DE102011006761A1 - Switching matrix of switching system, has switching devices that are arranged to switch supply terminals with respect to output ports in response to control signals to form series/parallel/bridging circuit with power sources - Google Patents

Switching matrix of switching system, has switching devices that are arranged to switch supply terminals with respect to output ports in response to control signals to form series/parallel/bridging circuit with power sources Download PDF

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Abstract

The switching matrix (4) has supply terminals (2a-2n,3a-3n) that are connected to power sources (1a-1n) to provide power supply voltage. Two output ports (4a,4b) are adapted to provide an output voltage by combination of the supply voltages. The switching devices (5-12) are arranged to switch the supply terminals with respect to the output ports in response to control signals to form a series circuit, a parallel circuit and a bridging circuit with the power sources. Independent claims are included for the following: (1) switching system; and (2) method for actuating switching matrix.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltmatrix, ein System mit einer Mehrzahl von Schaltmatrizen und ein Verfahren zum Ansteuern einer Schaltmatrix, insbesondere zum dynamischen Koppeln von elektrischen Energiespeichern.The invention relates to a switching matrix, a system with a plurality of switching matrices and a method for driving a switching matrix, in particular for the dynamic coupling of electrical energy stores.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden üblicherweise mehrere Batteriezellen in Serie geschaltet. Da der von einem derartigen Antriebssystem bereitgestellte Strom durch alle Batteriezellen fließen muss und eine Batteriezelle nur einen begrenzten Strom leiten kann, werden oft zusätzlich Batteriezellen parallel geschaltet, um den maximalen Strom zu erhöhen.It is becoming apparent that in the future, both in stationary applications, such as wind turbines, as well as in vehicles such as hybrid or electric vehicles, increasingly electronic systems will be used, which combine new energy storage technologies with electric drive technology. In order to meet the given requirements for a given application in terms of performance and energy, usually several battery cells are connected in series. Since the current provided by such a drive system must flow through all battery cells and a battery cell can only conduct a limited current, battery cells are often additionally connected in parallel in order to increase the maximum current.

Die Serienschaltung mehrerer Batteriezellen bringt neben einer hohen Gesamtspannung das Problem mit sich, dass der gesamte Energiespeicher ausfällt, wenn eine einzige Batteriezelle ausfällt, weil dann kein Batteriestrom mehr fließen kann. Ein solcher Ausfall des Energiespeichers kann zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen. Bei einem Fahrzeug kann ein Ausfall der Antriebsbatterie zum ”Liegenbleiben” des Fahrzeugs führen. Bei anderen Anwendungen, wie z. B. der Rotorblattverstellung von Windkraftanlagen, kann es bei ungünstigen Rahmenbedingungen, wie z. B. starkem Wind, sogar zu sicherheitsgefährdenden Situationen kommen. Daher ist stets eine hohe Zuverlässigkeit des Energiespeichers anzustreben, wobei mit ”Zuverlässigkeit” die Fähigkeit eines Systems bezeichnet wird, für eine vorgegebene Zeit fehlerfrei zu arbeiten.The series connection of several battery cells in addition to a high total voltage involves the problem that the entire energy storage fails if a single battery cell fails, because then no battery power can flow. Such a failure of the energy storage can lead to a failure of the entire system. In a vehicle, failure of the traction battery can result in the vehicle "stalling". For other applications, such as. B. the rotor blade adjustment of wind turbines, it may be in unfavorable conditions such. B. strong wind, even come to safety-threatening situations. Therefore, a high reliability of the energy storage is always desirable, with "reliability" is the ability of a system to work for a given time error-free.

Es ist daher möglich, Batterien mit mehreren Batteriemodulsträngen zu betreiben, welche direkt an Phasenleitungen einer elektrischen Maschine anschließbar sind. Die Batteriemodulstränge weisen dabei eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen auf, wobei jedes Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt, in Abhängigkeit von Steuersignalen den jeweiligen Batteriemodulstrang zu unterbrechen, oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle zu überbrücken, oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle in den jeweiligen Batteriemodulstrang zu schalten. Durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinheiten, z. B. mit Hilfe von Pulsweitenmodulation, können auch geeignete Phasensignale zur Steuerung der elektrischen Maschine bereitgestellt werden, so dass auf einen separaten Pulswechselrichter verzichtet werden kann.It is therefore possible to operate batteries with several battery module strings, which can be connected directly to phase lines of an electrical machine. The battery module strands in this case have a plurality of battery modules connected in series, each battery module having at least one battery cell and an associated controllable coupling unit, which makes it possible to interrupt the respective battery module string depending on control signals, or to bridge the respectively assigned at least one battery cell, or to switch the respectively assigned at least one battery cell into the respective battery module string. By suitable control of the coupling units, z. B. by means of pulse width modulation, suitable phase signals for controlling the electric machine can be provided, so that can be dispensed with a separate pulse inverter.

Die Druckschrift US 5,642,275 offenbart beispielsweise ein Antriebssystem für eine dreiphasige elektrische Maschine mit kaskadierten Gleichspannungsquellen, mit denen über einzelne Vollbrückeninverter sinusförmige Versorgungsspannungen für die elektrische Maschine erzeugt werden können.The publication US 5,642,275 discloses, for example, a drive system for a three-phase electric machine with cascaded DC voltage sources with which sinusoidal supply voltages for the electric machine can be generated via individual full-bridge inverters.

Die Druckschrift US 6,577,087 B2 offenbart ein mehrstufiges Antriebssystem mit einem Pulswechselrichter und einem Strang selektiv überbrückbarer Batteriezellen zur Versorgung einer elektrischen Maschine mit abgestuften Versorgungsspannungen.The publication US 6,577,087 B2 discloses a multi-stage drive system with a pulse inverter and a strand of selectively bridgeable battery cells for supplying an electrical machine with stepped supply voltages.

