DE102012209392A1

DE102012209392A1 - A method for dynamically adjusting a short circuit condition in an energy storage device

Info

Publication number: DE102012209392A1
Application number: DE102012209392A
Authority: DE
Inventors: Roland Schleser; Konstantin Decu; Matthias Heil
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-05
Also published as: WO2013182357A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Einstellen von Kurzschlusszuständen in einer Energiespeichereinrichtung, welche eine Vielzahl von Energieversorgungszweigen mit jeweils einer Vielzahl von Energiespeichermodulen zur Erzeugung einer Zweigausgangsspannung an einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen der Energiespeichereinrichtung aufweist. Die Energiespeichermodulen weisen dabei jeweils zwei Modulausgangsanschlüsse, eine Koppeleinrichtung mit einer ersten Halbbrücke aus ersten Koppelelementen, welche über einen Mittelabgriff mit einem ersten der Modulausgangsanschlüsse gekoppelt ist, und einer zweiten Halbbrücke aus zweiten Koppelelementen, welche über einen Mittelabgriff mit einem zweiten der Modulausgangsanschlüsse gekoppelt ist, und ein Energiespeicherzellenmodul mit mindestens einer Energiespeicherzelle, welches zwischen die erste und zweite Halbbrücke gekoppelt ist, auf. Die Koppeleinrichtung ist dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherzellenmodul in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu koppeln oder in jenem zu überbrücken. Das Verfahren weist die Schritte des Erfassens eines Fehlerfalls in einer der beiden Halbbrücken eines der Energiespeichermodule, des Erfassens einer momentanen Stromrichtung eines Stromflusses durch den Energieversorgungszweig des mit dem Fehlerfall behafteten Energiespeichermoduls, und des Ansteuerns der Koppelelemente der anderen der beiden Halbbrücken zum Einstellen eines Überbrückungszustands des mit dem Fehlerfall behafteten Energiespeichermoduls in Abhängigkeit von der erfassten momentanen Stromrichtung auf.The invention relates to a method for dynamic setting of short circuit conditions in an energy storage device having a plurality of power supply branches each having a plurality of energy storage modules for generating a branch output voltage at a plurality of output terminals of the energy storage device. The energy storage modules each have two module output terminals, a coupling device with a first half-bridge of first coupling elements, which is coupled via a center tap to a first of the module output terminals, and a second half-bridge of second coupling elements, which is coupled via a center tap to a second of the module output terminals, and an energy storage cell module having at least one energy storage cell coupled between the first and second half bridges. The coupling device is designed to couple the energy storage cell module in the respective power supply branch or to bridge in that. The method comprises the steps of detecting a fault in one of the two half-bridges of one of the energy storage modules, detecting a current current direction of a current flow through the power supply branch of the faulty energy storage module, and driving the coupling elements of the other of the two half bridges to set a bridging state of the with the error case afflicted energy storage module in dependence on the detected current current direction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Einstellen eines Kurzschlusszustands in einer Energiespeichereinrichtung und eine derartig ansteuerbare Energiespeichereinrichtung, insbesondere für den Einsatz in einem Batteriedirektumrichter für das elektrische Antriebssystem eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.The invention relates to a method for dynamically setting a short-circuit state in an energy storage device and to such an activatable energy storage device, in particular for use in a battery direct converter for the electric drive system of an electrically operated vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Solaranlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren.It is becoming apparent that in the future both stationary applications, e.g. Wind turbines or solar systems, as well as in vehicles such as hybrid or electric vehicles, increasingly electronic systems are used that combine new energy storage technologies with electric drive technology.

Die Einspeisung von mehrphasigem Strom in eine elektrische Maschine wird üblicherweise durch einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters bewerkstelligt. Dazu kann eine von einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellte Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet werden. Der Gleichspannungszwischenkreis wird dabei von einem Strang aus seriell verschalteten Batteriemodulen gespeist. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden häufig mehrere Batteriemodule in einer Traktionsbatterie in Serie geschaltet.The feeding of multi-phase current into an electrical machine is usually accomplished by a converter in the form of a pulse-controlled inverter. For this purpose, a DC voltage provided by a DC voltage intermediate circuit can be converted into a multi-phase AC voltage, for example a three-phase AC voltage. The DC link is fed by a string of serially connected battery modules. In order to meet the power and energy requirements of a particular application, multiple battery modules are often connected in series in a traction battery.

Die Serienschaltung mehrerer Batteriemodule bringt das Problem mit sich, dass der gesamte Strang ausfällt, wenn ein einziges Batteriemodul ausfällt. Ein solcher Ausfall des Energieversorgungsstrangs kann zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen. Weiterhin können temporär oder permanent auftretende Leistungsminderungen eines einzelnen Batteriemoduls zu Leistungsminderungen im gesamten Energieversorgungsstrang führen.The series connection of several battery modules involves the problem that the entire string fails if a single battery module fails. Such a failure of the power supply string can lead to a failure of the entire system. Furthermore, temporarily or permanently occurring power reductions of a single battery module can lead to power reductions in the entire power supply line.

In der Druckschrift US 5,642,275 A1 ist ein Batteriesystem mit integrierter Wechselrichterfunktion beschrieben. Systeme dieser Art sind unter dem Namen Multilevel Cascaded Inverter oder auch Battery Direct Inverter (Batteriedirektumrichter, BDI) bekannt. Solche Systeme umfassen Gleichstromquellen in mehreren Energiespeichermodulsträngen, welche direkt an eine elektrische Maschine oder ein elektrisches Netz anschließbar sind. Dabei können einphasige oder mehrphasige Versorgungsspannungen generiert werden. Die Energiespeichermodulstränge weisen dabei eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen auf, wobei jedes Energiespeichermodul mindestens eine Batteriezelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt, in Abhängigkeit von Steuersignalen die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle in den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu schalten. Dabei kann die Koppeleinheit derart gestaltet sein, dass sie es zusätzlich erlaubt, die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle auch mit inverser Polarität in den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu schalten oder auch den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu unterbrechen. Durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinheiten, z.B. mit Hilfe von Pulsweitenmodulation, können auch geeignete Phasensignale zur Steuerung der Phasenausgangsspannung bereitgestellt werden, so dass auf einen separaten Pulswechselrichter verzichtet werden kann. Der zur Steuerung der Phasenausgangsspannung erforderliche Pulswechselrichter ist damit in die Batterie integriert.In the publication US 5,642,275 A1 a battery system with integrated inverter function is described. Systems of this type are known under the name Multilevel Cascaded Inverter or Battery Direct Inverter (Battery Direct Inverter, BDI). Such systems include DC sources in multiple energy storage module strings which are directly connectable to an electrical machine or electrical network. In this case, single-phase or multi-phase supply voltages can be generated. The energy storage module strands have a plurality of energy storage modules connected in series, each energy storage module having at least one battery cell and an associated controllable coupling unit, which allows the respective assigned at least one battery cell to be bridged as a function of control signals or the respectively assigned at least one battery cell to switch the respective energy storage module string. In this case, the coupling unit may be designed such that it additionally allows to switch the respectively associated at least one battery cell with inverse polarity in the respective energy storage module string or to interrupt the respective energy storage module string. By suitable control of the coupling units, for example by means of pulse width modulation, it is also possible to provide suitable phase signals for controlling the phase output voltage, so that a separate pulse inverter can be dispensed with. The required for controlling the phase output voltage pulse inverter is thus integrated into the battery.

