CN112793472A - 具有电池单元的电池及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有伽凡尼电池单体(12)的电池单元(110)，该伽凡尼电池单体(12)具有第一电极接线端子(108)和第二电极接线端子(112)，第一电极接线端子(112)连接到第一单元接线端子(1)，第二电极接线端子(108)连接到第二单元接线端子(2)。根据本发明，电池单元(110)包括第三单元接线端子(3)、第四单元接线端子(4)以及至少四个半导体开关元件(100，102，104，106)，借助于所述半导体开关元件能够使所述电极接线端子(108、112)根据所述半导体开关元件(100、102、104、106)的相应开关状态分别与第三单元接线端子(3)或第四单元接线端子(4)电联接。这些电池单元主要用于主要用于与前面的电池单元以及后面的电池单元的(激活或去激活的)状态无关地将各个电池单元从系统中移出、接入和/或与其它电池单元并联。

Description

具有电池单元的电池及其运行方法
技术领域
根据第一方面，本发明涉及一种电池单元，其具有伽凡尼电池单体/原电池单体、第一半导体开关元件、直接与伽凡尼电池单体的第一电势接线端子电联接的第一单元接线端子、通过第一半导体开关元件与伽凡尼电池单体的第二电势接线端子电联接的第二单元接线端子。根据第一方面，本发明还涉及一种电池，该电池具有多个电池单元、至少两个电池接线柱和控制单元，其中预定数量的电池单元串联，串联电路的第一端部连接在所述至少两个电池接线柱中的第一电池接线柱上，串联电路的第二端部连接在所述至少两个电池接线柱中的第二电池接线柱上。根据第一方面，本发明还涉及一种借助于电池提供可预设的电压的方法，其中该电池包括至少一个预定数量的串联的电池单元，其中串联电路的电池单元中的每个都包括伽凡尼电池单体、第一半导体开关元件、直接与伽凡尼电池单体的第一电势接线端子电联接的第一单元接线端子和经由第一半导体开关元件与伽凡尼电池单体的第二电势接线端子电联接的第二单元接线端子。
根据第二方面，本发明还涉及一种具有伽凡尼电池单体的电池单元，其中该伽凡尼电池单体具有第一电极接线端子和第二电极接线端子，其中该第一电极接线端子连接到第一单元接线端子，第二电极接线端子连接到第二单元接线端子。此外，根据第二方面，本发明涉及一种具有至少一个电池单元的电池模块。此外，根据第二方面，本发明涉及一种电池，该电池具有多个彼此相邻布置的电池模块，该多个电池模块分别具有至少两个模块接线端子，其中，每个电池模块包括至少一个电池单元。最后，本发明还涉及一种具有车载电网的机动车，所述机动车包括作为动力设备的电机以及电池。
背景技术
电池单元、具有电池单元的电池、用于运行电池单元的方法以及同类型的机动车在现有技术中在很大程度上是已知的。普通类型的电池被添加到固定应用中，例如不间断能量供应、隔离操作中的电源等，这种类型的电池甚至应用在机动车辆中，特别是在电动车辆中，例如纯电动车辆、混合动力车辆等。
这种类型的电池通常用于可逆地存储电能。这种电池也被称为蓄电池。为了可逆能量存储的目的，电池通常包括多个电池单元，所述电池单元分别包括能够化学地存储电能的伽凡尼电池单体。为此目的，伽凡尼电池单体通常具有两个电极，它们形成伽凡尼电池单体的各电势接线端子。电极例如通过与电极相互作用的电解质而电化学地相互连接。然后在电极上出现直流电压，该直流电压基本上由于电化学产生。在单个伽凡尼电池单体的电极之间出现的直流电压通常为几伏，取决于电池化学性质例如为大约1.2V至大约4.5V。
这种类型的电池通常应该提供较高的直流电压，例如在可电驱动的机动车中提供在几百伏特、优选大约400V或者更大、尤其大约800V范围中的直流电压。由此得出，为了通过电池实现这样的直流电压，必须将多个电池单元电串联。根据能量需求或者功率需求，也可能还需要电池单元的并联电路。
在现有技术中，尤其在可电驱动的机动车中通常通过能量转换器(通常由逆变器或直流电压转换器形成)将电池与作为驱动设备的电机联接。这被证明是很费事的。此外，应考虑到，通常将两点或三点逆变器用作逆变器。因此，电磁兼容性问题在能量转换中非常重要，此外逆变器提供的交流电压中的谐波分量可能是大的。相同的考虑也适用于直流电压转换器。
由DE 10 2010 041 059 A1公开了一种用于调节可控的储能器的能量供给分支的期望输出电压的方法。在该教导中，设置有能量储存器，所述能量储存器包括多个串联的能量储存器模块，所述能量储存器模块各自又包括多个串联的能量储存器单元。能量存储器模块中的每一个具有两个开关元件，其中能量存储单元与开关元件之一串联并且该串联电路与第二开关元件并联。由此，相应的能量存储器模块可以通过相应地接通开关元件来激活或去激活。通过合适地连接开关元件，在这种串联电路的各自的端部处可以提供交流电压，并且更确切地说根据多级能量转换器(Multile vel Converter)的类型也称作MMC、M2C、MMI、M2I等。由此根据DE 10 2010 041 059 A1的教导可以省去逆变器。
多级能量转换器及其操作方法在现有技术中同样是广泛已知的，因此不需要单独的文件证明。这种多级能量转换器的用于构造多级能量转换器的转换器模块也是如此。多级能量转换器是一种特殊类型的钟控能量转换器。优选地，这种多级能量转换器被双向地使用，使得电能可以从交流电压侧转换到直流电压侧，并且反之亦然。通常，转换在电压电平没有显著变化的情况下进行，也就是说，交流电压的最大幅度的电平基本上是对应于所包括的多级能量转换器的直流中间电路的中间电路直流电压的一半。该事实在MMC的现有技术拓扑结构中是不利的，因为为了产生不同极性(正极和负极)的电压需要一定数量的分离的单元，也就是说，为了在预定数量的电池单元的情况下形成例如正弦形的输出电压，一半的电池模块用于正半正弦波，另一半用于负半正弦波。因此，仅能够产生具有与最大电池输出电压的一半相对应的幅度值的输出电压。
多级能量转换器通常具有由多个转换器模块组成的串联电路，该串联电路在其一侧包括转换器模块电容器以及与其并联的由两个串联的半导体开关组成的串联电路。转换器模块电容器不是需要仅由电容器形成，而是还可以包括一个或多个电池单元和/或电源。由于电路结构，转换器模块的控制相对于可替换的电路方案、尤其是关于两点式逆变器的电路方案是运行相对可靠的，因此多级能量转换器特别适合于在高电压的情况下的应用。此外，多级能量转换器在中间电路侧不需要中间电路电容器，该中间电路电容器此外在电压较高时非常复杂且昂贵。通过转换器模块电容器实现了对直流中间电路的相应的支持。
对于多级能量转换器已知如下的互连可能性，所述互连可能性从所谓的飞跨电容器/飞电容/悬浮电容(Flying-Capacitor)、中性点电容(NPC)多级能量转换器一直延伸到级联H桥(CHB)多级能量转换器。后者的特征主要在于其可扩展性，因为在这些情况下可以通过单个模块的串联产生输出电压。模块或转换器模块大多具有半导体开关的H形桥接电路以及转换器模块电容器。替代地，也可以为转换器模块电容器设置电池或电池模块。根据电路结构，可以产生任意数量的相、进而产生任意的n相交流电压。