Ein bisheriger Ansatz war es, eine serielle Anordnung von Batteriezellen zu nutzen, wobei selektiv einzelne Batteriezellen aus der seriellen Anordnung herausgetrennt werden können. Bei einem Ladungstransfer aus einer Batteriezelle in eine andere, das heißt, bei einem Ladungsausgleich, dem sogenannten ”charge balancing”, sind daher weitere Schalter und/oder passive Bauelemente wie Kondensatoren, Spulen oder Widerstände notwendig. Beispielsweise kann auf die Nutzung der überschüssigen Ladung verzichtet werden und die voll geladene Zelle über einen Widerstand partiell entladen werden, damit die gesamte serielle Anordnung weiter geladen werden kann. Dies bedingt thermische Verluste, die den Wirkungsgrad des Gesamtsystems erheblich beeinträchtigen können.A previous approach was to use a serial arrangement of battery cells, whereby selectively individual battery cells can be separated from the serial arrangement. In a charge transfer from one battery cell to another, that is, in a charge balance, the so-called "charge balancing", therefore, more switches and / or passive components such as capacitors, coils or resistors are necessary. For example, it is possible to dispense with the use of the excess charge and to partially discharge the fully charged cell via a resistor, so that the entire serial arrangement can be further charged. This causes thermal losses that can significantly affect the efficiency of the overall system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gemäß einer Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung eine Schaltmatrix zum Koppeln von mindestens zwei Energiequellen, mit einer Vielzahl von Versorgungsanschlüssen, welche dazu ausgelegt sind, mit einer Vielzahl von Energiequellen, welche jeweils eine Versorgungsspannung bereitstellen, verbunden zu werden, genau zwei Ausgangsanschlüssen, welche dazu ausgelegt sind, eine Ausgangsspannung der Schaltmatrix als Kombination der Vielzahl von Versorgungsspannungen bereitzustellen, und einer Vielzahl von Schalteinrichtungen, welche jeweils einen der Vielzahl der Versorgungsanschlüsse jeweils schaltbar mit einem der zwei Ausgangsanschlüsse verbinden, und welche dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit von Steuersignalen zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen eine Serienschaltung der Vielzahl von Energiequellen, eine Parallelschaltung der Vielzahl von Energiequellen und eine Überbrückung einer Gruppe von Energiequellen herzustellen.According to one embodiment, the present invention provides a switching matrix for coupling at least two energy sources, having a plurality of supply terminals, which are adapted to be connected to a plurality of energy sources, each providing a supply voltage, exactly two output terminals arranged therefor are to provide an output voltage of the switching matrix as a combination of the plurality of supply voltages, and a plurality of switching devices, each of which connect one of the plurality of supply terminals each switchably connected to one of the two output terminals, and which are designed, in response to control signals between the two output terminals making a series connection of the plurality of power sources, a parallel connection of the plurality of power sources and bridging a group of power sources.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein System, mit einer ersten erfindungsgemäßen Schaltmatrix, welche dazu ausgelegt ist, eine erste Ausgangsspannung an genau zwei ersten Ausgangsanschlüssen bereitzustellen, einer zweiten erfindungsgemäßen Schaltmatrix, welche dazu ausgelegt ist, eine zweite Ausgangsspannung an genau zwei zweiten Ausgangsanschlüssen bereitzustellen, und einer dritten Schaltmatrix mit genau zwei dritten Ausgangsanschlüssen, welche dazu ausgelegt sind, eine dritte Ausgangsspannung der dritten Schaltmatrix als Kombination der ersten und zweiten Ausgangsspannungen bereitzustellen, und mit einer Vielzahl von weiteren Schalteinrichtungen, welche jeweils einen der ersten und zweiten Ausgangsanschlüsse jeweils schaltbar mit einem der zwei dritten Ausgangsanschlüsse verbinden, und welche dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit von Steuersignalen zwischen den zwei dritten Ausgangsanschlüssen eine Serienschaltung der ersten und zweiten Schaltmatrix, eine Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltmatrix und eine Überbrückung einer der beiden ersten und zweiten Schaltmatrizen herzustellen.According to a further embodiment, the present invention provides a system with a first switching matrix according to the invention, which is designed to provide a first output voltage at exactly two first output terminals, a second switching matrix according to the invention, which is designed to provide a second output voltage at exactly two second output terminals, and a third switching matrix with exactly two third output terminals, which are configured to provide a third output voltage of the third switching matrix as a combination of the first and second output voltages, and a plurality of further switching devices respectively connecting one of the first and second output terminals each switchably to one of the two third output terminals and configured therefor are, in response to control signals between the two third output terminals, a series connection of the first and second switching matrix, a parallel connection of the first and second switching matrix and a Übbe bridging one of the two first and second switching matrices.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern einer erfindungsgemäßen Schaltmatrix geschaffen, mit den Schritten: Ermitteln eines Leistungsbedarfs einer an die Ausgangsanschlüsse der Schaltmatrix angeschlossenen elektrischen Last;
Ansteuern der Vielzahl von Schalteinrichtungen zum Herstellen einer Serienschaltung der Vielzahl von Energiequellen zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen, falls der ermittelte Leistungsbedarf über einem vorbestimmten Schwellwert liegt; und
Ansteuern der Vielzahl von Schalteinrichtungen zum Herstellen einer Parallelschaltung der Vielzahl von Energiequellen zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen, falls der ermittelte Leistungsbedarf unter dem vorbestimmten Schwellwert liegt.
According to a further embodiment of the present invention, there is provided a method of driving a switching matrix according to the invention, comprising the steps of: determining a power requirement of an electrical load connected to the output terminals of the switching matrix;
Driving the plurality of switching means to establish a series connection of the plurality of power sources between the two output terminals if the determined power demand is above a predetermined threshold; and
Driving the plurality of switching means to establish a parallel connection of the plurality of power sources between the two output terminals if the determined power demand is below the predetermined threshold.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Eine Idee der Erfindung ist es, ein kaskadiertes System von Energiequellen bzw. Energiespeichern zu nutzen, die über eine Schaltmatrix flexibel gekoppelt werden können. Über die Kopplung einer Schaltmatrix ist es möglich, je zwei Energiequellen in Serie oder parallel schalten sowie selektiv überbrücken zu können. Dabei können die Schalteinrichtungen der Schaltmatrix dynamisch angesteuert werden, um jede gewünschte Kopplung von Energiequellen einstellen zu können.One idea of the invention is to use a cascaded system of energy sources or energy stores which can be flexibly coupled via a switching matrix. By coupling a switching matrix, it is possible to connect two energy sources in series or in parallel as well as to selectively bridge them. In this case, the switching devices of the switching matrix can be controlled dynamically in order to be able to set any desired coupling of energy sources.