BDIs weisen gegenüber herkömmlichen Systemen üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad, eine höhere Ausfallsicherheit und einen deutlich höheren Oberschwingungsgehalt ihrer Ausgangsspannung auf. Die Ausfallsicherheit wird unter anderem dadurch gewährleistet, dass defekte, ausgefallene oder nicht voll leistungsfähige Batteriezellen durch geeignete Ansteuerung der ihnen zugeordneten Koppeleinheiten in den Energieversorgungssträngen überbrückt werden können. Die Phasenausgangsspannung eines Energiespeichermodulstrangs kann durch entsprechendes Ansteuern der Koppeleinheiten variiert und insbesondere stufig eingestellt werden. Die Stufung der Ausgangsspannung ergibt sich dabei aus der Spannung eines einzelnen Energiespeichermoduls, wobei die maximal mögliche Phasenausgangsspannung durch die Summe der Spannungen aller Energiespeichermodule eines Energiespeichermodulstrangs bestimmt wird.BDIs usually have a higher efficiency, a higher reliability and a much higher harmonic content of their output voltage compared to conventional systems. The reliability is ensured, inter alia, that defective, failed or not fully efficient battery cells can be bridged by appropriate control of their associated coupling units in the power supply lines. The phase output voltage of an energy storage module string can be varied by appropriate activation of the coupling units and in particular be set in stages. The gradation of the output voltage results from the voltage of a single energy storage module, wherein the maximum possible phase output voltage is determined by the sum of the voltages of all energy storage modules of an energy storage module string.

Die Druckschriften DE 10 2010 027 857 A1 und DE 10 2010 027 861 A1 beispielsweise offenbaren Batteriedirektinverter mit mehreren Batteriemodulsträngen, welche direkt an eine elektrische Maschine anschließbar sind.The pamphlets DE 10 2010 027 857 A1 and DE 10 2010 027 861 A1 For example, disclose battery direct inverter with multiple battery module strings, which are directly connected to an electric machine.

In derartigen Systemen ist es notwendig für den Fehlerfall entsprechende Ansteuerstrategien bereitzuhalten, um die Verfügbarkeit des Gesamtsystems zu erhöhen. Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren zum Ansteuern einer modular aufgebauten Energiespeichereinrichtung, mit dem im Fehlerfall sichere Ansteuerzustände hergestellt werden können.In such systems, it is necessary to have appropriate control strategies available in the event of a fault in order to increase the availability of the overall system. There is therefore a need for a method for controlling a modular energy storage device with which safe driving states can be established in the event of a fault.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt ein Verfahren zum dynamischen Einstellen von Kurzschlusszuständen in einer Energiespeichereinrichtung, welche eine Vielzahl von Energieversorgungszweigen mit jeweils einer Vielzahl von Energiespeichermodulen zur Erzeugung einer Zweigausgangsspannung an einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen der Energiespeichereinrichtung aufweist. Die Energiespeichermodule weisen dabei jeweils zwei Modulausgangsanschlüsse, eine Koppeleinrichtung mit einer ersten Halbbrücke aus ersten Koppelelementen, welche über einen Mittelabgriff mit einem ersten der Modulausgangsanschlüsse gekoppelt ist, und einer zweiten Halbbrücke aus zweiten Koppelelementen, welche über einen Mittelabgriff mit einem zweiten der Modulausgangsanschlüsse gekoppelt ist, und ein Energiespeicherzellenmodul mit mindestens einer Energiespeicherzelle, welches zwischen die erste und zweite Halbbrücke gekoppelt ist, auf. Die Koppeleinrichtung ist dazu ausgelegt, das Energiespeicherzellenmodul in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu koppeln oder in jenem zu überbrücken. Das Verfahren weist die Schritte des Erfassens eines Fehlerfalls in einer der beiden Halbbrücken eines der Energiespeichermodule, des Erfassens einer momentanen Stromrichtung eines Stromflusses durch den Energieversorgungszweig des mit dem Fehlerfall behafteten Energiespeichermoduls, und des Ansteuerns der Koppelelemente der anderen der beiden Halbbrücken zum Einstellen eines Überbrückungszustands des mit dem Fehlerfall behafteten Energiespeichermoduls in Abhängigkeit von der erfassten momentanen Stromrichtung auf.The present invention, in one aspect, provides a method for dynamically adjusting short circuit conditions in one An energy storage device comprising a plurality of power supply branches each having a plurality of energy storage modules for generating a branch output voltage at a plurality of output terminals of the energy storage device. The energy storage modules each have two module output terminals, a coupling device having a first half-bridge of first coupling elements, which is coupled via a center tap to a first of the module output terminals, and a second half-bridge of second coupling elements, which is coupled via a center tap to a second one of the module output terminals, and an energy storage cell module having at least one energy storage cell coupled between the first and second half bridges. The coupling device is designed to couple the energy storage cell module in the respective power supply branch or to bridge in that. The method comprises the steps of detecting a fault in one of the two half-bridges of one of the energy storage modules, detecting a current current direction of a current flow through the power supply branch of the faulty energy storage module, and driving the coupling elements of the other of the two half bridges to set a bridging state of the with the error case afflicted energy storage module in dependence on the detected current current direction.