除了CHB方案之外，也存在级联半桥模块的可能性，所述半桥模块具有仅仅两个串联的半导体开关以及所属的转换器模块电容器或者电池单元。虽然在此可以减少半导体开关的数量，例如减少一半，由此又可以实现在按照规定的运行中损耗功率的减少，然而该电路结构证明是不利的，即仅能实现交流电压的单极性。该问题也基于DE 10 2010 041 059A1的教导。此外，WO 2014/072488 A2公开了一种具有串联的变流器单元的变流器。变流器单元在此在故障情况下可以借助于旁路开关被短接。
发明内容
本发明的任务在于，改进这种类型的电池单元、电池、借助于电池提供可预设的电压的方法和机动车，使得电池可以用于直接给能量供应网络、尤其是要用交流电压加载的电机供电，其中与现有技术相比降低了耗费。
作为解决方案，本发明提出了根据独立权利要求所述的电池单元、电池模块、电池、借助于电池提供可预设的电压的方法以及机动车。
有利的改进方案根据从属权利要求的特征得出。
关于该类型的电池单元，根据第一方面尤其建议，该电池单元具有与伽凡尼电池单体的第二电势接线端子电联接的第三单元接线端子、第二半导体开关元件和第四单元接线端子，该第四单元接线端子经由第二半导体开关元件与伽凡尼电池单体的第一电势接线端子电联接。
关于该类型的电池，根据第一方面利用本发明尤其提出，电池单元根据本发明被构造，为了实现串联电路，所述电池单元中的相应第一电池单元的第一单元接线端子与所述电池单元中的相应第二电池单元的第二单元接线端子电连接，所述电池单元中的相应第一电池单元的第三单元接线端子与所述电池单元中的相应第二电池单元的第四单元接线端子电连接，控制单元至少连接到相应的电池单元的第一半导体开关元件、第二半导体开关元件，以便根据在相应的电池接线柱上的可预设的电压来运行所述半导体开关元件。
关于该类型的方法，根据本发明的第一方面尤其提出，串联电路的每个电池单元包括与伽凡尼电池单体的第二电势接线端子电联接的第三单元接线端子、第二半导体开关元件和第四单元接线端子，所述第四单元接线端子通过第二半导体开关元件与伽凡尼电池单体的第一电势接线端子电联接，其中为了实现串联电路，电池单元中的相应第一电池单元的第一单元接线端子与所述电池单元中的相应第二电池单元的第二单元接线端子电连接，所述电池单元中的相应第一电池单元的第三单元接线端子与所述电池单元中的相应第二电池单元的第四单元接线端子电连接，根据为串联电路预设的电压来激活电池单元的半导体开关元件，从而在串联电路的端部处提供预设的电压。
关于所述类型的电池单元，根据第二方面特别是提出：电池单元具有第三单元接线端子、第四单元接线端子以及至少四个半导体开关元件，借助于所述半导体开关元件、根据半导体开关元件的相应开关状态，能够使电极接线端子分别电联接至第三单元接线端子或第四单元接线端子。
关于所述类型的电池模块，根据第二方面尤其提出，电池模块具有至少一个根据本发明的电池单元以及四个模块接线端子，所述模块接线端子用于与其他电池模块的模块接线端子电联接和/或与包括电池模块的电池的电池接线柱电联接。
关于这种类型的电池，根据第二方面尤其提出，电池模块至少部分地根据本发明来构造。
关于这种方法，根据第二方面尤其提出，电池模块分别具有四个模块接线端子，即分别具有第一模块接线端子、第二模块接线端子、第三模块接线端子和第四模块接线端子，其中电池模块的至少一部分具有至少一个电池单元，所述电池单元具有电路结构，其中伽凡尼电池单体具有第一电极接线端子和第二电极接线端子，其中第一电极接线端子连接到第一单元接线端子，第二电极接线端子连接到第二单元接线端子，电池单元具有第三单元接线端子和第四单元接线端子以及至少四个半导体开关元件，借助于所述半导体开关元件、根据半导体开关元件的相应开关状态，能够使电极接线端子分别电联接至单元接线端子中的第三单元接线端子或第四单元接线端子，根据为电池预设的电压来激活电池单元的半导体开关元件，从而在电池接线柱处提供预设的电压。
关于这种类型的机动车尤其提出，电池根据本发明构成并且电机直接连接到电池上。
本发明尤其基于以下构思，即通过各相应电池单元的电路的特殊结构能够以较低的成本实现电池的模块化结构，使得所述电池能够通过所述控制单元的合适的控制而在所述电池接线柱上或者在相应的串联电路的端部上提供几乎任意的电压。根据需要，电压的调节可以在时间上变化，从而例如也可以提供可预设的交流电压。由此利用本发明的电池可以根据多级能量转换器的类型来提供交流电压。电路结构允许借助于电池以高度灵活的方式、尤其是动态地提供电压。在此，电池的电池单元可以至少部分地如多级能量转换器的转换器模块那样被使用。然而，为了提供预设的电压，不需要使用所有的电池单元。尤其可以规定，仅仅电池的电池单元中的几个串联，以便提供预设的电压。一些电池单元也可以用作备用或者用于提供另外的可预设的电压。例如也可以将未使用的电池单元与已被激活的电池单元并联，以便改善电流负载能力等。电池单元也可以由类似的能量源构成，该能量源可以接收和/或输出电能。
然而，本发明不仅限于提供交流电压。也可以规定，根据预设的电压，可以提供直流电压、脉冲式直流电压或类似电压。也可以提供多个预设的电压，例如三个在其相位方面错开的交流电压，以便能够提供三相交流电压。因此，本发明例如也适用于提供使用交流电压的能量供给网络。此外，本发明当然还可以用于提供一个或多个可调整的直流电压，例如当机动车的电机是直流电机时，其功率可以根据当前设定的直流电压来调整。
在此，本发明基于相应的电池单元的新的电路结构，其中，与现有技术不同地，各相应的电池单元具有四个电池接线柱。通过各相应电池单元的专用的电路结构，也就是在根据本发明的电池单元的串联电路中不仅可以激活或者去激活相应的电池单元，而且还可以根据需要调节其伽凡尼电池单体的极性。因此，例如可能的是，在由电池单元组成的串联电路中不仅桥接单个电池单元，以便例如能够提供与所有串联的电池单元的总电压相比电压更小的当前电压值，而且也可以反转伽凡尼电池单体的极性，以便例如降低所提供的电压或者甚至能够在电池接线柱处提供负的电压。虽然每个电池单元仅具有两个半导体开关元件，但是该功能是可能的。
由于本发明能够仅借助两个半导体开关元件为相应的电池单元提供该功能，因此当然也能够相应地减少在按规定的运行中可能出现的损耗。由此，本发明特别适合于集成在电池中。此外，要考虑的是，各个电池单元的开关元件仅需要针对各个伽凡尼电池单体的通常小的直流电压来设计，而不再针对在电池或整个电池的输出端处的高电压值，大约400V至大约800V。由此不仅可以使用成本低廉的开关元件，而且此外可以使用具有特别小的导通损耗的开关元件。由此可以额外地降低在按照规定的运行中的损耗。
因此，通过与现有技术相反地具有四个单元接线端子的伽凡尼电池单体的特殊电路结构，可以仅利用两个半导体开关元件实现电池单元的所期望的功能。因此，第一半导体开关元件使得能够在第一单元接线端子和第二单元接线端子之间激活伽凡尼电池单体，从而可以在第一单元接线端子和第二单元接线端子处提供相应的直流电压。相反，如果半导体开关元件处于断开的开关状态，则电池单元不在第一单元接线端子和第二单元接线端子之间提供直流电压。在该运行状态中可以通过第二半导体开关元件的接通的开关状态实现对电池单元的桥接。关于伽凡尼电池单体的极性变换的另外的功能性可以在与串联电路中的另外的电池单元、更确切地说直接连接到相应的电池单元上的电池单元共同作用的情况下实现。例如，伽凡尼电池单体可以在第一单元接线端子与第三单元接线端子之间被连接。此外，也可能的是，伽凡尼电池单体在第二单元接线端子和第四单元接线端子之间被连接。于是相应地设置半导体开关元件。