Das System ist dabei modular aufgebaut, so dass eine Mehrzahl von paarweise verschalteten Energiequellen mit je einer zugeordneten Schaltmatrix ihrerseits über übergeordnete Schaltmatrizen gleicher Topologie gekoppelt werden können. Dadurch wird es möglich, jede beliebige Kombination aus parallel oder in Serie geschalteter Energiequellen dynamisch über die Schaltmatrizen anzusteuern.The system is modular, so that a plurality of energy sources paired in pairs, each with an associated switching matrix in turn can be coupled via parent switching matrices the same topology. This makes it possible to control any combination of parallel or series connected energy sources dynamically via the switching matrices.

Diese Topologie ermöglicht überdies eine gleichmäßige Belastung aller Energiequellen bzw. aller Energiespeicher, so dass zum Erreichen eines jeweiligen Versorgungsspannungswertes die einzelnen Energiequellen durch entsprechende Ansteuerung der Schaltmatrix bzw. Schaltmatrizen unterschiedlich stark strombelastet werden können. Damit kann im zeitlichen Mittel eine gleichmäßige Durchschnittsbelastung aller Energiequellen erreicht werden.This topology also allows a uniform load on all energy sources or all energy storage, so that to achieve a respective supply voltage value, the individual energy sources can be charged different current by appropriate control of the switching matrix or switching matrices. In this way a uniform average load of all energy sources can be achieved on average over time.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltmatrix ist ein Ladungstransfer bzw. ”charge balancing” in einfacher Weise zu realisieren, da die Energiespeicher je nach Bedarf parallel geschaltet werden können, so dass Energiespeicher höherer Ladung Energiespeicher niedrigerer Ladung nicht beeinträchtigen.With the switching matrix according to the invention, a charge transfer or "charge balancing" is to be realized in a simple manner, since the energy storage can be connected in parallel as needed, so that energy storage of higher charge energy storage of lower charge does not affect.

Die Schaltmatrix kann kostengünstig mit Halbleiterbauelementen realisiert werden, die insbesondere in Abhängigkeit von ihrer Position in der Schaltkaskade mit unterschiedlicher Auslegung, beispielsweise hinsichtlich Stromtragfähigkeit oder Spannungsfestigkeit, eingesetzt werden können. Weiterhin kann die Schaltmatrix vorteilhafterweise in eine integrierte Schaltung integriert werden.The switching matrix can be realized cost-effectively with semiconductor components which can be used in particular as a function of their position in the switching cascade with a different design, for example with regard to current carrying capacity or dielectric strength. Furthermore, the switching matrix can advantageously be integrated into an integrated circuit.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit Schaltmatrix; 1 a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention with switching matrix;

1a ein Zeit-Spannungs-Diagramm zur Veranschaulichung einer möglichen Betriebsweise des Systems aus 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 1a a time-voltage diagram for illustrating a possible operation of the system 1 according to another embodiment of the invention;

2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit Schaltmatrix; 2 a schematic representation of another embodiment of a system according to the invention with switching matrix;

3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit Schaltmatrix; 3 a schematic representation of another embodiment of a system according to the invention with switching matrix;

4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit Schaltmatrix; 4 a schematic representation of another embodiment of a system according to the invention with switching matrix;

5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Systems mit Schaltmatrix gemäß einer weiteren Ausführungsform; und 5 a schematic representation of a method for operating a system according to the invention with switching matrix according to another embodiment; and

6 eine tabellarische Darstellung von Schaltzuständen einer Schaltmatrix gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 6 a tabular representation of switching states of a switching matrix according to another embodiment of the invention.

Energiequellen im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen alle Vorrichtungen, die elektrische Energie temporär oder dauerhaft abgeben und/oder speichern können. Dazu können die Energiequellen zwei Versorgungsanschlüsse aufweisen, beispielsweise einen Anschluss mit hohem Potential und einen Anschluss mit niedrigem Potential, an denen eine elektrische Spannung abgegriffen werden kann und über die elektrischer Versorgungsstrom bereitgestellt werden kann. Energiequellen können beispielsweise Energiespeicher, wie zum Beispiel (Traktions-)Batterien, Batteriezellen, Super-Caps, Power-Caps oder ähnliche Vorrichtungen umfassen.Energy sources in the context of the present invention include all devices that can emit and / or store electrical energy temporarily or permanently. For this purpose, the energy sources can have two supply connections, for example a connection with a high potential and a connection with a low potential, at which an electrical voltage can be tapped off and provided via the electrical supply current. Energy sources may include, for example, energy storage devices such as (traction) batteries, battery cells, super caps, power caps or similar devices.

Schalteinrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen alle Einrichtungen, die mit Steuersignalen angesteuert werden können, und in Abhängigkeit von den Steuersignalen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Knotenpunkten einer Schaltung herstellen können, oder diese unterbrechen können. Schalteinrichtungen können dabei Halbleiterbauelemente wie beispielsweise MOSFET-Schalter, IGBT-Schalter, BJT-Schalter, MISFET-Schalter, JFET-Schalter, Thyristoren oder ähnliche Schalteinrichtungen aufweisen.Switching devices according to the present invention include all devices that can be controlled with control signals, and depending on the control signals can establish an electrically conductive connection between two nodes of a circuit, or can interrupt them. Switching devices may comprise semiconductor components such as MOSFET switches, IGBT switches, BJT switches, MISFET switches, JFET switches, thyristors or similar switching devices.