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein elektrisches Antriebssystem mit einer Energiespeichereinrichtung, welche eine Vielzahl von Energieversorgungszweigen mit jeweils einer Vielzahl von Energiespeichermodulen zur Erzeugung einer Zweigausgangsspannung an einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen der Energiespeichereinrichtung aufweist. Die Energiespeichermodule weisen dabei jeweils zwei Modulausgangsanschlüsse, eine Koppeleinrichtung mit einer ersten Halbbrücke aus ersten Koppelelementen, welche über einen Mittelabgriff mit einem ersten der Modulausgangsanschlüsse gekoppelt ist, und einer zweiten Halbbrücke aus zweiten Koppelelementen, welche über einen Mittelabgriff mit einem zweiten der Modulausgangsanschlüsse gekoppelt ist, und ein Energiespeicherzellenmodul mit mindestens einer Energiespeicherzelle, welches zwischen die erste und zweite Halbbrücke gekoppelt ist, auf. Die Koppeleinrichtung ist dazu ausgelegt, das Energiespeicherzellenmodul in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu koppeln oder in jenem zu überbrücken. Das elektrische Antriebssystem weist weiterhin eine Steuereinrichtung auf, die mit der Energiespeichereinrichtung zum Ansteuern der Koppeleinrichtungen gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.The present invention provides, in another aspect, an electric drive system having an energy storage device having a plurality of power supply branches each having a plurality of energy storage modules for generating a branch output voltage at a plurality of output terminals of the energy storage device. The energy storage modules each have two module output terminals, a coupling device having a first half-bridge of first coupling elements, which is coupled via a center tap to a first of the module output terminals, and a second half-bridge of second coupling elements, which is coupled via a center tap to a second one of the module output terminals, and an energy storage cell module having at least one energy storage cell coupled between the first and second half bridges. The coupling device is designed to couple the energy storage cell module in the respective power supply branch or to bridge in that. The electric drive system further comprises a control device, which is coupled to the energy storage device for driving the coupling devices, and which is designed to perform a method according to the invention.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem und einer n-phasigen elektrischen Maschine mit n Phasenanschlüssen, welche mit den Ausgangsanschlüssen der Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist, wobei n ≥ 1.In another aspect, the present invention provides an electrically powered vehicle having an electric drive system according to the invention and an n-phase electric machine with n phase terminals coupled to the output terminals of the energy storage device, where n ≥ 1.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Es ist Idee der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeichereinrichtung, insbesondere einen Batteriedirektumrichter, derart zu betreiben, dass in Fehlerfällen, in denen eine Halbbrücke einer Koppeleinrichtungen eines modular in der Energiespeichereinrichtung verbauten Energiespeichermoduls ausfällt oder gestört ist, zwischen aktiven Kurzschlusszuständen gewechselt wird, je nach Stromrichtung durch das Energiespeichermodul. Durch ein Umschalten der in dem defekten Energiespeichermodul verbliebenen aktiven Schaltelemente synchron mit dem Zweigstrom kann ein drohendes Überladen der Energiespeicherzellen des defekten Energiespeichermoduls vermieden werden.It is an idea of the present invention to operate an energy storage device, in particular a battery direct converter, such that in the event of faults in which a half-bridge of a coupling device of an energy storage module installed modularly in the energy storage device fails or is disturbed, switching between active short-circuit states takes place, depending on the current direction the energy storage module. By switching the remaining active in the defective energy storage module active switching elements in synchronism with the branch current imminent overcharging of the energy storage cells of the defective energy storage module can be avoided.

Ein erheblicher Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Verfügbarkeit des Systems, insbesondere eines elektrischen Antriebssystems, zum Beispiel in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, erheblich verbessert werden kann. Ein zeitlich begrenzter Notlaufmodus ist daher nicht notwendig. Die Energie in den verbleibenden, nicht defekten Energiespeichermodulen bleibt weiterhin nutzbar und kann zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung genutzt werden. Insbesondere bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen wird ein Liegenbleiben des Fahrzeugs dadurch vermieden und die Reichweite des Fahrzeugs erhöht.A significant advantage of this approach is that the availability of the system, in particular an electric drive system, for example in an electrically powered vehicle, can be significantly improved. A time-limited emergency mode is therefore not necessary. The energy in the remaining, non-defective energy storage modules remains usable and can be used to provide an output voltage of the energy storage device. In particular, in electrically powered vehicles a latening of the vehicle is thereby avoided and increases the range of the vehicle.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Koppelelemente IGBT-Leistungshalbleiterschalter oder MOSFET-Leistungshalbleiterschalter umfassen, und das Erfassen eines Fehlerfalls kann das Erfassen eines Ausfalls der Ansteuerbarkeit der Koppelelemente umfassen. Leistungshalbleiterschalter können vorteilhafterweise genutzt werden, um die Effizienz und Leistungsfähigkeit der Energiespeichereinrichtung zu optimieren.According to one embodiment of the method according to the invention, the coupling elements may comprise IGBT power semiconductor switches or MOSFET power semiconductor switches, and detecting an error case may comprise detecting a failure of the controllability of the coupling elements. Power semiconductor switches can be advantageously used to optimize the efficiency and performance of the energy storage device.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Erfassen eines Ausfalls der Ansteuerbarkeit der Koppelelemente ein Messen einer über die Leistungshalbleiterschalter abfallenden Spannung umfassen. Dadurch kann das Vorliegen einer Betriebsstörung in den Leistungshalbleiterschalter zuverlässig und effizient erfasst werden. According to one embodiment of the method according to the invention, the detection of a failure of the controllability of the coupling elements may comprise measuring a voltage drop across the power semiconductor switches. Thereby, the presence of a malfunction in the power semiconductor switch can be detected reliably and efficiently.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Ansteuern der Koppelelemente der anderen der beiden Halbbrücken zum Einstellen eines Überbrückungszustands ein Einstellen eines ersten Überbrückungszustands über ein erstes Koppelelement der anderen der beiden Halbbrücken für eine erste erfasste Stromrichtung und ein Einstellen eines zweiten Überbrückungszustands über ein zweites Koppelelement der anderen der beiden Halbbrücken für eine zweite erfasste Stromrichtung umfassen. Durch diese Maßnahme kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass sich das Energiespeichermodul in dem jeweiligen Energieversorgungszweig neutral verhält und lediglich den Strom der übrigen Energiespeichermodule durchleitet, ohne selbst Energie aufzunehmen.According to one embodiment of the method according to the invention, the driving of the coupling elements of the other of the two half bridges for setting a bridging state, setting a first bridging state via a first coupling element of the other of the two half-bridges for a first detected current direction and setting a second bridging state via a second coupling element another of the two half-bridges for a second detected current direction. As a result of this measure, it can advantageously be achieved that the energy storage module behaves neutrally in the respective energy supply branch and merely passes the current of the remaining energy storage modules without itself receiving energy.