因此尤其可以规定，为了连接串联电路中的电池单元，在两个要彼此电连接的电池单元中，第一电池单元的第一单元接线端子与第二电池单元的第二单元接线端子电连接，并且第一电池单元的第三单元接线端子与第二电池单元的第四单元接线端子电连接。该连接也适用于其余的电池单元，所述其余的电池单元应当在串联电路中相互连接。通过由此提供的串联电路的结构和基于通过操作半导体开关元件的电路结构而实现的功能，因此不仅可以激活或去激活电池单元中的相应电池单元的伽凡尼电池单体，而且也可以在极性方面反转，更确切地说在提供相应的直流电压方面反转。因此，第一半导体开关元件结合第一单元接线端子和第二单元接线端子以及伽凡尼电池单体提供在现有技术中已知的功能。因此，通过第二半导体开关元件结合第三单元接线端子和第四单元接线端子实现了附加的根据本发明的功能性。
因此，本发明实现了，但不限于特别是在可电驱动的机动车中，可以使作为动力设备设置的电机以高效率直接与电池耦联，以便在机动车的按照规定的运行中实现期望的能量供给。
如在多级能量转换器中那样，可以利用根据本发明的电池提供阶梯式的电压，该电压在其形状上例如可以接近正弦曲线。与传统的两点逆变器或者三点逆变器不同，在传统的两点逆变器或者三点逆变器中分别仅能提供两个或者三个不同的电势，在本发明中可以借助于多个伽凡尼电池单体实现显著更大数量的不同的电势水平或者电压电平。电压电平的数量或者由电压电平的组合得出的相应的电压在此自然取决于在串联电路中有多少电池单元可用并且相应的伽凡尼电池单体提供哪些电压。通常，伽凡尼电池单体相同地构造，使得其提供基本上相同的电压。由此可以实现所期望的电压曲线的明显更精确的模拟，特别是当其在时间上是变化的，例如在正弦曲线的情况下。以这种方式产生的电压、尤其是交流电压与借助通常的逆变器产生的交流电压相比具有明显更小的失真值并且此外优选具有更高的可靠性。这尤其在电磁兼容性、特别是与无线电干扰有关的电磁兼容性方面起作用，如有线连接的无线电干扰或类似方面。
因此，本发明利用了一种可以针对多级能量转换器的功能进行优化的创新的智能化单元拓扑结构。由此，可以在所设置的半导体开关元件的损耗最小的情况下提供正电压以及负电压。
为了产生负电压，可以接通位于电池单元的各个伽凡尼电池单体之间的半导体开关元件，其中为了呈现正电压而接通相应互补的半导体开关元件。根据要提供的电压的期望的电压值，也可以借助于附加的半导体开关元件桥接几个、尤其是相继的电池单元，使得可以实现多级能量转换器的功能。
通过相对于现有技术减少了半导体开关元件的数量，尤其是关于根据CHB的转换器模块的电路结构，可以将位于负载路径中的半导体开关元件的数量减少大约一半。与通过电池提供的电压的极性和大小无关地，对于每个电池单元总是仅有半导体开关元件中的唯一一个半导体开关元件处于引导电流的路径中或处于接通的开关状态中。
基于根据这两个方面的本发明电池单元，也能够为电池实现高度灵活的电路结构或电路拓扑结构，其允许根据需要通过激活或去激活电池单元来实现与特定应用简单匹配的可能性。因此，可以通过添加电池单元来构造电池以提供更大的最高电压，或者反过来，通过去除电池单元来保证根据所要求的输出电压来提供更小的电压。也可能的是，并联其他串联电路，以便例如能够提供多相交流电压。可以根据相应的特定应用来实现应当提供的交流电压的相的数量。
利用本发明的电池可以提供几乎任意曲线形状的电压、尤其是时间上变化的电压，例如正弦曲线形状、三角形曲线形状、锯齿曲线形状和/或类似形状。此外，在多相交流电压的情况下，可以单独地和高度灵活地调节各个相电压彼此的相移以及相电压的电压幅度。
此外，根据预设的电压，取决于特定的应用，可以提供的电压还可以具有DC偏移。为此，仅需要如此操控半导体开关元件，使得所得到的正电压电平和负电压电平的数目不同。
根据本发明的电路拓扑结构或者电路结构允许，除了简单的扩展之外，也可以在单个相支路或者单个串联电路之内仅仅补充一小部分的电池单元，例如补充另一个子串联电路或者诸如此类。在此，附加的电池单元不需要与串联电路的电池单元相对应，而是可以与此无关地被电池包括。
当然，也可以使多个串联电路并联。然而特别有利的是，不仅一个相通过串联电路实现，而且例如——根据电流负载或所需的电容——也可以将多个串联电路分配给相应的相。
已经证明特别有利的是，当相应的电池单元不需要提供预定的电压或有缺陷时，通过借助于存在的半导体开关元件使电池单元被桥接，可以以简单的方式整体去激活该电池单元。这可以与前面的电池单元和后面的电池单元的激活或去激活状态无关地进行。
另外，任意数量的(电池)单元可以被桥接，同样与前面的电池单元和后面的电池单元激活或去激活状态无关。但是本发明的优点主要在于如下可能性：能够并联在运行中原本不需要的、待桥接的电池单元。
开关元件可以通过一个或多个半导体开关元件构成。此外，开关元件也可以包括机电开关元件，例如继电器、接触器和/或类似物。因此，半导体开关元件还可以由机电开关元件或任何其他合适的开关元件形成。
开关元件、尤其是半导体开关元件可以通过晶体管、尤其是场效应晶体管、优选金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)形成，但是也可以通过栅极断开晶闸管(GTO)和/或类似物或任意其他类型的开关元件形成。这些开关元件优选集成地布置在各个电池单元中。
控制单元至少连接到开关元件上，尤其是连接到电池单元的半导体开关元件上。为此目的，电池单元可以具有各自的通信接口，电池单元通过该通信接口与控制单元通信连接。通信接口例如可以是有线的和/或也可以无线地构造。无线地构造的通信连接例如可以基于无线电、尤其是近无线电/本地无线电。优选地，每个电池单元具有一个自己的通信接口，电池单元借助于该通信接口与控制单元通信连接。电池单元侧的通信接口尤其可以连接在电池单元控制装置的分别集成的部件上，该电池单元控制装置自己至少连接在半导体开关元件上，以便以可预设的方式在其开关状态方面控制这些半导体开关元件。由此，可以借助控制单元控制相应的电池单元的激活或者去激活以及其相应的伽凡尼电池单体的极性。
控制单元本身可以设置为单独的结构单元。然而，它优选是电池的组成部分并且特别优选集成地设置在电池中。
尤其是关于第二方面，在一种替代的设计方案中当然也可以规定，伽凡尼电池单体不是连接在第一单元接线端子和第二单元接线端子上，而是取而代之地连接在第三单元接线端子和第四单元接线端子上，这不改变上述优点和作用，如技术人员容易看出的那样。
尤其是关于第二方面，这两个开关元件或半导体开关元件中的第一开关元件可以作为桥接开关元件布置在一个电池单元的负极与紧随其后的电池单元的正极之间。第二开关元件或者半导体开关元件可以与其互补地位于所述一个电池单元的正极和紧随其后的电池的负极之间。