1 zeigt ein System 100 mit einer Schaltmatrix 4 gemäß einer Ausführungsform. Das System 100 umfasst eine Vielzahl von Energiequellen 1a, 1b, ... In, welche jeweils über zwei Versorgungsanschlüsse 2a, 3a, 2b, 3b, ... 2n, 3n mit Eingangsanschlüssen der Schaltmatrix 4 verbunden sind. Die Energiequellen 1a, 1b, ... 1n können beispielsweise Energiespeichereinrichtungen sein, wie zum Beispiel Batteriezellen. Es kann vorgesehen sein, dass in einer Energiequelle 1a, 1b, ... 1n mehrere Batteriezellen in Serie oder parallel geschaltet angeordnet sind. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass jede der Energiequellen 1a, 1b, ... 1n den gleichen internen Aufbau aufweist, und damit über die jeweiligen Versorgungsanschlüsse die gleiche Versorgungsspannung bereitstellen kann. Die Versorgungsanschlüsse 2a, 3a, 2b, 3b, ... 2n, 3n können beispielsweise paarweise angeordnet sein, so dass ein erster der Versorgungsanschlüsse 2a, 2b, ... 2n jeweils ein Versorgungspotential und ein zweiter der Versorgungsanschlüsse 3a, 3b, ... 3n ein Bezugspotential bereitstellen kann. Die Anzahl der Energiequellen 1a, 1b, ... 1n ist dabei prinzipiell unbegrenzt. Es kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Systems 100 sein, dass die Anzahl der Energiequellen 1a, 1b, ... 1n zwei beträgt. 1 shows a system 100 with a switching matrix 4 according to one embodiment. The system 100 includes a variety of energy sources 1a . 1b , ... In, which each have two supply connections 2a . 3a . 2 B . 3b , ... 2n . 3n with input terminals of the switching matrix 4 are connected. The energy sources 1a . 1b , ... 1n may be, for example, energy storage devices, such as battery cells. It can be provided that in an energy source 1a . 1b , ... 1n several battery cells are arranged in series or in parallel. It can also be provided that each of the energy sources 1a . 1b , ... 1n having the same internal structure, and thus can provide the same supply voltage via the respective supply terminals. The supply connections 2a . 3a . 2 B . 3b , ... 2n . 3n For example, may be arranged in pairs, so that a first of the supply connections 2a . 2 B , ... 2n one supply potential and a second of the supply connections 3a . 3b , ... 3n can provide a reference potential. The number of energy sources 1a . 1b , ... 1n is basically unlimited. It may be in an advantageous embodiment of the system 100 be that number of energy sources 1a . 1b , ... 1n is two.

Die Schaltmatrix 4 weist eine interne Verschaltung auf, die derart ausgestaltet ist, dass die Energiequellen 1a, 1b, ... 1n so verschaltet werden, dass ein Ausgangssignal bzw. eine Ausgangsspannung an zwei Ausgangsanschlüssen 4a, 4b der Schaltmatrix 4 bereitgestellt werden kann. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix 4 die Energiequellen 1a, 1b, ... 1n dynamisch verschaltet, so dass die Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen 4a, 4b zeitlich variabel ist und beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung ist.The switching matrix 4 has an internal interconnection, which is designed such that the energy sources 1a . 1b , ... 1n be connected so that an output signal or an output voltage to two output terminals 4a . 4b the switching matrix 4 can be provided. It may be provided that the switching matrix 4 the energy sources 1a . 1b , ... 1n dynamically interconnected, so that the output voltage at the output terminals 4a . 4b is variable in time and is, for example, a sinusoidal AC voltage.

1a zeigt ein Beispiel für eine von der Schaltmatrix 4 in 1 ausgegebene Ausgangsspannung in einem Zeit-Spannungs-Diagramm. Dabei variiert die Ausgangsspannung U mit der Zeit t in Abhängigkeit von der Verschaltung der Energiequellen 1a, 1b, ... 1n in der Schaltmatrix 4. Beispielsweise ist zu einem Zeitpunkt t1 die Schaltmatrix 4 derart verschaltet, dass die Ausgangsspannung U den Wert U1 aufweist. Beispielsweise beträgt der Wert U1 das Dreifache einer Versorgungsspannung einer einzelnen der Energiequellen 1a, 1b, ... in. Zu einem Zeitpunkt t2 kann die Schaltmatrix 4 dann derart angesteuert werden, dass die Ausgangsspannung U den Wert U2 annimmt, welcher beispielsweise genau dem Wert einer Versorgungsspannung einer einzelnen der Energiequellen 1a, 1b, ... 1n entsprechen kann. Auf diese Weise kann über die Schaltmatrix 4 eine Ausgangsspannung erzeugt werden, welche annähernd eine Sinusform aufweist. Die Abweichung der Ausgangsspannung von einer Sinusform kann dabei von der zeitlichen Auflösung der Verschaltung in der Schaltmatrix 4 sowie der Anzahl der verwendeten Energiequellen 1a, 1b,... 1n abhängen. 1a shows an example of one of the switching matrix 4 in 1 Output voltage output in a time-voltage diagram. In this case, the output voltage U varies with time t as a function of the connection of the energy sources 1a . 1b , ... 1n in the switching matrix 4 , For example, at a time t 1, the switching matrix 4 so interconnected that the output voltage U has the value U 1 . For example, the value U 1 is three times a supply voltage of a single one of the energy sources 1a . 1b , ... in. At a time t 2 , the switching matrix 4 are then controlled such that the output voltage U assumes the value U 2 , which, for example, exactly the value of a supply voltage of a single one of the energy sources 1a . 1b , ... 1n can correspond. That way, via the switching matrix 4 an output voltage is generated which has approximately a sinusoidal shape. The deviation of the output voltage from a sinusoidal shape can thereby depend on the temporal resolution of the interconnection in the switching matrix 4 and the number of energy sources used 1a . 1b ... 1n depend.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems 20 mit einer Schaltmatrix 4. Das System 20 unterscheidet sich von dem System 100 in 1 dahingehend, dass die Anzahl der Energiequellen 1a, 1b auf zwei begrenzt ist. Die Schaltmatrix 4 weist eine Vielzahl von Schalteinrichtungen 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 auf, welche auf geeignete Weise angeordnet sind, um die zwei Energiequellen 1a, 1b jeweils in Serie schalten, parallel schalten, einseitig schalten oder vollständig überbrücken zu können. Die Schalteinrichtungen 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 können dabei einzeln und in koordinierter Weise angesteuert werden, um an den Ausgangsanschlüssen 4a, 4b eine Ausgangsspannung bereitzustellen, welche sich durch entsprechende Kombination der Versorgungsspannungen der Energiequellen 1a, 1b ergibt. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a system 20 with a switching matrix 4 , The system 20 is different from the system 100 in 1 to the effect that the number of energy sources 1a . 1b is limited to two. The switching matrix 4 has a variety of switching devices 5 . 6 . 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 which are suitably arranged around the two energy sources 1a . 1b can be connected in series, switched in parallel, switched on one side or completely bridged. The switching devices 5 . 6 . 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 can be controlled individually and in a coordinated manner to the output terminals 4a . 4b to provide an output voltage resulting from a corresponding combination of the supply voltages of the energy sources 1a . 1b results.

6 zeigt beispielhaft tabellarische Darstellung von Schaltzuständen einer Schaltmatrix. Dargestellt werden jeweils die Ausgangsanschlüsse 4a, 4b sowie die Versorgungsanschlüsse der Energiequellen 1a, 1b. Die Symbole der Tabelle deuten dabei an, welche der Anschlüsse jeweils über eine Schalteinrichtung miteinander verbunden sind. 6 shows an example tabular representation of switching states of a switching matrix. The output connections are shown in each case 4a . 4b as well as the supply connections of the energy sources 1a . 1b , The symbols of the table indicate which of the terminals are connected to each other via a switching device.

