个时间点进行未加权的组合，减小了由于放电或充电造成的误差并且取而代之地将放电和充电行为一起集成到该模型中。
在所有实施方式中，可以在还实施该系统的控制的这个或这些相同的集成电路(例如微型控制器、信号处理器或现场可编程阵列(FPGA))中实现估算。此外，还可以在多个分开的集成电路中实施二者。二者可以相应地在单独的中央集成电路中或相应地在分布式电路中实现。此外，可以在这些分开的集成电路之间发生数据交换。
在一个特别的实施方式中，该模块i的依赖于状态s的内阻(以上概括地示出为R(i,s))被多个单独电阻器的网络所代替，这些单独电阻器代表在当前状态s下导电的模块部件。在最简单的情况下，给每个闭合的开关器和该能量存储器指派一个内阻。在最简单的情况下，假设相同类型的多个电路部件的这些值为相等的并且通过一个单独的变量进行描述。为了能够展示制造公差和不同的老化速度，还使用用于一些或每个元件的个体变量。在此，这些单独电阻可以是已知的且用作自变量的或者在估算中作为因变量被估算。替代性地，代替于给每个电路部件指派一个内阻，还可以实现整个模块的依赖于模块状态s的内阻。依赖于模块状态的该内阻既可以被估算，也可以作为已知的变量并且因此在估算过程中作为常量使用。在每个模块的依赖于模块状态的内阻的简化中，不必已知在这些模块中的精确的电气电路。
在一个特别的实施方式中，不估算单独的预定的模型，而是在考虑存在的测量值的情况下找到灵活性和稳定性的最佳值。该特别的实施方式充分利用该模型的上文已经提及的可扩展性，以便如下地找到在所谓的高方差状态与高偏移状态之间的平衡：
对于例如混合模型的估算，上文已经提及：基本的估算方程可以被任意地扩展。此类扩展方案可以按两种类型进行：
(a)除了上文已述的依赖性之外，作为依赖性还可以引入在该模型的这些方程中迄今为止根本没有考虑到的其他影响因素。在该模型中的电阻R(i,s(i))例如还可以依赖于温度θ和/或时间t和/或空气湿度φ和/或在该电路的一个或多个电气部件上的机械压力p和/或其他环境参数来描述。因此，该替代方案指出了迄今为止未被包含的其他外部因素。
(b)此外，在该方程中已存在的变量的依赖性可以相互扩展。在混合模型中，一个或多个变量对在该模型的方程中已存在的其他变量的此类经扩展的依赖性经常被称为相互作用。例如，电阻可以不仅依赖于模块状态s且在适当时是对于一个模块而言是独立的(并且因此依赖于i)，而且还依赖于模块电压或电流或在该系统中的其他变量。在完全考虑所有这些相互作用的情况下，每个变量依赖于每个另外的变量。
正如在混合模型中常见的，在因变量依赖于定类变量的情况下，针对该定类变量的每个可能的值估算一个针对该因变量的值。在该因变量依赖于多个连续变量的情况下，一般来说在最简单的情况下假设一个(仿射)线性函数。此外，在依赖于连续变量的情况下，对连续变量的(仿射)线性依赖性可以被对数依赖性代替或者通过一系列的更高次的非线性项(例如对连续变量的二次方、三次方、四次方依赖性)被扩展。
如果以最后所示的方程的模型为实例，则存在六个确定性的、即已知的值(s、V单元、I单元、p(s)、i、m)和五个未知的值(Voff、R残、L残、V、L)。在每个未知的参数完全依赖于每个另外的(已知或未知的)参数直至三阶的情况下，存在5*[1+3x(6+5-1)]＝155个自由度。虽然该模型形成最精确且最灵活的模型；但是，由于不充足的数目和/或不足够离散的测量值，该模型很容易被“过度配合(überfittet)”。在此，该特别的实施方式自动地获取待使用的模型并且在高方差状态与高偏移状态之间寻找平衡。该特别的实施方式为此假设：
在此，该实施方式同时估算多个模型并且正如在统计学中已知的，为每个模型获取一个所谓的拟合优度(Goodness-of-Fit-Maβ)。其中例如包括根据Schwarz的贝叶斯信息量、赤池信息量(Akaike Information)、KL散度(Kulback-Leibler-Divergenz)以及交叉验证。在此，具有最好的拟合优度的模型被用作关键模型。由于可供使用的测量值的数量随着运行时间的增长而增多并且因此带有扩展的依赖性的更复杂的模型可能具有更好的拟合优度，在适当时可以以规则的间隔(在基于拟合优度对多个候选项进行前述比较之后)更换该关键模型。因此，借助于仅待说明的基本元素、例如多个变量和参数的列表，该特别的实施方式本身从所有可用的变量和参数的结合中选择待使用的模型直至有确定的多项式依赖性。由于此类具有不同的依赖性复杂度的多个模型可以被并行地或矢量地解算以用于估算，该特别的实施方式非常有利地在集成电路中实现。