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 eines Systems mit einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a system with an energy storage device according to an embodiment of the present invention;

2 eine schematische Darstellung eines Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 2 a schematic representation of an energy storage module of an energy storage device according to another embodiment of the present invention; and

3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum dynamischen Einstellen eines Kurzschlusszustands in einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 a schematic representation of a method for dynamically setting a short-circuit state in an energy storage device according to another embodiment of the present invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 mit einer Energiespeichereinrichtung 1 zur Spannungswandlung von in Energiespeichermodulen 3 bereitgestellter Gleichspannung in eine n-phasige Wechselspannung. Die Energiespeichereinrichtung 1 umfasst eine Vielzahl von Energieversorgungszweigen Z, von denen in 1 beispielhaft drei gezeigt sind, welche zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung, beispielsweise für eine Drehstrommaschine 2, geeignet sind. Es ist jedoch klar, dass jede andere Anzahl an Energieversorgungszweigen Z ebenso möglich sein kann. Die Energieversorgungszweige Z können eine Vielzahl von Energiespeichermodulen 3 aufweisen, welche in den Energieversorgungszweigen Z in Serie geschaltet sind. Beispielhaft sind in 1 je drei Energiespeichermodule 3 pro Energieversorgungszweig Z gezeigt, wobei jedoch jede andere Anzahl an Energiespeichermodulen 3 ebenso möglich sein kann. Die Energiespeichereinrichtung 1 verfügt an jedem der Energieversorgungszweige Z über einen Ausgangsanschluss 1a, 1b und 1c, welche jeweils an Phasenleitungen 2a, 2b bzw. 2c angeschlossen sind. 1 shows a schematic representation of a system 100 with an energy storage device 1 for voltage conversion in energy storage modules 3 provided DC voltage in an n-phase AC voltage. The energy storage device 1 comprises a plurality of power supply branches Z, of which in 1 three are shown by way of example, which are used to generate a three-phase alternating voltage, for example for a three-phase machine 2 , are suitable. However, it will be understood that any other number of power supply branches Z may also be possible. The power supply branches Z may have a plurality of energy storage modules 3 have, which are connected in the power supply branches Z in series. Exemplary are in 1 three energy storage modules each 3 each power supply branch Z shown, but with any other number of energy storage modules 3 may be possible as well. The energy storage device 1 has at each of the power supply branches Z via an output terminal 1a . 1b and 1c , which in each case to phase lines 2a . 2 B respectively. 2c are connected.

Das System 100 kann weiterhin eine Steuereinrichtung 6 umfassen, welche mit der Energiespeichereinrichtung 1 verbunden ist, und mit Hilfe derer die Energiespeichereinrichtung 1 gesteuert werden kann, um die gewünschten Ausgangsspannungen an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 1a, 1b, 1c bereitzustellen.The system 100 can continue a control device 6 comprising, which with the energy storage device 1 connected, and with the aid of which the energy storage device 1 can be controlled to the desired output voltages at the respective output terminals 1a . 1b . 1c provide.

Die Energiespeichermodule 3 weisen jeweils zwei Ausgangsanschlüsse 3a und 3b auf, über welche eine Ausgangsspannung der Energiespeichermodule 3 bereitgestellt werden kann. Da die Energiespeichermodule 3 primär in Reihe geschaltet sind, summieren sich die Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule 3 zu einer Gesamt-Ausgangsspannung, welche an dem jeweiligen der Ausgangsanschlüsse 1a, 1b und 1c der Energiespeichereinrichtung 1 bereitgestellt werden kann.The energy storage modules 3 each have two output terminals 3a and 3b on, over which an output voltage of the energy storage modules 3 can be provided. Because the energy storage modules 3 are primarily connected in series, the output voltages of the energy storage modules add up 3 to a total output voltage present at the respective one of the output terminals 1a . 1b and 1c the energy storage device 1 can be provided.

Eine beispielhafte Aufbauform der Energiespeichermodule 3 ist in 2 in größerem Detail gezeigt. Die Energiespeichermodule 3 umfassen dabei jeweils eine Koppeleinrichtung 7 mit mehreren Koppelelementen 7a, 7c sowie 7b und 7d. Die Energiespeichermodule 3 umfassen weiterhin jeweils ein Energiespeicherzellenmodul 5 mit einem oder mehreren in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 5a bis 5k.An exemplary construction of the energy storage modules 3 is in 2 shown in greater detail. The energy storage modules 3 each comprise a coupling device 7 with several coupling elements 7a . 7c such as 7b and 7d , The energy storage modules 3 each further comprise an energy storage cell module 5 with one or more energy storage cells connected in series 5a to 5k ,

Das Energiespeicherzellenmodul 5 kann dabei beispielsweise in Reihe geschaltete Batterien 5a bis 5k, beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren aufweisen. Dabei beträgt die Anzahl der Energiespeicherzellen 5a bis 5k in dem in 2 gezeigten Energiespeichermodul 3 beispielhaft zwei, wobei jedoch jede andere Zahl von Energiespeicherzellen 5a bis 5k ebenso möglich ist.The energy storage cell module 5 can, for example, in series batteries 5a to 5k , For example, lithium-ion batteries or lithium-ion batteries have. The number of energy storage cells is 5a to 5k in the 2 shown energy storage module 3 two by way of example, but with every other number of energy storage cells 5a to 5k is also possible.