Dabei sind die in der linken, mit dem Bezugszeichen F gekennzeichneten Hälfte der Tabelle 60 diejenigen Schaltzustände aufgelistet, welche sich mit den Schalteinrichtungen 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 der Schaltmatrix 4 in 2 realisieren lassen. Der Schaltzustand 61 ist eine Reihenschaltung der beiden Energiequellen 1a, 1b. Der Schaltzustand 62 ist eine Parallelschaltung der beiden Energiequellen 1a, 1b. Der Schaltzustand 63 ist eine Überbrückung der Energiequelle 1b, so dass nur die Energiequelle 1a zur Ausgangsspannung beiträgt. Der Schaltzustand 64 ist eine Überbrückung der Energiequelle 1a, so dass nur die Energiequelle 1b zur Ausgangsspannung beiträgt. Der Schaltzustand 65 ist eine Überbrückung beider Energiequellen 1a, 1b, so dass keine der Energiequellen 1a, 1b zur Ausgangsspannung beiträgt.In this case, the half of the table marked with the reference symbol F in the left-hand side are the table 60 those switching states listed with the switching devices 5 . 6 . 7 . 8th . 9 . 10 . 11 and 12 the switching matrix 4 in 2 let realize. The switching state 61 is a series connection of the two energy sources 1a . 1b , The switching state 62 is a parallel connection of the two energy sources 1a . 1b , The switching state 63 is a bridging of the energy source 1b so that only the energy source 1a contributes to the output voltage. The switching state 64 is a bridging of the energy source 1a so that only the energy source 1b contributes to the output voltage. The switching state 65 is a bridging of both energy sources 1a . 1b so none of the energy sources 1a . 1b contributes to the output voltage.

In der mit J gekennzeichneten Hälfte der Tabelle 60 sind inverse Schaltzustände der in der mit F gekennzeichneten Hälfte der Tabelle 60 dargestellt, für deren Realisierung weitere Schalteinrichtungen 13, 14, 15 und 16 in einer Schaltmatrix vorgesehen sein müssen. Die Schalteinrichtungen 13, 14, 15 und 16 können dabei entsprechend der gewünschten Schaltzustände 66, 67, 68 oder 69 in der Schaltmatrix 4 zusätzlich zu den Schalteinrichtungen 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 angeordnet sein. Der Schaltzustand 66 ist eine im Bezug auf den Schaltzustand 61 inverse Reihenschaltung der beiden Energiequellen 1a, 1b. Der Schaltzustand 67 ist eine im Bezug auf den Schaltzustand 62 inverse Parallelschaltung der beiden Energiequellen 1a, 1b. Der Schaltzustand 68 ist eine im Bezug auf den Schaltzustand 63 inverse Verschaltung lediglich der Energiequelle 1a. Der Schaltzustand 69 ist eine im Bezug auf den Schaltzustand 64 inverse Verschaltung lediglich der Energiequelle 1b.In the half of the table marked with J 60 are inverse switching states of the in the F marked half of the table 60 represented, for their realization further switching devices 13 . 14 . 15 and 16 must be provided in a switching matrix. The switching devices 13 . 14 . 15 and 16 can thereby according to the desired switching states 66 . 67 . 68 or 69 in the switching matrix 4 in addition to the switching devices 5 . 6 . 7 . 8th . 9 . 10 . 11 and 12 be arranged. The switching state 66 is one in relation to the switching state 61 inverse series connection of the two energy sources 1a . 1b , The switching state 67 is one in relation to the switching state 62 inverse parallel connection of the two energy sources 1a . 1b , The switching state 68 is one in relation to the switching state 63 inverse connection of only the energy source 1a , The switching state 69 is one in relation to the switching state 64 inverse connection of only the energy source 1b ,

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 30 kaskadierter Schaltmatrizen gemäß einer Ausführungsform. Das System 30 umfasst dabei ein System 20 bzw. 100 gemäß einer der 1 bzw. 2 mit einer Schaltmatrix 4 sowie zwei Energiequellen 1a, 1b. Weiterhin umfasst das System 30 eine weitere Schaltmatrix 34 mit zwei weiteren Energiequellen 31a, 31b, wobei die Schaltmatrix 34 und die zwei weiteren Energiequellen 31a, 31b in analoger Weise wie in 1 bzw. 2 gezeigt verschaltet sind. Das System 30 umfasst weiterhin eine dritte Schaltmatrix 35, welche über zwei Ausgangsanschlüsse 35a, 35b verfügt. Die dritte Schaltmatrix 35 ist mit vier Eingangsanschlüssen jeweils mit den zwei Ausgangsanschlüssen 4a, 4b bzw. 34a, 34b der Schaltmatrizen 4 bzw. 34 verbunden. Auf diese Weise stellen die Schaltmatrizen 4 und 34 jeweils Versorgungseinrichtungen dar, die ähnlich wie die Energiequellen 1a, 1b bzw. 31a, 31b wirken. Das System 30 ist also eine Kaskade von Schaltmatrizen, die hintereinander geschaltet werden können, um eine Ausgangsspannung an zwei Ausgangsanschlüssen zu erhalten. Dabei ist die Kaskadierung der Schaltmatrizen prinzipiell beliebig fortsetzbar, so dass eine prinzipiell beliebige Anzahl von Energiequellen jeweils paarweise kaskadiert über eine Anzahl von Schaltmatrizen mit allen anderen Energiequellen verschaltet werden können. Solch kaskadierte Schaltmatrizen können beispielsweise auch in mehrphasigen Direktwechselrichtern zum Einsatz kommen. 3 shows a schematic representation of a system 30 Cascaded switching matrices according to one embodiment. The system 30 includes a system 20 respectively. 100 according to one of 1 respectively. 2 with a switching matrix 4 as well as two energy sources 1a . 1b , Furthermore, the system includes 30 another switching matrix 34 with two more energy sources 31a . 31b , where the switching matrix 34 and the two other sources of energy 31a . 31b in a similar way as in 1 respectively. 2 are shown interconnected. The system 30 further comprises a third switching matrix 35 , which have two output connections 35a . 35b features. The third switching matrix 35 is with four input terminals each with the two output terminals 4a . 4b respectively. 34a . 34b the switching matrices 4 respectively. 34 connected. In this way, the switching matrices 4 and 34 each utilities, which are similar to the energy sources 1a . 1b respectively. 31a . 31b Act. The system 30 is thus a cascade of switching matrices which can be switched in series to obtain an output voltage at two output terminals. In principle, the cascading of the switching matrices can be continued as desired, so that in principle any number of energy sources can be cascaded in pairs in each case via a number of switching matrices with all other energy sources. Such cascaded switching matrices can also be used, for example, in multiphase direct inverters.