在一个特别的实施方式中，每个模块由多个单独电阻器组成的网络表示，这些单独电阻器代表在当前状态s下导电的模块部件(例如电气开关器)并且形成具有模块电压V(i)的电压源。该电压源形成该模块的至少一个能量存储器并且此外可以通过内阻来补充。
在一个特别的实施方式中，在该能量存储器的模型中的内阻通过一个可用的电池模型展示。该电池模型可以代表具有电压Vm的作为能量存储器的至少一个电池单元并且例如包含一个阻抗Xa(参见图10)，该阻抗可以包含一个实(欧姆)部和一个虚(反应)部。在很多情况下，假设Xa的虚部是可忽略的。除了Xa之外，还可以包含一个或多个RC项(参见图11和图12)。一般来说，相应的RC项的时间常量为RbCbˉ(1x/÷4)min和RCCCˉ(2x/÷4)ms的数量级，其中x/÷代表乘法分配(multiplicative Streuung)。参数Vm、Xa、Rb、Cb、Rc和Cc可以全部估算或者部分预定。还可以假设这些参数部分地依赖于时间。对于电压Vm，时间依赖性的假设是显而易见的。
在一个特别的实施方式中，考虑一个或多个模块作为标准或参考以确定其余模块的能量存储器的电压。为此，测量该一个或多个模块的确切的电压(在该一个或多个模块的每个中分开地进行测量或者作为所有模块的总和在一次测量中一起进行)，并且附加地测量总电流或总电流的符号或可忽略的电流的存在(当绝对电流与一个确定的阈值相异时，例如作为状态比特1)、或者待测量的模块(例如901)的总和电压、或待测量的模块(例如901)的总和电压的符号、或待测量的模块(例如901)的可忽略的总和电压的存在。在本发明的一个特别优选的实施方式中，以所测量的模块电压和关于待测量的模块的总和电压的附加信息或电流流动为基础，可以确定这些待测量的模块的总和电压的零状态或者该电流流动的零状态并且因此通过成立一个完整或超定的方程组来确定其余参数。此外，当存在待测量的模块的精确的总和电压测量时(而非仅电流或电压的零通量信息)，在不产生或不等待用于完整或超定方程的足够多的不同零状态的情况下还可以等效地确定其余参数。在待测量模块的、附加的总和电压测量或待测量模块的总和电压的零状态的情况下有利的是，该一个或多个参考模块中的一些或所有是待测量模块的一部分。该一个或多个参考模块还可以是多个电压标准，其电压是已知的并且因此不必测量。示例性的电压标准是半导体结。因此在使用这些电压标准时，可以通过用其他模块或所测量的总和电压的所有可能的组合产生一个零状态(电压或电流)而进行比较，该总和电压允许确定多个待测量模块的电压。
在一个特别的实施方式中，本发明包括一种用于控制电气电路的方法，该电路包含至少两个彼此相似的模块，这些模块分别包含至少一个电能存储器和至少一个电子开关器，该电子开关器能够实现该至少一个电能存储器与多个其他模块的能量存储器的连通性、即电气连接(例如并联或串联)的转换。计算能够实现从由具有多个模块的组生成的电压的测量值来获取具有多个模块的所述组的这些模块的单独能量存储器的电压。在此，多个模块的组包含至少两个模块。
在一个特别的实施方式中，上述计算将多个能量存储器的组的所测量的电压形成为该组的这些模块的能量存储器的待获取的电压的数学组合，其中通过该组的这些模块的测量电压时存在的开关状态来限定该数学组合。这些模块的能量存储器的电压的获取通过以如下方式解算该数学组合来进行：在该数学组合中所获取的这些模块的能量存储器的电压具有所测量的电压作为数学结果。
在一个特别的实施方式中，除了具有多个模块的组的能量存储器的待测定的电压之外，上述数学组合还包含流经具有多个模块的组的一部分或整个组的电流的至少两个测量值，这些测量值在模块的不同开关状态下被测量。
在一个特别的实施方式中，除了电气模型之外，还对热模型进行估算。在此，该电气模型或该热模型通过电气参数、尤其电流进行耦合。在此，多个单独部件(例如存储器单元、半导体等)的温度可以被估算，以对该变换器的控制器提供将来的控制的决策，例如减少热模块的负载等等。此外，还可以(部分地)测量这些温度，以实现或简化对其他变量的估算，例如热电阻。
同样地，可以将外部温度作为变量加入该模型中并且对其测量或估算。
以下模型展示了每个模块的依赖于电气状况的温度θ。
c热(i)(θ(i)-θ环境)＝R(i,s(i))(I单元p(s))2