Die Energiespeicherzellenmodule 5 sind über Verbindungsleitungen mit Eingangsanschlüssen der zugehörigen Koppeleinrichtung 7 verbunden. Die Koppeleinrichtung 7 ist in 2 als Vollbrückenschaltung mit je zwei Koppelelementen 7a, 7c und zwei Koppelelementen 7b, 7d ausgebildet. Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d können dabei jeweils ein aktives Schaltelement, beispielsweise einen Halbleiterschalter, und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode aufweisen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d als MOSFET-Schalter, welche bereits eine intrinsische Diode aufweisen, oder IGBT-Schalter ausgebildet sind. Die Koppelelemente 7a und 7c können dabei als linksseitige Halbbrücke 7e mit Mittelabgriff und die Koppelelemente 7b und 7d als rechtsseitige Halbbrücke 7f mit Mittelabgriff ausgebildet sein. Die Mittelabgriffe der Halbbrücken 7e und 7f sind dabei jeweils mit einem der Modulausgangsanschlüsse 3a und 3b verbunden.The energy storage cell modules 5 are via connection lines with input terminals of the associated coupling device 7 connected. The coupling device 7 is in 2 as a full bridge circuit with two coupling elements 7a . 7c and two coupling elements 7b . 7d educated. The coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d can each have an active switching element, such as a semiconductor switch, and a parallel-connected freewheeling diode. It may be provided that the coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d as MOSFET switches, which already have an intrinsic diode, or IGBT switches are formed. The coupling elements 7a and 7c can as a left-side half-bridge 7e with center tap and the coupling elements 7b and 7d as right half bridge 7f With Center tap be formed. The middle taps of the half bridges 7e and 7f are each with one of the module output terminals 3a and 3b connected.

Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d können derart angesteuert werden, beispielsweise mit Hilfe der in 1 dargestellten Steuereinrichtung 6, dass das jeweilige Energiespeicherzellenmodul 5 selektiv zwischen die Modulausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet wird oder dass das Energiespeicherzellenmodul 5 überbrückt wird. Mit Bezug auf 2 kann das Energiespeicherzellenmodul 5 beispielsweise in Vorwärtsrichtung zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet werden, indem das aktive Schaltelement des Koppelelements 7d und das aktive Schaltelement des Koppelelements 7a in einen geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden übrigen aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7b und 7c in einen offenen Zustand versetzt werden. Schließlich kann das Energiespeicherzellenmodul 5 beispielsweise in Rückwärtsrichtung zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet werden, indem das aktive Schaltelement des Koppelelements 7b und das aktive Schaltelement des Koppelelements 7c in einen geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden übrigen aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7d in einen offenen Zustand versetzt werden. Durch geeignetes Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 können daher einzelne Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichermodule 3 gezielt und mit beliebiger Polung in die Reihenschaltung eines Energieversorgungszweigs Z integriert werden.The coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d can be controlled in such a way, for example with the help of in 1 shown control device 6 in that the respective energy storage cell module 5 selectively between the module output terminals 3a and 3b is switched or that the energy storage cell module 5 is bridged. Regarding 2 can the energy storage cell module 5 for example, in the forward direction between the output terminals 3a and 3b be switched by the active switching element of the coupling element 7d and the active switching element of the coupling element 7a be placed in a closed state, while the two remaining active switching elements of the coupling elements 7b and 7c be put in an open state. Finally, the energy storage cell module 5 for example, in the reverse direction between the output terminals 3a and 3b be switched by the active switching element of the coupling element 7b and the active switching element of the coupling element 7c be placed in a closed state, while the two remaining active switching elements of the coupling elements 7a and 7d be put in an open state. By suitable activation of the coupling devices 7 can therefore individual energy storage cell modules 5 the energy storage modules 3 targeted and with any polarity in the series connection of a power supply branch Z can be integrated.

Ein erster Überbrückungszustand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7b in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7c und 7d in offenem Zustand gehalten werden. Ein zweiter Überbrückungszustand kann dadurch eingestellt werden, dass die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7b in offenem Zustand gehalten werden, während die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7c und 7d in geschlossenen Zustand versetzt werden. Der erste Überbrückungszustand kann dabei ohne Beschränkung der Allgemeinheit als oberer aktiver Kurzschlusszustand, der zweite Überbrückungszustand als unterer aktiver Kurzschlusszustand bezeichnet werden.A first bridging state can be set, for example, by virtue of the fact that the two active switching elements of the coupling elements 7a and 7b be placed in the closed state, while the two active switching elements of the coupling elements 7c and 7d kept open. A second bypass state can be set by the fact that the two active switching elements of the coupling elements 7a and 7b be kept in the open state, while the two active switching elements of the coupling elements 7c and 7d be placed in the closed state. The first bridging state can be referred to as the upper active short-circuit state, the second bridging state as the lower active short-circuit state, without limiting the generality.

Die Bezeichnungen „Kurzschlusszustand“ sind dabei aus Sicht der elektrischen Maschine 2 gewählt, da die jeweiligen Maschinenwindungen kurzgeschlossen werden. In diesen Zuständen muss das jeweilige Energiespeichermodul 3 keine Ausgangsspannung mehr bereitstellen, das heißt, es fließt kein Strom mehr durch die jeweiligen Energiespeichermodule 3. In die gewöhnliche Ansteuerstrategie, die beispielsweise durch die Steuereinrichtung 6 durchgeführt werden kann, um die Energiespeichereinrichtung 1 anzusteuern, können beide Kurzschlusszustände integriert werden, sei es in wechselnder Folge oder stromrichtungsabhängig.The terms "short circuit condition" are from the point of view of the electrical machine 2 chosen because the respective machine windings are short-circuited. In these states, the respective energy storage module must 3 no longer provide output voltage, that is, no current flows through the respective energy storage modules 3 , In the usual driving strategy, for example, by the control device 6 can be performed to the energy storage device 1 To control both short-circuit conditions can be integrated, either in alternating sequence or current direction-dependent.