所述附加的桥接开关元件能够例如在错误或故障情况下能够实现单个电池单元的桥接，而与是应当恰好提供正的输出电压还是负的输出电压无关。因此，例如实现了仅奇数或偶数的电池单元被串联的可能性，由此实现了位于其间的电池单元的断开。总之，能够实现所期望的电池单元的任意的串联组合。
所建议的具有根据第二方面的桥接开关元件的拓扑结构的优点尤其在于，在需要或期望旁通单个电池单元的情况下，不必从整个系统中去激活或断开两个相继的电池单元，而是可以仅仅将相应的、例如有缺陷的电池单元本身从电压形成中接出。
所提出的尤其是根据第二方面的拓扑结构的突出之处在于，尽管存在附加的开关元件，但是首先也在于，所述拓扑结构允许生成正的以及负的输出电压。因此，不需要用于电压换向的附加的结构元件。
附加的桥接开关元件更确切地说在如下方面有利于电压产生，因为其使得能够明显更灵活地为总输出电压选出特定的电池单元。
利用附加的桥接开关元件例如同样可以实现开关组合的数量的增加。例如，在所提出的拓扑结构中，开关组合可以用于实现两个偶数或奇数的电池单元的级联。由此也可以使用调制方法，如电荷平衡控制方法。
尤其是根据伴随所提出的拓扑结构的第二方面的另一优点是以下能力：不仅能将任意数量的电池单元彼此串联——根据所要求的电压幅度或类似情况——而且同样能将电池单元以并联方式连接。在此，可以实现几乎任意的配置。除了单个支路的所有电池单元的纯并联之外，也可以实现如下变型方案：在该变型方案中仅限定数量的电池单元能彼此并联地组合并且该组合可以与同一相支路的其他电池单元串联。由此可以实现并联和/或串联的电池单元、尤其相支路的所有可能的组合，例如xsyp模块的级联，其中s代表串联，p代表并联，x和y代表电池的相应数量。
该新的自由度的所伴随的优点此外可以在于：各个电池单元的更小的电流负载。如果对于一定的时间点不需要用于形成输出电压的电压源，则这些电压源可以并联于有效地对输出电压值有贡献的电压源，由此可以将支路电流均匀地分配到并联的单元上。由此可以减少各个电池单元的电流负载。结果，也可以产生最小化的损耗，例如导通损耗和/或开关损耗。此外，通过各个电池单元的可并联性，该电池单元的内阻可以根据并联的电池单元的数量而减小到一小部分(几分之一)。
所建议的尤其是根据第二方面的拓扑结构也可以提供以下特性，即前面的电池单元的每个极与后面的电池单元的两个极连接。这使得无论电池单元以哪种极性被安装，整个电路的功能都被保持。如果安装方向例如通过电压测量来确定，则整个电池的控制在运行期间可以被自适应地匹配。这例如在具有可更换的电池的方案中可以提供优点。因此，电池单元的装配能够是防反极性的。
所建议的尤其是根据第二方面的拓扑结构可以扩展任意数量的电池单元n以及与之并联的相支路m。由此得到由n x m个电池单元组成的系统，其中n个电池单元可以位于m个并联支路的相支路内，所述相支路例如产生m相输出电压。
优选地，电池单元中的每一个都具有自己的单元壳体，在该单元壳体中至少布置有第一半导体开关元件、第二半导体开关元件，对于单元接线端子中的每一个该单元壳体具有用于提供相应的单元接线端子的至少一个接线触点，所述接线触点彼此电绝缘地布置。由此能够以简单的方式实现电池的模块化的结构，该模块化的结构允许电池能够以简单的方式匹配于特定的应用。此外，借助于单元壳体可以实现一种可单独操作的结构单元，该结构单元不仅使电池的制造变得容易，而且能够实现在制造电池之前检验相应电池单元的基本功能。由此可以更可靠地制造电池。单元壳体也可以提供至少一个通信接口，该通信接口允许半导体开关元件以符合规定的开关操作来运行，以便能够提供可预设的电压。
单元壳体可以具有至少一个电路板，在该电路板上至少布置有半导体开关元件。
单元壳体可以包括由合适的材料制成的接纳框架、接纳盒和/或类似物，电池单元的至少一些相应的元件和/或器件设置在接纳框架、接纳盒和/或类似物中或其上。该合适的材料例如可以包含塑料和/或金属。
优选地，伽凡尼电池单体也布置在单元壳体中或单元壳体上。优选地，单元壳体可以至少部分地容纳或包围伽凡尼电池单体。单元壳体例如可以具有一个或多个用于电接触伽凡尼电池单体的电势接线端子的接线触点。至少一个接线触点例如能够通过上述电路板提供。至少一个接线触点优选相应于伽凡尼电池单体的至少一个电势接线端子构造，以便在符合规定的运行中与该伽凡尼电池单体实现可靠且持久的电连接。此外，伽凡尼电池单体可以与其他元件和/或器件中的至少一些集成地布置在单元壳体中或单元壳体上。
为了将伽凡尼电池单体与单元壳体连接，可以设置机械的和/或电的连接器件，例如一个或多个螺纹连接结构、一个或多个卡夹和/或插接连接结构、一个或多个粘接连接结构、钎焊连接结构和/或熔焊连接结构、它们的组合或类似物。优选地，利用连接结构不仅可以实现机械连接而且可以实现电连接。但也可以规定，伽凡尼电池单体在与单元壳体连接的或设置在单元壳体上的状态下以其至少一个电势接线端子压靠到相应的接线触点上，例如由于弹簧力等。此外，该设计方案能够实现，可以与电池单元分开地制造伽凡尼电池单体。这使得能够在不同的制造地点、尤其也通过不同的制造商制造伽凡尼电池单体。这些接线触点于是可以在单独的制造步骤中布置在单元壳体中或单元壳体上。
此外可以规定，伽凡尼电池单体可拆卸地设置在单元壳体上或单元壳体中。由此可能的是，将伽凡尼电池单体与电池单元的其他元件和/或器件在空间上以及电气上分离。这例如能够实现，在需要时更换伽凡尼电池单体。可拆卸的连接例如可以通过一个或多个螺纹连接结构、一个或多个卡夹连接结构和/或插接连接结构和/或类似连接结构构成。
此外可以规定，至少第一半导体开关元件和第二半导体开关元件布置在一壳体中，其中，该壳体对于每一个单元接线端子都具有至少一个接线触点，其中，这些接线触点彼此电绝缘地布置，并且该壳体具有用于连接伽凡尼电池单体的其他接线端子。在该设计方案中，伽凡尼电池单体不需要被该壳体包围。它例如可以设置在外部。此外，伽凡尼电池单体也可以可更换地布置在壳体上或壳体中。特别地，伽凡尼电池单体能够可拆卸地设置。优选地，接线端子的数量对应于伽凡尼电池单体的电势接线端子的数量。
特别是，在第二方面中，电池单元可以具有这样的电路结构，其中第一半导体开关元件连接在第一单元接线端子和第三单元接线端子之间，第二半导体开关元件连接在第二单元接线端子和第四单元接线端子之间，第三半导体开关元件连接在第一单元接线端子和第四单元接线端子之间，并且第四半导体开关元件连接在第二单元接线端子和第三单元接线端子之间。关于优点和效果，参考尤其是关于第一方面的上述实施例。
另外，电池模块可以优选地具有四个模块接线端子。由此，所述电池模块可以以简单的方式由根据本发明的电池单元形成。在此，电池单元尤其是关于第二方面优选至少部分地串联地彼此电联接。
原则上，根据本发明的电池的电池模块可以至少部分地并联或者也可以串联。也可以至少部分地设置其组合。