Die Schalteinrichtungen aller in den 1, 2 und/oder 3 gezeigten Schaltmatrizen können dynamisch während eines Lade- oder Entladevorgangs der als Energiespeicher ausgestalteten Energiequellen angesteuert werden. Es kann beispielsweise möglich sein, dass die Schaltmatrizen über die Ausgangsanschlüsse an eine elektrische Last, zum Beispiel eine elektrische Maschine, einen elektrischen Verbraucher oder ein elektrisches Versorgungsnetz, angeschlossen sind, wobei die elektrische Last einen variablen Leistungsbedarf aufweist. Dazu kann dynamisch ermittelt werden, wie hoch der Leistungsbedarf der elektrischen Last ist. Es ist beispielsweise denkbar, die Energiespeicher beim Abruf einer hohen Leistung, also bei einem hohen Leistungsbedarf, zum Beispiel einem Leistungsbedarf oberhalb eines vorbestimmten Schwellwerts, in Serie zu schalten, um eine höhere Ausgangsspannung zu erreichen, während bei einem Normalbetrieb, zum Beispiel bei einem Leistungsbedarf unterhalb des vorbestimmten Schwellwerts, eine Parallelschaltung eingestellt werden kann, um bei der Ladung der Energiespeicher beispielsweise eine gleichmäßige Ladung aller Energiespeicher zu erzielen, wobei ein voll geladener Energiespeicher einen nicht voll geladenen nicht beeinträchtigt.The switching devices of all in the 1 . 2 and or 3 Switching matrices shown can be controlled dynamically during a charging or discharging of designed as an energy storage energy sources. It may, for example, be possible for the switching matrices to be connected via the output connections to an electrical load, for example an electrical machine, an electrical load or an electrical supply network, the electrical load having a variable power requirement. For this purpose, it can be determined dynamically how high the power requirement of the electrical load is. It is conceivable, for example, to switch the energy stores in series when high power is required, ie when a power requirement is above a predetermined threshold value, in order to achieve a higher output voltage, while in normal operation, for example in the case of a power requirement below the predetermined threshold, a parallel circuit can be set to achieve, for example, a uniform charge of all energy storage when charging the energy storage, with a fully charged energy storage does not affect a not fully charged.

Die in den 1, 2 und/oder 3 gezeigte Verschaltung von Energiequellen mithilfe von Schaltmatrizen kann beispielsweise in Batteriesystemen für Hybrid- und/oder Elektrofahrzeuge und in Batteriepacks für Laptops, Elektrowerkzeuge, Mobiltelefone, Kameras oder ähnliche elektrische Geräte genutzt werden.The in the 1 . 2 and or 3 For example, interconnection of power sources using switch matrices can be used in battery systems for hybrid and / or electric vehicles and in battery packs for laptops, power tools, mobile phones, cameras, or similar electrical devices.

Die Auslegung der für die Schalteinrichtungen verwendeten Bauelemente, beispielsweise Halbleiterbauelemente, kann in Abhängigkeit von ihrer Position in einer Schaltmatrixkaskade hinsichtlich Stromtragfähigkeit und/oder Spannungsfestigkeit unterschiedlich erfolgen.The design of the components used for the switching devices, for example semiconductor components, can take place differently depending on their position in a switching matrix cascade with regard to current carrying capacity and / or dielectric strength.

Wie in 4 gezeigt, kann insbesondere für niedrigere Leistungen, beispielsweise bei der Verwendung in elektrischen Geräten, eine Integration der Schaltmatrix in eine integrierte Schaltung 41 erfolgen. Das System 40 in 4 unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten System 20 dadurch, dass die Schaltmatrix in einer integrierten Schaltung 41 eingebettet ist, die neben der Schaltmatrix außerdem eine Zustandsmaschine 42, eine Spannungsmesseinrichtung 43, eine Strommesseinrichtung 44 und/oder eine Kommunikationsschnittstelle 45 aufweisen kann. Beispielsweise kann die integrierte Schaltung 41 dazu ausgelegt sein, zwei Energiequellen 1a, 1b bzw. Energiespeicher 1a, 1b autark zu überwachen und beispielsweise automatisch einen Ladungsausgleich, ein sogenanntes ”charge balancing” zwischen den beiden Energiespeichern 1a, 1b zu initiieren und zu regeln. Über die Kommunikationsschnittstelle 45 kann die integrierte Schaltung 41 beispielsweise auch von einer (nicht gezeigten) zentralen Steuereinrichtung gewünschte Einstellung für die Schaltmatrix empfangen und einstellen.As in 4 shown, especially for lower power, for example, when used in electrical equipment, integration the switching matrix in an integrated circuit 41 respectively. The system 40 in 4 is different from the one in 2 shown system 20 in that the switching matrix in an integrated circuit 41 embedded, in addition to the switching matrix also a state machine 42 , a voltage measuring device 43 , a current measuring device 44 and / or a communication interface 45 can have. For example, the integrated circuit 41 be designed to use two sources of energy 1a . 1b or energy storage 1a . 1b autonomously monitor and, for example, automatically charge balance, a so-called "charge balancing" between the two energy storage 1a . 1b to initiate and regulate. Via the communication interface 45 can the integrated circuit 41 For example, receive and set by a (not shown) central control device desired setting for the switching matrix.