Es kann nun der Fehlerfall eintreten, dass die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7c bzw. 7b und 7d einer der beiden Halbbrücken nicht mehr angesteuert, insbesondere schließend angesteuert werden können. Dadurch wird es nicht mehr möglich, die zugehörigen Energiespeicherzellen 5a bis 5k zu entladen, da sie nicht mehr in der erforderlichen Polarität in den Energieversorgungszweig Z geschaltet werden können. Problematisch kann es dabei sein, dass die Freilaufdioden der Koppelelemente 7a bis 7d ungewollt Strom aufnehmen, wenn eigentlich ein Kurzschlusszustand eingestellt werden soll, so dass die Energiespeicherzellen 5a bis 5k ungewollt aufgeladen werden. Beispielsweise kann in einem Fehlerfall der linksseitigen Halbbrücke, das heißt der Koppelelemente 7a und 7c, die Einstellung eines oberen aktiven Kurzschlusszustands dazu führen, dass statt des ungewollt nicht mehr schließenden aktiven Schaltelements des Koppelelements 7a die Freilaufdiode des Koppelelements 7c den Strom aufnimmt. Dies bedeutet, dass sich ein Stromflusspfad durch die Freilaufdiode des Koppelelements 7c, das Energiespeicherzellenmodul 5 sowie das geschlossene aktive Schaltelement des Koppelelements 7b ausbildet, was zu einem Laden der Energiespeicherzellen 5a bis 5k führt.It can now occur the error case that the active switching elements of the coupling elements 7a and 7c respectively. 7b and 7d one of the two half-bridges no longer controlled, in particular closing can be controlled. As a result, it is no longer possible, the associated energy storage cells 5a to 5k to be discharged because they can not be switched in the required polarity in the power supply branch Z. The problem may be that the freewheeling diodes of the coupling elements 7a to 7d unintentionally pick up current when a short circuit condition is supposed to be set, so that the energy storage cells 5a to 5k be charged unintentionally. For example, in the case of an error, the left-side half-bridge, that is, the coupling elements 7a and 7c , the setting of an upper active short circuit condition cause that instead of the unintentionally no longer closing active switching element of the coupling element 7a the freewheeling diode of the coupling element 7c absorbs the current. This means that a current flow path through the freewheeling diode of the coupling element 7c , the energy storage cell module 5 and the closed active switching element of the coupling element 7b trains, resulting in a charging of the energy storage cells 5a to 5k leads.

Um nun zu verhindern, dass ungewollte Ladeströme in defekten Energiespeichermodulen 3 fließen, kann einerseits der gesamte Energieversorgungszweig Z mit dem defekten Energiespeichermodul 3 stillgelegt werden. Diese Vorgehensweise vermindert allerdings die Verfügbarkeit des Systems 100 im Gesamten. Es ist daher vorteilhaft, einen Kurzschlusszustand in einem Energiespeichermodul 3 mit einer defekten Halbbrücke dynamisch einzustellen, um das Energiespeichermodul 3 sicher in dem Energieversorgungszweig Z zu überbrücken, ohne dass ungewollte Ladeströme auftreten. Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige dynamische Ansteuerstrategie wird weiter unten im Zusammenhang mit 3 erläutert.In order to prevent unwanted charging currents in defective energy storage modules 3 flow, on the one hand, the entire energy supply branch Z with the defective energy storage module 3 be shut down. However, this approach reduces the availability of the system 100 all in one. It is therefore advantageous to have a short circuit condition in an energy storage module 3 dynamically adjust with a defective half-bridge to the energy storage module 3 safely in the power supply branch Z to bridge without unwanted charging currents occur. An embodiment of such a dynamic drive strategy will be described below 3 explained.

Beispielhaft dient das System 100 in 1 zur Speisung einer dreiphasigen elektrischen Maschine 2, beispielsweise in einem elektrischen Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung 1 zur Erzeugung von elektrischem Strom für ein Energieversorgungsnetz 2 verwendet wird. Die Energieversorgungszweige Z können an ihrem zu einem Sternpunkt verbundenen Ende mit einem Bezugspotential 4 (Bezugspotentialschiene) verbunden werden. Das Bezugspotential 4 kann beispielsweise ein Massepotential sein. Auch ohne weitere Verbindung mit einem außerhalb der Energieversorgungseinrichtung 1 liegenden Bezugspotential kann das Potential der zu einem Sternpunkt verbundenen Enden der Energieversorgungszweige Z per Definition als Bezugspotential 4 festgelegt werden.The system is exemplary 100 in 1 for feeding a three-phase electric machine 2 For example, in an electric drive system for an electrically powered vehicle. However, it can also be provided that the energy storage device 1 for generating electricity for a power grid 2 is used. The power supply branches Z can be connected at their end connected to a star point with a reference potential 4 (Reference potential rail) are connected. The reference potential 4 may for example be a ground potential. Even without further connection with an outside of the power supply device 1 lying reference potential, the potential of the connected to a neutral point ends of the power supply branches Z by definition as a reference potential 4 be determined.

Für die Erzeugung einer Phasenspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen 1a, 1b und 1c einerseits und der Bezugspotentialschiene 4 andererseits wird üblicherweise nur ein Teil der Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichermodule 3 benötigt. Deren Koppeleinrichtungen 7 können derart angesteuert werden, dass die Gesamt-Ausgangsspannung eines Energieversorgungszweigs Z stufig in einem rechteckigen Spannungs-/Strom-Stellbereich zwischen der mit der Anzahl der Energiespeichermodule 3 multiplizierten negativen Spannung eines einzelnen Energiespeicherzellenmoduls 5 und der mit der Anzahl der Energiespeichermodule 3 multiplizierten positiven Spannung eines einzelnen Energiespeicherzellenmoduls 5 einerseits und dem negativen und dem positiven Nennstrom durch ein einzelnes Energiespeichermodul 3 andererseits eingestellt werden kann.For generating a phase voltage between the output terminals 1a . 1b and 1c on the one hand and the reference potential rail 4 On the other hand, usually only a part of the energy storage cell modules 5 the energy storage modules 3 needed. Their coupling devices 7 can be controlled such that the total output voltage of a power supply branch Z stage in a rectangular voltage / current adjustment range between the with the number of energy storage modules 3 multiplied negative voltage of a single energy storage cell module 5 and the number of energy storage modules 3 multiplied positive voltage of a single energy storage cell module 5 on the one hand and the negative and the positive rated current through a single energy storage module 3 on the other hand can be adjusted.