控制单元优选控制半导体开关元件，使得在电池接线柱上提供所期望的电压。如果为了提供预设的电压不需要串联电路的所有电池单元，则可以借助控制单元设置，在需要时去激活在串联电路中布置的电池单元中的不同电池单元，以便能够整体上平均地实现例如在电池单元的不同方面——如SOC、温度、SOH和/或类似方面——的尽可能均匀的负载。由此，能够使相应的串联电路实现电池单元的荷电状态(SOC)的平衡，并且能够对温度、健康状态(SOH)等参数进行平衡。但是并不排除，所述电池单元具有不同的、尤其化学上的特性。借助于本构思可以使不同类型的电池单元一起运行。
关于根据本发明的电池尤其提出，至少一个电池单元与串联的电池单元中的一个通过以下方式并联：使所述电池单元的相应的单元接线端子彼此电连接。关于两个单个的电池单元的并联，这意味着，相应的第一、第二、第三和第四电的单元接线端子彼此连接。如果电池单元应当在并联运行中运行，则此外可以规定，其相应的半导体开关元件共同地在开关操作中运行。
为了能够电连接串联电路与相应分配的电池接线柱，可以规定，在相应的端侧电池单元中的一个中，其第二和第四单元接线端子形成该串联电路的一个端部，其方式是，这些单元接线端子分别并联到其中一个配属的电池接线柱上。对于布置在该串联电路的相对一侧的电池单元，第一和第三单元接线端子可以被连接到一个开关单元，该开关单元包括两个半导体开关元件，其中，它们的相应第一接线端子与两个分配给串联电路电池接线柱中的另一个电池接线柱电连接，其中，它们相应的相对第二接线端子被连接到这个电池单元的相应第一和第三单元接线端子。由此，串联电路在其功能性方面能够以所期望的方式被完全利用。
此外提出，串联电路的预定数量的直接串联的电池单元以如下方式并联有相应数量的串联的其他电池单元：所述其他电池单元中的布置在端侧的电池单元的单元接线端子与所述预定数量的直接串联的电池单元相应的端侧的单元接线端子彼此电连接。优选地，在端侧的电池单元中，其中第二和第四单元接线端子形成另一并联电路的端部，第二和第四单元接线端子并联，其中该电池单元的第二半导体开关元件保持在断开的开关状态中。由此可能的是，尤其在提供比通过串联电路可提供的最高电压更小的电压时，以简单的方式提供附加的电容，从而较小的电压可以更强地或更频繁地被电气负载。可以进一步提高关于电池的灵活性。
此外建议，所述电池具有至少两个可彼此独立运行的由电池单元组成的串联电路和至少一个另外的电池接线柱，其中，所述串联电路的至少一个端部单独地连接在电池接线柱中的相应一个上，优选通过开关单元，以便与相应的另一串联电路的电池单元的半导体开关元件无关地、然而与对于相应的串联电路可单独地预设的电压相关地运行相应的串联电路的电池单元的半导体开关元件。由此，可以以简单的方式实现，尤其是在交流电压方面可以提供多个相。但是也可以规定，可以提供彼此独立的直流电压或者也可以提供它们的组合。
其中，各个半导体元件随着时间的流逝保持恒定状态，即打开或关闭。
此外，在该方法方面提出，预设交流电压作为所述预设的电压。由此，电池也可以同时用作逆变器，由此可以节省相应的成本。
此外建议，电池单元的半导体开关元件在按照规定的运行中为了提供预设的电压而如此运行，以实现电池单元的伽凡尼电池单体的均匀负荷。均匀负荷优选在时间平均上规定。为此可以规定，控制单元为了提供预设的电压例如周期性地选择不需要的电池单元，从而时间平均上的负荷在SOC值方面——但也可以是在如温度、SOH值等的参数方面——对于串联电路的所有电池单元来说优选基本上相同，。这在提供交流电压时被证实是特别有利的，其中为了提供交流电压的小的电压值，可以周期性地激活串联电路的不同电池单元。由此，能够使相应的串联电路实现电池单元的平衡。但是并不排除，所述(电池)单元具有不同的、尤其化学上的特性。借助于本构思可以使不同类型的电池单元一起运行。
因此，根据本发明的方法不仅可以用于提供电压和提供电能，而且同样可以用于通过给电池供应电能来给电池充电。因此，该应用不限于通过电池输出电能，而是同样可以用于能量吸收和存储电能。
对于根据本发明的电池单元、根据本发明的电池、根据本发明的电池模块、根据本发明的机动车和根据本发明的方法所说明的优点和作用同样适用于本发明的所有方面并且反之亦然。因此，尤其也可以将装置特征表达为方法特征并且反之亦然。
本发明方法的具有如已经结合本发明机动车的改进方案描述的特征的改进方案也属于本发明。出于这个原因，在此不再描述根据本发明的方法的相应的改进方案。
根据本发明的机动车优选设计为汽车，尤其是乘用车或商用车，或设计为大巴车或摩托车。
本发明还包括所描述的实施方式的特征的组合。
附图说明
下面描述本发明的实施例。为此示出：
图1示出半桥电路中的串联的两个转换器模块的示意性电路图，该两个转换器模块是未进一步示出的多级能量转换器的转换器模块，
图2示出如图1的示意性电路图，其中，转换器模块在此以全桥电路构造，
图3示出了根据本发明第一方面的电池单元的示意性电路图，
图4示出了根据本发明第一方面的具有根据图3的电池单元的电池的示意性电路图，所述电池单元为了构成三个相而连接在三个串联电路中，在所述串联电路上连接有三相异步电机，
图5示出如图4的示意图，其中第一串联电路具有并联的由本发明电池单元构成的第二串联电路，
图6示出了具有车载电网的机动车的示意图，在该车载电网上连接有作为动力设备的异步电机以及根据图4的电池，异步电机连接在该电池上，
图7示出了根据第二方面的具有串联的电池单元的电池模块的示意性电路图，
图8至11示出了如同图7的示意性电路图，利用这些示意性电路图来示出根据图7的电池模块的不同的工作状态，
图12示出了具有三个根据图7的电池模块的电池的示意性电路图，该电池用于提供三相交流电压，其中，异步电机直接连接在电池上，
图13示出了根据图1的具有单元壳体的电池单元的示意性侧视图，在该单元壳体中集成地布置有伽凡尼电池单体和具有半导体开关元件的电路板，
图14示出如图7的电池单元的示意侧视图，其中伽凡尼电池单体可拆卸地设置在单元壳体上。
具体实施方式
下面阐述的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的部件分别是本发明的各个可彼此独立地考虑的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，本公开旨在包括实施例的特征的除了所示组合之外的组合。此外，所述实施方式也可以通过本发明的已经描述的特征中的其它特征来补充。
在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
图1以示意性电路图示出了具有串联的转换器模块18的多级能量转换器10的截面图，其中转换器模块18被构造为半桥电路。每个转换器模块18又包括由两个半导体开关元件14、16组成的串联电路，电池单元28作为转换器模块电容器并联于该串联电路。串联的半导体开关元件14的中间抽头以及电池单元28的接线端子形成转换器模块18的模块接线端子。
图2示出了具有转换器模块26的多级能量转换器20的另一实施例，其中多级能量转换器20与多级能量转换器10的区别在于转换器模块26的电路结构。转换器模块26具有由半导体开关元件22、24组成的第二串联电路，该第二串联电路与电池单元28并联、进而也补充地与由半导体开关元件14、16组成的串联电路并联。转换器模块26具有半导体开关元件14、16、22、24的串联电路的中间抽头作为接线端子。