5 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform zum Ansteuern einer Schaltmatrix, beispielsweise der in den 1 bis 4 erläuterten Schaltmatrizen. In einem ersten Schritt 51 erfolgt ein Ermitteln eines Leistungsbedarfs einer an die Ausgangsanschlüsse einer Schaltmatrix angeschlossenen elektrischen Last. In einem zweiten Schritt 52 erfolgt ein Ansteuern einer Vielzahl von Schalteinrichtungen zum Herstellen einer Serienschaltung einer Vielzahl von Energiequellen zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen, falls der ermittelte Leistungsbedarf über einem vorbestimmten Schwellwert liegt, zum Beispiel wenn einer mit der Schaltmatrix angesteuerte elektrische Maschine einen hohen Leistungsbedarf aufweist. In einem dritten Schritt 53 erfolgt alternativ ein Ansteuern der Vielzahl von Schalteinrichtungen zum Herstellen einer Parallelschaltung der Vielzahl von Energiequellen zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen, falls der ermittelte Leistungsbedarf unter dem vorbestimmten Schwellwert liegt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die elektrische Last, beispielsweise eine elektrische Maschine, in einem Normalbetrieb betrieben wird. 5 shows a method according to an embodiment for driving a switching matrix, for example, in the 1 to 4 explained switching matrices. In a first step 51 there is a determination of a power requirement of an electrical load connected to the output terminals of a switching matrix. In a second step 52 a plurality of switching devices are used to establish a series connection of a plurality of energy sources between the two output terminals if the determined power requirement is above a predetermined threshold value, for example if an electrical machine controlled by the switching matrix has a high power requirement. In a third step 53 alternatively, driving the plurality of switching means for establishing a parallel connection of the plurality of power sources between the two output terminals if the determined power requirement is below the predetermined threshold value. This may be the case, for example, when the electrical load, for example an electrical machine, is operated in a normal mode.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass in einem vierten Schritt 54 ein Ansteuern der Vielzahl von Schalteinrichtungen zum Herstellen einer Parallelschaltung der Vielzahl von Energiequellen zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen erfolgt, falls die Schaltmatrix in einem Ladebetrieb für die Energiequellen betrieben wird, beispielsweise, wenn die Energiequellen Batterien bzw. Akkumulatoren umfassen. In einem fünften Schritt 55 kann es dann vorgesehen sein, dass während eines Betriebs der Schaltmatrix laufend überprüft wird, inwieweit sich der Betriebsmodus und/oder der Leistungsbedarf der angeschlossenen elektrischen Last ändert. Anhand dieser Überprüfung kann dann vorgesehen sein, von einem der in den Schritten 52 bis 54 eingestellten Ansteuermodi in einen anderen Ansteuermodus zu wechseln.It can also be provided that in a fourth step 54 driving the plurality of switching means for establishing a parallel connection of the plurality of power sources between the two output terminals, if the switching matrix is operated in a charging operation for the power sources, for example, when the power sources include batteries. In a fifth step 55 It may then be provided that during operation of the switching matrix is continuously checked to what extent the operating mode and / or the power requirement of the connected electrical load changes. Based on this check can then be provided by one of the steps 52 to 54 set activation modes to another activation mode.

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Claims (6)