在此，该热容c热是一个可以估算或预定的连续变量。该环境温度θ环境可以被测量、限定(其中0值、即消去值也是合理的限定)或估算。在此，通过电阻R和电流I单元p(s)实现热领域与电领域的耦合。替代性地，还可以仅通过电流进行耦合并且使用分开的电阻R，对该电阻进行估算或预定。
替代性地，还可以针对一个模块的多个部分、例如某些半导体或者一个或多个存储器分开地确定温度。该估算模型可以对应地进行调整。

Claims (11)

1.电气电路，该电气电路包含至少两个彼此相似的模块(401)，每个模块包含至少一个电能存储器和至少一个电子开关器，该电子开关器能够实现该至少一个电能存储器与多个其他模块的能量存储器的电气连接的转换，
其中该电气电路还包含至少一个电压测量装置(407)，该电压测量装置测量在所述模块的至少两种不同开关状态下由具有多个模块的一个组(403)产生的电压，并且用该电压测量装置实施单独模块的电能存储器的电压的自动获取，
其中如果至少两个模块能够形成至少两种相同的开关状态，则这些模块被视为相似的，所述开关状态分别限定该至少两个模块的能量存储器如何彼此导电地连接，
其中所述具有多个模块的一个组包括该电路的至少两个或所有模块。
2.根据权利要求1所述的设备，其中如果该至少两个模块能够形成以下三种开关状态中的至少两种，则该至少两个模块被视为彼此相似的：
一个模块的至少一个电能存储器借助于多个电气开关器与另一个模块的至少一个电能存储器串联连接；
一个模块的至少一个电能存储器借助于多个电气开关器与另一个模块的至少一个电能存储器并联连接；
一个模块的至少一个电能存储器借助于多个电气开关器被绕过，这意味着：一个模块的至少一个电能存储器仅用其至少两个电气触点中的最多一者与另一个模块的电能存储器导电地连接并且由此与另一个模块的电能存储器不存在闭合的电流回路。
3.根据权利要求1或2之一所述的设备，其中对至少两个模块的电能存储器的电压的获取在至少一个估算单元(504)中进行，该至少一个估算单元包括至少一个集成电子电路。
4.根据权利要求3所述的设备，其中该至少一个估算单元(504)从一个测量单元获得由具有多个模块的一个组产生的电压的至少一个数字化的测量信号(506)作为输入信号，并且从至少一个控制单元获得至少一个描述当前模块状态的信号(510)。
5.根据权利要求4所述的设备，其中估算根据数字时钟以固定的时间步长来进行。
6.根据权利要求5所述的设备，其中该估算单元包含至少一个数字存储器组成部件，该数字存储器组成部件至少存储过去多个数字时钟的、具有多个模块的组的模块状态和所产生的电压的测量值。
7.根据权利要求4至6之一所述的设备，其中该估算单元将描述单独模块的所估算的模块电压的至少一个信号(509)传输到控制单元(505)。
8.根据权利要求1至7之一所述的设备，其中除该电压外，该设备还测量流入具有多个模块的组(403)中的电流并且用该电流来自动获取单独模块的模块电压。
9.根据权利要求1至8之一所述的设备，其中该设备还包括至少两个电压测量装置，这些电压测量装置中的每个测量在模块的至少两种不同开关状态下具有多个模块的一个相应地相关联的组(403)产生的电压，其中多个单独模块是分别与至少一个电压测量装置相关联的多个组的一部分；并且其中用该至少两个电压测量装置获取单独模块的电能存储器的所获取的电压的估算误差和/或对该至少两个电压测量装置中的至少一者实施技术故障检测。
10.根据权利要求1至9之一所述的设备，其中该设备还包含至少一个温度测量装置，该温度测量装置测量一个模块(401)的温度或一个模块(401)的至少一个电子开关器的温度或一个模块(401)的至少一个电能存储器的温度或具有多个模块的一个组(403)的温度。
11.用于获取多个电能存储器的相应电压的方法，其中通过至少一个电气开关元件分别使在单独的能量存储器之间的至少一个电气连接彼此断开，并且其中该多个电能存储器和断开的电气开关元件是模块式的电气电路的一部分，该方法至少包括以下循环重复地实施的步骤：
测量相应的电压，该电压通过在断开的电气开关元件的至少三种不同开关状态下由多个电能存储器的连接形成；
将测量的电压数字化；
将数字化的、测量的电压传输到至少一个集成电气电路；
在包含电气开关元件的与每个电压相关联的开关状态的情况下，通过解算来估算通过至少一个集成电气电路的多个电能存储器的相应的电压。
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