Die Kurzschlusszustände werden daher in der gesamten Ansteuerstrategie verhältnismäßig häufig eingesetzt, da ein Energiespeichermodul 3 in der Regel nur zu einem Bruchteil eines Ansteuerzyklus zur Bereitstellung der Gesamtausgangsspannung des Systems 100 beiträgt.The short circuit conditions are therefore used relatively frequently in the entire control strategy, since an energy storage module 3 typically only a fraction of a drive cycle to provide the overall output voltage of the system 100 contributes.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 10 zum dynamischen Einstellen von Kurzschlusszuständen in einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere einer Energiespeichereinrichtung 1, wie im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben. Das Verfahren 10 kann beispielsweise für eine Energiespeichereinrichtung 1 eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebssystem 100, wie in 1 gezeigt, eingesetzt werden. 3 shows a schematic representation of a method 10 for dynamically setting short-circuit conditions in an energy storage device, in particular an energy storage device 1 , as related to the 1 and 2 described. The procedure 10 For example, for an energy storage device 1 an electrically powered vehicle with an electric drive system 100 , as in 1 shown to be used.

In einem ersten Schritt 11 kann zunächst ein Erfassen eines Fehlerfalls in einer der Halbbrücken 7e bzw. 7f eines der Energiespeichermodule 3 der Energiespeichereinrichtung 1 erfolgen. Ein Fehlerfall kann dabei insbesondere ein ungewollter Betriebszustand sein, in dem die Funktionsfähigkeit der aktiven Schaltelemente der Koppeleinrichtung 7 gestört ist. Beispielsweise kann die Funktionsfähigkeit der aktiven Schaltelemente dahingehen gestört sein, dass sich aktiv kein geschlossener Zustand der aktiven Schaltelemente mehr einstellen lässt. Ein Ausfall der Ansteuerbarkeit der Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d kann beispielsweise über das Messen des Spannungsabfalls über das aktive Schaltelement des jeweiligen Koppelelements erfolgen. Ein intakter, eingeschalteter Leistungshalbleiterschalter sollte einen im Vergleich zur Ausgangsspannung des Energiespeicherzellenmoduls 5 geringen Spannungsabfall aufweisen.In a first step 11 can first detect a fault in one of the half bridges 7e respectively. 7f one of the energy storage modules 3 the energy storage device 1 respectively. An error case can be in particular an unwanted operating state, in which the functionality of the active switching elements of the coupling device 7 is disturbed. For example, the functionality of the active switching elements may be disturbed to the effect that actively no closed state of the active switching elements can be set more. A failure of the controllability of the coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d can be done for example via the measurement of the voltage drop across the active switching element of the respective coupling element. An intact, switched-on power semiconductor switch should have a compared to the output voltage of the energy storage cell module 5 have low voltage drop.

In einem zweiten Schritt 12 des Verfahrens 10 kann ein Erfassen einer momentanen Stromrichtung eines Stromflusses durch den Energieversorgungszweig Z des mit dem Fehlerfall behafteten Energiespeichermoduls 3 erfolgen. Danach kann in einem dritten Schritt 13 ein Ansteuern der Koppelelemente 7a, 7c; 7b, 7d der anderen der beiden Halbbrücken 7e bzw. 7f zum Einstellen eines Überbrückungszustands des mit dem Fehlerfall behafteten Energiespeichermoduls 3 in Abhängigkeit von der erfassten momentanen Stromrichtung erfolgen. Dies erfolgt vorzugsweise im dynamischen Wechsel, das heißt, es kann ein Einstellen eines ersten Überbrückungszustands über ein erstes Koppelelement 7a, 7b, 7c, 7d der anderen der beiden Halbbrücken 7e bzw. 7f für eine erste erfasste Stromrichtung und ein Einstellen eines zweiten Überbrückungszustands über ein zweites Koppelelement 7a, 7b, 7c, 7d der anderen der beiden Halbbrücken 7e bzw. 7f für eine zweite erfasste Stromrichtung erfolgen.In a second step 12 of the procedure 10 can detect a current current direction of a current flow through the power supply branch Z of the faulty case energy storage module 3 respectively. After that, in a third step 13 a driving of the coupling elements 7a . 7c ; 7b . 7d the other of the two half bridges 7e respectively. 7f for setting a bridging state of the faulted energy storage module 3 as a function of the detected instantaneous current direction. This is preferably done in dynamic change, that is, it can be a setting of a first lock-up state via a first coupling element 7a . 7b . 7c . 7d the other of the two half bridges 7e respectively. 7f for a first detected current direction and setting a second bypass state via a second coupling element 7a . 7b . 7c . 7d the other of the two half bridges 7e respectively. 7f take place for a second detected current direction.

Beispielsweise kann für eine Stromrichtung von dem Modulausgangsanschluss 3a zu dem Modulausgangsanschluss 3b und einen Fehlerfall in der linksseitigen Halbbrücke 7e das Koppelelement 7b der rechtsseitigen Halbbrücke 7f geschlossen werden, um einen sicheren aktiven oberen Kurzschlusszustand herzustellen. Umgekehrt kann für eine Stromrichtung von den Modulausgangsanschluss 3b zu dem Modulausgangsanschluss 3a und einen Fehlerfall in der linksseitigen Halbbrücke 7e das Koppelelement 7d der rechtsseitigen Halbbrücke 7f geschlossen werden, um einen sicheren aktiven unteren Kurzschlusszustand herzustellen. Für eine Wechselspannung, die durch den Energieversorgungszweig Z bereitgestellt wird, kann also im Wechsel der Halbwellen des Zweigstroms in dem Energieversorgungszweig Z zwischen dem ersten und zweiten Überbrückungszustand hin und her gewechselt werden.For example, for a current direction of the module output terminal 3a to the module output connector 3b and a fault in the left half bridge 7e the coupling element 7b the right half bridge 7f closed to establish a safe active upper short circuit condition. Conversely, for a current direction from the module output terminal 3b to the module output connector 3a and a fault in the left half bridge 7e the coupling element 7d the right half bridge 7f closed to establish a safe active lower state short circuit. For an alternating voltage which is provided by the power supply branch Z, it is therefore possible to switch back and forth between the first and second bridging state in the change of the half-waves of the branch current in the energy supply branch Z.