多级能量转换器10、20的功能在现有技术中是已知的，例如在DE10 2015 205 267A1中在使用构造为电容器的转换器模块电容器的情况下有所阐述。
图3以示意性电路图示出了具有伽凡尼电池单体12的电池单元28。电池单元28用作用于电池48、50(图4、5)的模块化结构的元器件。伽凡尼电池单体12被构造为电化学电池并且具有两个电极，所述电极形成第一电势接线端子42和第二电势接线端子44。在本设计方案中，伽凡尼电池单体12被构造为锂离子电池单体。在可替换的设计方案中，在此也可以设置其他的伽凡尼电池单体，例如铅酸电池单体或类似电池单体。
电池单元28具有第一单元接线端子34，其直接与伽凡尼电池单体12的第一电势接线端子42电联接。此外，电池单元28具有第二单元接线端子36，该第二单元接线端子36通过电池单元28的第一半导体开关元件30与伽凡尼电池单体12的第二电势接线端子44电联接。第一半导体开关元件30在此由晶体管、即根据MOSFET的类型的场效应晶体管构造。替代地，在此当然也可以使用其他晶体管，例如IGBT等。
电池单元28此外包括与伽凡尼电池单体12的第二电势接线端子44电联接的第三单元接线端子38、可以基本上如第一半导体开关元件30那样构造的第二半导体开关元件32和通过第二半导体开关元件32与伽凡尼电池单体12的第一电势接线端子42电联接的第四单元接线端子40。因此，与现有技术不同，电池单元28在此具有四个单元接线端子34、36、38、40。通过电池单元28的该特定的电路结构可以——如下面还要阐述的那样——在运行利用电池单元28构建的电池48、50时实现特定的功能性。
图4以示意性电路图示出了电池48，其包括多个如根据图3所阐述的电池单元28。电池48包括电池接线柱52、54、56、58，三相异步电机72直接连接到电池接线柱52、54、56、58上。异步电机72当前以星形电路构造为三相电机。异步电机72的未示出的星形点被连接到电池接线柱52上。异步电机72的各个相接线端子连接到电池接线柱54、56、58。基于此，也可以规定三角形接线来代替星形电路。
由图4可见，电池单元28连接成三个串联电路62、64、66。串联电路62、64、66中的相应的一个通过在端侧布置的电池单元28、更确切地说该电池单元的第二和第四单元接线端子36、40与电池接线柱52连接，所述第二和第四单元接线端子提供串联电路62、64、66中的相应的一个的端部。布置在串联电路62、64、66的对置的端部上的电池单元28通过相应的开关单元74连接到相应配属的电池接线柱54、56、58上。串联电路62、64、66当前基本上相同地构造。
开关单元74包括各自的半导体开关元件76、78，它们在此可以如开关元件30、32那样构造。半导体开关元件76、78以其接线端子之一直接连接在电池接线柱54、56、58中的相应的一个上。半导体开关元件76、78的相对的(另一个)接线端子电连接至端侧那个电池单元28的相应第一和第三接线端子34、38。
通过该电路结构可能的是，每一个串联电路62、64、66都能够提供单独的电压，该电压在当前情况下是交流电压。通过串联电路62、64、66提供的交流电压在此相移120度，以便为异步电机72提供三相交流电压。
此外，电池48包括控制单元60，电池单元28的开关元件30、32以及开关单元74的开关元件76、78连接在该控制单元上。通过合适地开关所述开关元件，可以激活或者去激活电池单元28，以便可以相对于电池接线柱52在电池接线柱54、56、58上提供根据相应预设的交流电压应提供的交流电压。由此可能的是，电池48可以同时提供当前三相的逆变器的功能，从而可以节省用于运行异步电机72的单独的逆变器。
在此，利用根据本发明的电路结构可能的是，相对于电池接线柱52提供正电势和负电势，所述电池接线柱52在此用作基准电势。此外，可以根据需要改变串联电路62、64、66所提供的电压之间的相位偏移和/或幅度，如果这在异步电机72的按规定运行中是期望的话。
即使在此仅描述了异步电机72的一种马达运行，在异步电机72的发电机运行中相应的功能性也是可能的。在此，对于电池48的根据本发明的功能性并不重要。
此外，控制单元60在此还被构造为在提供与串联电路62、64、66中的相应一个的最大可能的幅度相比更小的电压值的情况下去激活相应的电池单元28。在此，能够根据需要将电池单元28中的不同的电池单元去激活，以便实现各个串联电路62、64、66中的电池单元28的尽可能均匀的负载。此外，这也可以用于在同一串联电路62、64、66中的各个电池单元28之间的平衡。
图5以示意电路图示出了如图4的电池50来代替电池48，其与电池48的区别在于串联电路62被串联电路80代替。串联电路64和66相应于电池48的串联电路，因此就此而言参照前面的实施方式。电池50的功能也完全基于前面的说明。
串联电路80与串联电路62的区别在于，串联电路62的电池单元28的一部分并联有另一串联电路82。串联电路82同样具有开关单元74，在该开关单元上——如在串联电路62中——串联电池单元28。与串联电路82中的开关单元74相对的端侧电池单元28以其第二单元接线端子36与相应并联的电池单元28的第四单元接线端子40连接。相应地，该电池单元28的半导体开关元件30处于接通状态中，而半导体开关元件32的开关状态处于断开的开关状态中。然而第二半导体开关元件32则不是如此，这是由于电池单元的第四单元接线端子40未被连接。通过这种电路结构，串联电路80在提供小电压时可提供较大的电容。基于此，也可以为其他的串联电路64、66提供所述结构。并联的电池单元28的数量可以改变。此外，串联的电池单元28的数量也可以根据需要来改变。
从以上描述中明显的是，电池48、50可以由电池单元28模块化地构造，从而它可以容易地适配于特定的应用。同时，本发明使得能够以高度灵活的方式通过电池48、50提供非常不同的电压。电池48、50可以提供的电压可以彼此独立。根据需要，可以提供多个不同的电压。
总体上，电池单元28如此设置，使得根据各个半导体开关元件30、32的控制能够产生正的以及负的输出电压。为此，例如在串联电路62、64、66之一内将电池单元28的正极与前面的电池单元28的负极连接。附加地，在该电池单元28的负极和其后的电池单元28之间存在另一个半导体开关元件。
由此得到，在串联电路62、64、66中的相应串联电路中的所有电池单元28分别经由半导体开关元件30彼此串联，也就是说，一个开关元件位于电池单元28之一的正极与另一个紧随的电池单元28的负极之间。每个电池单元28附加地通过各一个开关从其负极与"前面的"电池单元28的正极连接以及"其后的"的电池单元28连接。由此形成基本单元。
该基本单元可以扩展任意数量的电池单元28，从而形成电池单元的支路，该支路可以用于产生输出电压，例如交流电压的相位。
所示出的基本单元或者电池单元28的伽凡尼电池单体12除了应用之外还可以单个地在电池单元28中(图3)通过串联和/或并联的单体组来实现，从而可以根据应用灵活地提供电压上升的模拟。
同样地，多个这样的支路可以与预定数量的电池单元28并联，从而可以实现用于输出多相交流电压的预设拓扑结构。