Schaltmatrix (4), mit: einer Vielzahl von Versorgungsanschlüssen (2a, 3a; 2b, 3b; 2n, 3n), welche dazu ausgelegt sind, mit einer Vielzahl von Energiequellen (1a, 1b, 1n), welche jeweils eine Versorgungsspannung bereitstellen, verbunden zu werden; genau zwei Ausgangsanschlüssen (4a, 4b), welche dazu ausgelegt sind, eine Ausgangsspannung der Schaltmatrix (4) als Kombination der Vielzahl von Versorgungsspannungen bereitzustellen; und einer Vielzahl von Schalteinrichtungen (512), welche jeweils einen der Vielzahl der Versorgungsanschlüsse (2a, 3a; 2b, 3b; 2n, 3n) jeweils schaltbar mit einem der zwei Ausgangsanschlüsse (4a, 4b) verbinden, und welche dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit von Steuersignalen zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen (4a, 4b) eine Serienschaltung der Vielzahl von Energiequellen (1a, 1b, 1n), eine Parallelschaltung der Vielzahl von Energiequellen (1a, 1b, 1n) und eine Überbrückung einer Gruppe von Energiequellen (1a, 1b, 1n) herzustellen.Switching matrix ( 4 ), comprising: a plurality of supply terminals ( 2a . 3a ; 2 B . 3b ; 2n . 3n ), which are designed with a variety of energy sources ( 1a . 1b . 1n ) each providing a supply voltage to be connected; exactly two output connections ( 4a . 4b ), which are adapted to an output voltage of the switching matrix ( 4 ) as a combination of the plurality of supply voltages; and a plurality of switching devices ( 5 - 12 ), each one of the plurality of supply terminals ( 2a . 3a ; 2 B . 3b ; 2n . 3n ) each switchable with one of the two output terminals ( 4a . 4b ), and which are designed to operate in response to control signals between the two output terminals ( 4a . 4b ) a series connection of the plurality of energy sources ( 1a . 1b . 1n ), a parallel connection of the plurality of energy sources ( 1a . 1b . 1n ) and bridging a group of energy sources ( 1a . 1b . 1n ). System (30), mit: einer ersten Schaltmatrix (4) nach Anspruch 1, welche dazu ausgelegt ist, eine erste Ausgangsspannung an genau zwei ersten Ausgangsanschlüssen (4a, 4b) bereitzustellen; einer zweiten Schaltmatrix (34) nach Anspruch 1, welche dazu ausgelegt ist, eine zweite Ausgangsspannung an genau zwei zweiten Ausgangsanschlüssen (34a, 34b) bereitzustellen; und einer dritten Schaltmatrix (35) mit genau zwei dritten Ausgangsanschlüssen (35a, 35b), welche dazu ausgelegt sind, eine dritte Ausgangsspannung der dritten Schaltmatrix (35) als Kombination der ersten und zweiten Ausgangsspannungen bereitzustellen; und einer Vielzahl von dritten Schalteinrichtungen (512), welche jeweils einen der ersten und zweiten Ausgangsanschlüsse (4a, 4b; 34a, 34b) jeweils schaltbar mit einem der zwei dritten Ausgangsanschlüsse (35a, 35b) verbinden, und welche dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit von Steuersignalen zwischen den zwei dritten Ausgangsanschlüssen (35a, 35b) eine Serienschaltung der ersten und zweiten Schaltmatrix (4; 34), eine Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltmatrix (4; 34) und eine Überbrückung einer der beiden ersten und zweiten Schaltmatrizen (4; 34) herzustellen.System ( 30 ), comprising: a first switching matrix ( 4 ) according to claim 1, which is adapted to generate a first output voltage at exactly two first output terminals ( 4a . 4b ) to provide; a second switching matrix ( 34 ) according to claim 1, which is adapted to provide a second output voltage at exactly two second output terminals ( 34a . 34b ) to provide; and a third switching matrix ( 35 ) with exactly two third output connections ( 35a . 35b ), which are adapted to a third output voltage of the third switching matrix ( 35 ) as a combination of the first and second output voltages; and a plurality of third switching devices ( 5 - 12 ), each having one of the first and second output terminals ( 4a . 4b ; 34a . 34b ) each switchable with one of the two third output terminals ( 35a . 35b ), and which are designed to operate in response to control signals between the two third output terminals ( 35a . 35b ) a series circuit of the first and second switching matrix ( 4 ; 34 ), a parallel connection of the first and second switching matrix ( 4 ; 34 ) and bridging one of the two first and second switching matrices ( 4 ; 34 ). System (30) nach Anspruch 2, wobei die erste, zweite und/oder dritte Schaltmatrix (4; 34; 35) in einer integrierten Schaltung (41) integriert sind.System ( 30 ) according to claim 2, wherein the first, second and / or third switching matrix ( 4 ; 34 ; 35 ) in an integrated circuit ( 41 ) are integrated. System nach Anspruch 2, weiterhin mit: einer vierten Schaltmatrix nach Anspruch 1, welche dazu ausgelegt ist, eine vierte Ausgangsspannung an genau zwei vierten Ausgangsanschlüssen bereitzustellen; einer fünften Schaltmatrix nach Anspruch 1, welche dazu ausgelegt ist, eine fünfte Ausgangsspannung an genau zwei fünften Ausgangsanschlüssen bereitzustellen; einer sechsten Schaltmatrix mit genau zwei sechsten Ausgangsanschlüssen, welche dazu ausgelegt sind, eine sechste Ausgangsspannung der sechsten Schaltmatrix als Kombination der vierten und fünften Ausgangsspannungen bereitzustellen; und einer Vielzahl von sechsten Schalteinrichtungen, welche jeweils einen der vierten und fünften Ausgangsanschlüsse jeweils schaltbar mit einem der zwei sechsten Ausgangsanschlüsse verbinden, und welche dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit von Steuersignalen zwischen den zwei sechsten Ausgangsanschlüssen eine Serienschaltung der dritten und vierten Schaltmatrix, eine Parallelschaltung der dritten und vierten Schaltmatrix und eine Überbrückung einer der beiden dritten und vierten Schaltmatrizen herzustellen; und einer siebten Schaltmatrix mit genau zwei siebten Ausgangsanschlüssen, welche dazu ausgelegt sind, eine siebte Ausgangsspannung der siebten Schaltmatrix als Kombination der dritten und sechsten Ausgangsspannungen bereitzustellen; und einer Vielzahl von siebten Schalteinrichtungen, welche jeweils einen der dritten und sechsten Ausgangsanschlüsse jeweils schaltbar mit einem der zwei siebten Ausgangsanschlüsse verbinden, und welche dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit von Steuersignalen zwischen den zwei siebten Ausgangsanschlüssen eine Serienschaltung der dritten und sechsten Schaltmatrix, eine Parallelschaltung der dritten und sechsten Schaltmatrix und eine Überbrückung einer der beiden dritten und sechsten Schaltmatrizen herzustellen.The system of claim 2, further comprising: a fourth switching matrix according to claim 1, which is adapted to provide a fourth output voltage at exactly two fourth output terminals; a fifth switching matrix according to claim 1, which is adapted to provide a fifth output voltage at exactly two fifth output terminals; a sixth switching matrix with exactly two sixth output terminals configured to provide a sixth output voltage of the sixth switching matrix as a combination of the fourth and fifth output voltages; and a plurality of sixth switching means respectively connecting one of the fourth and fifth output terminals each switchably to one of the two sixth output terminals, and configured to connect in series between the two sixth output terminals a series connection of the third and fourth switch matrix, a parallel circuit of Figs third and fourth switching matrix and bridging one of the two third and fourth switching matrices produce; and a seventh switching matrix with exactly two seventh output terminals configured to provide a seventh output voltage of the seventh switching matrix as a combination of the third and sixth output voltages; and a plurality of seventh switching devices respectively connecting one of the third and sixth output terminals each switchably to one of the two seventh output terminals, and configured to connect in series between the two seventh output terminals a series connection of the third and sixth switching matrix in parallel with the control circuit third and sixth switching matrix and bridging one of the two third and sixth switching matrices produce. Verfahren zum Ansteuern einer Schaltmatrix (4) nach Anspruch 1, mit den Schritten: Ermitteln eines Leistungsbedarfs einer an die Ausgangsanschlüsse (4a, 4b) der Schaltmatrix (4) angeschlossenen elektrischen Last; Ansteuern der Vielzahl von Schalteinrichtungen (512) zum Herstellen einer Serienschaltung der Vielzahl von Energiequellen (1a, 1b, 1n) zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen (4a, 4b), falls der ermittelte Leistungsbedarf über einem vorbestimmten Schwellwert liegt; und Ansteuern der Vielzahl von Schalteinrichtungen (512) zum Herstellen einer Parallelschaltung der Vielzahl von Energiequellen (1a, 1b, 1n) zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen (4a, 4b), falls der ermittelte Leistungsbedarf unter dem vorbestimmten Schwellwert liegt.Method for controlling a switching matrix ( 4 ) according to claim 1, comprising the steps of: determining a power requirement of a to the output terminals ( 4a . 4b ) of the switching matrix ( 4 ) connected electrical load; Driving the plurality of switching devices ( 5 - 12 ) for making a series connection of the plurality of energy sources ( 1a . 1b . 1n ) between the two output terminals ( 4a . 4b ) if the determined power requirement is above a predetermined threshold; and driving the plurality of switching devices ( 5 - 12 ) for establishing a parallel connection of the plurality of energy sources ( 1a . 1b . 1n ) between the two output terminals ( 4a . 4b ) if the determined power requirement is below the predetermined threshold. Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin mit dem Schritt: Ansteuern der Vielzahl von Schalteinrichtungen (512) zum Herstellen einer Parallelschaltung der Vielzahl von Energiequellen (1a, 1b, 1n) zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen, falls die Schaltmatrix (4) in einem Ladebetrieb für die Energiequellen (1a, 1b, 1n) betrieben wird. The method of claim 5, further comprising the step of: driving the plurality of switching devices ( 5 - 12 ) for establishing a parallel connection of the plurality of energy sources ( 1a . 1b . 1n ) between the two output terminals if the switching matrix ( 4 ) in a charging operation for the energy sources ( 1a . 1b . 1n ) is operated.
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