Mit dem Verfahren 10 kann verhindert werden, dass der Energieinhalt der Energiespeichereinrichtung 1 unkontrolliert ansteigt, ohne dass einer der Energieversorgungszweige Z komplett stillgelegt werden müsste. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn bei einem Auftreten eines Fehlerfalls das jeweilige Energiespeicherzellenmodul 5 des mit dem Defekt behafteten Energiespeichermoduls 3 nahezu voll geladen ist, da dann nur noch wenig Restenergie sicher in dem Energiespeicherzellenmodul 5 sicher deponiert werden kann, und der Energieversorgungszweig Z nur noch für kurze Zeit betrieben werden kann.With the procedure 10 can be prevented that the energy content of the energy storage device 1 increases uncontrollably, without one of the energy supply branches Z would have to be completely shut down. This is particularly advantageous if, when an error occurs, the respective energy storage cell module 5 of the defective energy storage module 3 is almost fully charged, because then only a small amount of residual energy safely in the energy storage cell module 5 can be safely deposited, and the power supply branch Z can only be operated for a short time.

Das Verfahren 10 eignet sich also dazu, ein defektes Energiespeichermodul 3 sicher und dauerhaft in einem Energieversorgungszweig Z zu überbrücken, ohne dass sicherheitskritische Betriebszustände auftreten können. In einem Fehlerfall ist daher die Funktionsfähigkeit des gesamten Systems nur marginal beeinträchtigt. Bei elektrischen Antriebssystemen in elektrisch betriebenen Fahrzeugen kann im Fehlerfall daher eine Warnung bzw. ein Hinweis zum Aufsuchen einer Werkstatt an den Fahrer ausgegeben werden, das Fahrzeug bleibt aber nach wie vor zumindest eingeschränkt fahrtüchtig, beispielsweise in einem zeitlich prinzipiell nicht beschränkten Notlaufmodus. The procedure 10 So it is suitable, a defective energy storage module 3 safely and permanently bridged in a power supply branch Z, without safety-critical operating conditions can occur. In an error case, therefore, the functionality of the entire system is only marginally affected. In electric drive systems in electrically operated vehicles can therefore be issued in the event of failure, a warning or a notice to visit a workshop to the driver, but the vehicle remains at least restricted roadworthy, for example, in a not limited in principle emergency running mode.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5642275 A1 [0005]
DE 102010027857 A1 [0007]
DE 102010027861 A1 [0007]

Claims

Procedure ( 10 ) for dynamic setting of short circuit conditions in an energy storage device ( 1 ), which have a plurality of energy supply branches (Z) each with a plurality of energy storage modules ( 3 ) for generating a branch output voltage at a plurality of output terminals ( 1a . 1b . 1c ) of the energy storage device ( 1 ), wherein the plurality of energy storage modules ( 3 ) each comprise: two module output terminals ( 3a ; 3b ); a coupling device ( 7 ) with a first half-bridge ( 7e ) from first coupling elements ( 7a ; 7c ), which via a center tap with a first of the module output terminals ( 3a ) and a second half bridge ( 7f ) from second coupling elements ( 7b ; 7d ), which via a center tap with a second of the module output terminals ( 3b ) is coupled; and an energy storage cell module ( 5 ) with at least one energy storage cell ( 5a ; 5k ), which between the first and second half bridge ( 7e ; 7f ), wherein the coupling device ( 7 ) is adapted to the energy storage cell module ( 5 ) in the respective power supply branch (Z) or to bridge in that, wherein the method ( 10 ) comprises the steps: detecting ( 11 ) of an error in one of the two half-bridges ( 7e . 7f ) one of the energy storage modules ( 3 ); To capture ( 12 ) an instantaneous current direction of a current flow through the energy supply branch (Z) of the energy storage module ( 3 ); Drive ( 13 ) of the coupling elements ( 7a . 7c ; 7b . 7d ) of the other half bridges ( 7e . 7f ) for setting a bridging state of the faulted energy storage module ( 3 ) in dependence on the detected instantaneous current direction.

Procedure ( 10 ) according to claim 1, wherein the coupling elements ( 7a . 7b . 7c . 7d IGBT power semiconductor switches or MOSFET power semiconductor switches, and wherein the sensing ( 11 ) of an error, the detection of a failure of the controllability of the coupling elements ( 7a . 7b . 7c . 7d ).

Procedure ( 10 ) according to claim 2, wherein the detection of a failure of the controllability of the coupling elements ( 7a . 7b . 7c . 7d ) comprises measuring a voltage drop across the power semiconductor switches.

Procedure ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the driving ( 13 ) of the coupling elements ( 7a . 7c ; 7b . 7d ) of the other half bridges ( 7e . 7f ) for setting a lock-up state setting a first lock-up state via a first coupling element ( 7a . 7b . 7c . 7d ) of the other half bridges ( 7e . 7f ) for a first detected current direction and setting a second bypass state via a second coupling element ( 7a . 7b . 7c . 7d ) of the other half bridges ( 7e . 7f ) for a second sensed current direction.

Electric drive system ( 100 ), comprising: an energy storage device ( 1 ), which have a plurality of energy supply branches (Z) each with a plurality of energy storage modules ( 3 ) for generating a branch output voltage at a plurality of output terminals ( 1a . 1b . 1c ) of the energy storage device ( 1 ), wherein the plurality of energy storage modules ( 3 ) each comprise: two module output terminals ( 3a ; 3b ); a coupling device ( 7 ) with a first half-bridge ( 7e ) from first coupling elements ( 7a ; 7c ), which via a center tap with a first of the module output terminals ( 3a ) and a second half bridge ( 7f ) from second coupling elements ( 7b ; 7d ), which via a center tap with a second of the module output terminals ( 3b ) is coupled; and an energy storage cell module ( 5 ) with at least one energy storage cell ( 5a ; 5k ), which between the first and second half bridge ( 7e ; 7f ), wherein the coupling device ( 7 ) is adapted to the energy storage cell module ( 5 ) in the respective power branch (Z) or to bridge in that; and a control device ( 6 ) associated with the energy storage device ( 1 ) for driving the coupling devices ( 7 ) and which is adapted to perform a method according to one of claims 1 to 4.

Electrically powered vehicle, comprising: an electric drive system ( 100 ) according to claim 5; and an n-phase electric machine ( 2 ) with n phase terminals connected to the output terminals ( 1a . 1b . 1c ) of the energy storage device ( 1 ), where n ≥ 1.