因此，电路结构可扩展到由串联和并联的电池单元28构成的矩阵电路。附加地，在各个相支路内可以插入可能的并行支路，可以利用多个支路来形成单个相。
图6以示意性的侧视图示出了可电驱动的机动车68，其包括车载电网70。车载电网70具有异步电机72作为动力设备和电池48、50。电池48、50或者根据图4构造、或者根据图5构造，异步电机72直接连接到电池48、50上。因此，对于根据规定运行所述异步机72不需要单独的逆变器，因为所述电池48、50直接为所述异步机72提供所述三相的交流电压。
图7以示意性电路图图示出了根据第二方面的具有电池单元110的电池模块114。每个电池单元110具有伽凡尼电池单体12，如其已经借助图3所阐述的那样。与此相关地，参考上述相应的实施方案。伽凡尼电池单体12具有第一电极接线端子112以及第二电极接线端子108。第一单元接线端子1连接到第一电极接线端子112，第二单元接线端子2连接到第二电极接线端子108上。关于单元接线端子同样参考上述相应的实施方案。
电池单元110还包括第三和第四单元接线端子3、4以及四个半导体开关元件100、102、104、106，借助于这些半导体开关元件，电极接线端子108、112可以根据半导体开关元件100、102、104、106的相应的开关状态分别与第三或第四单元接线端子3、4电联接。为此，在本实施例中，第一半导体开关元件100连接在第一单元接线端子1和第三单元接线端子3之间，第二半导体开关元件102连接在第二单元接线端子2和第四单元接线端子4之间，第三半导体开关元件104连接在第一单元接线端子1和第四单元接线端子4之间，第四半导体开关元件106连接在第二单元接线端子2和第三单元接线端子3之间。通过该电路结构实现了，例如根据所期望的有效的电池单元的数量或根据要提供的输出电压电平，使各电池单元110并联或串联的可能性。
此外，如图7所示，所述电池单元110在此串联，其方式是，一相应电池单元110的单元接线端子1、2分别前面的电池单元110的相应的单元接线端子3、4电连接。与现有技术相反，电池单元110在此具有四个单元接线端子。由此得出，电池模块114也——如由图7可见——具有四个模块接线端子，即模块接线端子120、122、124、126。模块接线端子120、122当前通过两个端侧的电池单元110中的一个的相应的单元接线端子形成。而模块接线端子124、126通过相应配属的开关元件128、130与电池模块110的对置端侧的(电池单元的)相应的单元接线端子电联接。
图8以示意性电路图示出了如图7那样的电池模块114的运行状态，其中所有的电池单元110串联地被激活。例如当应借助电池128(图12)提供相应的正的相电压时，该串联电路是适宜的。图9以示意性电路图示出与图8相应的示图，然而现在用于提供相对于星形接点的星形接点电位的相应的负的相电压。
此外，电池单元中的相应电池单元的开关元件100、102(par l，par 2)提供如下可能性，即，根据所期望的激活的电池单元的数量或根据所要求的输出电压电平将各个电池单元110并联。图10以示意性电路图图示出了如图7至图9的电池模块114的如下运行状态，其中所有的电池单元110并联。
这也可以双重地用于提供互补的电压。为了该目的，于是仅需要代替半导体开关元件130将半导体开关元件128切换到接通状态中。相应地，在电池单元110中的最后一个电池单元中，半导体开关元件102代替半导体开关元件110要被切换到接通的开关状态中。
利用电池模块114的电路结构可以实现电池单元110的任意组合。因此，尤其是提供正的以及负的输出电压是可能的。与此无关地，即与电池单元是串联还是并联无关地，能够根据应用或需要将相应的电池单元集成到有效的路径中，也就是说，激活或去激活。同时在此当然也可以实现电池单元的串联电路与电池单元的并联电路的组合。例如图11以另一示意性电路图示出了电池模块114的这种使用。在根据图11的图示中，前两个电池单元11是并联电连接的，相反地，电池单元110中的其他电池单元以及最先提到的并联电路是串联的。
电池模块114现在可以被用于形成电池128。图12以示意性电路图示出了这种电池128，其在此包括三个电池模块，即电池模块114、116、118。电池模块114、116、118当前相同地构造。然而，这在特定应用中不是必需的。电池128的电池模块114、116、118当然也可以彼此不同地构造。
电池128在此与根据图4的电池48一样用于为连接到电池128上的异步机72提供三相交流电压。与此相关地补充地参考相应的上述实施方案。在电池128中也设有控制装置60，所有的半导体开关元件都连接到该控制装置。借助控制装置60以合适的方式在开关操作中运行半导体开关元件，由此可以以合适的方式为异步电机72提供所希望的三相交流电压相电压。
即使在根据图12的电池128中仅仅设置有一个用于相应的相电压的单个的支路，这在替代的设计方案中当然也可以改变，例如其方式是可以设置附加的电池模块，所述附加的电池模块可以至少部分地在并联运行中运行。此外，当然也可以规定，具有不同数量的电池单元的电池模块可以以合适的方式在并联运行中运行，如在上文中也借助于图5已经阐述的那样。
基于此当然可能的是，将由第一和第二方面的电池单元构成的电池以及电池模块彼此组合。因此，第一和第二方面也可以在电池和/或电池模块中组合地设置。
由以上描述可见，电池48、50、128可以由电池单元28模块化地形成，因此它可以以简单的方式匹配于特定的应用。同时，本发明使得能够以高度灵活的方式通过电池48、50、128提供非常不同的电压。电池48、50、128可以提供的电压可以彼此独立。根据需要，可以提供多个不同的电压。
总体上，电池单元28如此设置，使得根据对各个半导体开关元件30、32的驱动能够产生正的以及负的输出电压。为此，例如在串联电路62、64、66之一内，将电池单元28的正极与的前面的电池单元28的负极连接。附加地，在电池单元28的负极与它后面的电池单元28之间存在另一个半导体开关元件。
由此得到，在相应串联电路62、64、66中的所有电池单元28分别经由半导体开关元件30彼此串联，也就是说，一个开关元件位于电池单元28之一的正极与另一个紧随的电池单元28的负极之间。每个电池单元28附加地通过各一个开关从其负极与“支路前面的”电池单元28的正极连接以及“支路后面的”的电池单元28连接。由此形成基本单元。
该基本单元可以扩展任意数量的电池单元28，从而形成电池单元的支路，该支路可以用于产生输出电压，例如交流电压的相位。
所示出的基本单元或者电池单元28的伽凡尼电池单体12除了应用之外还可以单个地在电池单元28中(图3)通过串联和/或并联的单体组来实现，从而可以根据应用灵活地提供电压上升的模拟。
同样地，多个这样的支路可以与预定数量的电池单元28并联，从而可以实现用于输出多相交流电压的预设拓扑结构。
因此，电路结构可扩展到由串联和并联的电池单元28构成的矩阵电路。附加地，在各个相支路内可以插入可能的并行支路，可以利用多个支路来形成单个相。
图13示出了根据图7的具有单元壳体46的电池单元110的示意性侧视图，在该单元壳体中集成地布置有伽凡尼电池单体12和具有半导体开关元件30、32的电路板130。单元壳体46包括壳体盒132，在其下部区域中布置有伽凡尼电池单体12。在图13中，在伽凡尼电池单体12上方，具有半导体开关元件30、32的电路板130布置在壳体盒132中，其中，半导体开关元件30、32在该图中未示出。壳体盒132借助壳体盖134封闭，从而保护电路板130和伽凡尼电池单体12免受外部影响。
印刷电路板130提供接触面136、138作为用于接触伽凡尼电池单体12的电势接线端子42、44的接线触点。此外，电路板130提供另外的接触面，单元接线端子34、36、38、40连接在所述另外的接触面上。单元接线端子34、36、38、40布置在壳体盖134上，从而电池单元110可以以符合规定的方式被电连接。
在此规定，伽凡尼电池单体12的电势接线端子42、44由于弹簧力被压向电路板130的接触面136、138，以便建立电接触。在替代的设计方案中，在此当然也可以设置其他的电连接，例如借助于螺纹连接结构或者插接连接结构或者类似连接结构。在该设计方案中，伽凡尼电池单体12与电路板130集成地布置在电池单元110的单元壳体46中。
图14以替代图13的设计方案示出了如图13的电池单元的示意性侧视图，其中伽凡尼电池单体12可拆卸地布置在单元壳体上。单元壳体在该设计方案中通过电路板130本身形成。因此，印刷电路板130在此不仅提供了接触面136、138作为用于接触伽凡尼电池单体12的电势接线端子42、44的接线触点，而且提供单元接线端子34、36、38、40。因此，在该设计方案中，伽凡尼电池单体12可以与电池单元110分开地制造并且与电路板130连接。这具有的优点是，电池单元110和伽凡尼电池单体12的制造可以彼此脱离。
基于此，在一个替代的设计方案中当然也可以规定，设置有单元壳体，该单元壳体至少包围电路板130并且提供单元接线端子34、36、38、40。此外，在另一可选的设计方案中，单元壳体也可以提供用于伽凡尼电池单体12的接线触点以及固定元件，由此可以将伽凡尼电池单体12与单元壳体连接。为此目的，接线触点例如可以被构造为螺纹接线结构，借助于所述螺纹接线结构可以与伽凡尼电池单体12的电势接线端子42、44电接触。同时，由此也可以实现机械连接。此外，也可以设置一种根据卡夹连接结构、夹紧卡箍结构和/或类似连接方式的机械连接。这些实施例当然也可以几乎任意地相互组合。基于此，电池单元28也可以被相应地构造。
这些实施例仅用于解释本发明，而不应当对本发明造成限制。

Claims (10)

1.一种具有伽凡尼电池单体(12)的电池单元(110)，其中，所述伽凡尼电池单体(12)具有第一电极接线端子(112)和第二电极接线端子(108)，其中，第一电极接线端子(112)连接到第一单元接线端子(1)，第二电极接线端子(108)连接到第二单元接线端子(2)，其特征在于，设有第三单元接线端子(3)、第四单元接线端子(4)以及至少四个半导体开关元件(100、102、104、106)，借助于所述半导体开关元件能够使所述电极接线端子(108、112)根据所述半导体开关元件(100、102、104、106)的相应开关状态分别与第三单元接线端子(3)或第四单元接线端子(4)电联接。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，第一半导体开关元件(100)连接在第一单元接线端子(1)和第三单元接线端子(3)之间，第二半导体开关元件(102)连接在第二单元接线端子(2)和第四单元接线端子(4)之间，第三半导体开关元件(104)连接在第一单元接线端子(1)和第四单元接线端子(4)之间，第四半导体开关元件(106)连接在第二单元接线端子(2)和第三单元接线端子(3)之间。
3.根据权利要求1或2所述的电池单元，其特征在于，设置有单元壳体(46)，在该单元壳体中至少布置有第一半导体开关元件(30)和第二半导体开关元件(32)，对于单元接线端子(34、36、38、40)中的每一个该单元壳体具有至少一个接线触点，其中这些接线触点彼此电绝缘地布置。
4.根据权利要求3所述的电池单元，其特征在于，伽凡尼电池单体(12)尤其是可拆卸地布置在单元壳体(46)上或所述单元壳体中。
5.一种具有至少一个电池单元(110)的电池模块(114、116、118)，其特征在于，设有至少一个根据上述权利要求之一所述的电池单元(110)以及四个模块接线端子(120、122、124、126)，所述模块接线端子用于与另外的电池模块(114、116、118)的模块接线端子(120、122、124、126)电联接和/或与包括电池模块(114、116、118)的电池(128)的电池接线柱电联接。
6.根据权利要求5的电池模块，其特征在于，设有至少一个由多个电池单元(110)组成的串联电路。
7.根据权利要求5或6所述的电池模块，其特征在于，电池单元(110)具有四个单元接线端子(1、2、3、4)。
8.一种电池(128)，其具有多个彼此相邻布置的电池模块(114、116、118)，所述电池模块分别具有至少两个模块接线端子，其中，每个电池模块(114、116、118)包括至少一个电池单元(110)，其特征在于，所述电池模块(114、116、118)至少部分地根据权利要求5至6中任一项来构造。
9.一种借助于电池(110)提供可预设的电压的方法，其中电池(110)具有多个彼此相邻布置的电池模块(114、116、118)，所述电池模块分别具有至少两个模块接线端子(1、2、3、4)，其中每个电池模块(114、116、118)包括至少一个电池单元(110)，其中在电池(110)的电池接线柱上提供可预设的电压，其特征在于，电池模块(114，116，118)分别具有四个模块接线端子(1，2，3，4)，即分别具有第一模块接线端子、第二模块接线端子、第三模块接线端子和第四模块接线端子(1，2，3，4)，其中，所述电池模块(114，116，118)的至少一部分具有至少一个带有电路结构的电池单元(110)，其中，伽凡尼电池单体(12)具有第一和第二电极接线端子(108，112)，其中，第一电极接线端子(112)连接到第一单元接线端子(1)，第二电极接线端子(108)连接到第二单元接线端子(2)，电池单元(110)具有第三接线端子(3)和第四单元接线端子(4)以及至少四个半导体开关元件(100，102，104，106)，借助于所述半导体开关元件能够使所述电极接线端子(108、112)根据所述半导体开关元件(100、102、104、106)的相应开关状态分别与第三单元接线端子(3)或第四单元接线端子(4)电联接，根据为电池(128)预设的电压来激活电池单元(110)，以便在电池接线柱处提供预设的电压。
10.一种具有车载电网(70)的机动车，所述机动车包括作为动力设备的电机(72)以及电池(128)，其特征在于，所述电池(128)根据权利要求8构造并且所述电机(72)直接连接到所述电池(128)。
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