DE102018106307A1 - Batterieauslegung eines Fahrzeugs mit mehreren Antriebsmotoren - Google Patents

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Abstract

Verfahren zu einer Batterieauslegung für einen Betrieb mindestens zweier N-phasiger elektrischer Maschinen (211, 221), bei dem eine Batterie mehrere Energiemodule (212, 222) umfasst und die Energiemodule (212, 222) jeweilig mindestens eine Energiezelle und mindestens zwei Leistungsschalter aufweisen, wobei einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221) eine jeweilige Gruppe (214, 224) der mehreren Energiemodule (212, 222) zugewiesen wird und die Zuweisung gemäß einer Schätzung eines jeweiligen Energieverbrauchs der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen (211, 221) auf Grundlage einer anzunehmenden jeweiligen Belastung der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen (211, 221) vorgenommen wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein System und ein Multilevelkonvertersystem für ein Elektrofahrzeug mit mindestens zwei einer jeweiligen Antriebseinheit zugewiesenen Elektromotoren, bei dem eine Organisation von Modulen einer Batterie im Hinblick auf einen vermuteten Energieverbrauch der jeweiligen Elektromotoren erfolgt.
  • Moderne elektrisch betriebene Fahrzeuge besitzen typischerweise mehr als einen Antriebsmotor. Ist beispielsweise jeweils ein Elektromotor an einer Vorderachse und ein Elektromotor an einer Hinterachse angeordnet, weisen die jeweiligen Elektromotoren ein eigenes Wechselstromsystem auf. Grund dafür sind unterschiedliche Einwirkungen auf Vorder- und Hinterachse bspw. während Kurvenfahrten oder instabilen Fahrsituationen, z.B. bei Driften oder Gleiten, und insbesondere aktiv eingestellte unterschiedliche Momentenverteilungen vorne und hinten. Außerdem bedingt eine starke Beschleunigung eine Verschiebung eines Kraftfahrzeugschwerpunkts Richtung Hinterachse bzw. ein starkes Bremsen eine Verschiebung Richtung Vorderachse, wodurch sich ein aufzubringendes bzw. aufgebrachtes Drehmoment in dem jeweiligen Elektromotor erhöht, und damit gleichbedeutend findet, bezogen auf Leistungsflüsse aus einem Energiespeicher, ein erhöhter Leistungszufluss auf den Elektromotor der Hinterachse bzw. ein erhöhter Leistungsabfluss hin zu einem Energiespeicher, eine sogenannte Rekuperation, statt. Es kann sogar überaus vorteilhaft sein, beim Bremsen und Beschleunigen eine ungleiche Momentenverteilung einzustellen. Darüber hinaus sind die maximalen Momente (Schlupfmomente) an der Vorder- und Hinterachse je nach Fahrsituation, bspw. beim Beschleunigen gegenüber einem Bremsen, unter anderem aufgrund der durch die Fahrsituation erzeugten Massenverteilung unterschiedlich.
  • Gewöhnlich besitzen elektrische Kraftfahrzeuge einen einzigen Energiespeicher, um die jeweiligen Elektromotoren der Vorder- und Hinterachse über einen jeweiligen Wechselrichter zu versorgen. Gemeinhin wird als Elektromotor ein Drehstrommotor eingesetzt, wobei ein Wechselrichter aus einem durch den Energiespeicher bereitgestellten Gleichstrom einen Drehstrom für den jeweiligen Drehstrommotor erzeugt. Da Leistungszuflüsse oder Leistungsabflüsse von den jeweiligen Drehstrommotoren auf den gleichen Energiespeicher einwirken, ist ein Ladezustand des Energiespeichers nur von einer insgesamt entnommenen oder eingespeisten Energie abhängig.
  • Ist für einen jeweiligen Elektromotor der Vorder- und Hinterachse auch ein jeweiliger Energiespeicher vorhanden, ist der jeweilige Ladezustand abhängig von einer an der jeweiligen Achse auftretenden Last. Da aufgrund eines Fahrzeugschwerpunktes ein Beschleunigungsvorgang hauptsächlich zu einem Leistungsabfluss von einem dem Elektromotor für die Hinterachse zugewiesenen Energiespeicher und ein Bremsvorgang hauptsächlich zu einem Leistungszufluss zu einem dem Elektromotor für die Vorderachse zugewiesenen Energiespeicher führt, wächst mit zunehmender Fahrtdauer eine Differenz der Ladezustände der jeweiligen Energiespeicher, was ein Energieübertragungssystem zwischen den Energiespeichern erfordert. Solche Systeme sind zwar bekannt, man kann damit aber eher wenig Energie übertragen.
  • Die Druckschrift US 2010/0194318 A1 offenbart ein Fahrzeug, welches von mehreren Motoren angetrieben wird und dem mehrere Batterien zur Speisung der Motoren zur Verfügung stehen. Sollte bei einer der Batterien ein Fehler auftreten, wird diese Batterie aus der Versorgung genommen.
  • Die US-amerikanische Druckschrift US 2007/0200521 A1 betrifft ein batteriebetriebenes Fahrzeug, das von mehreren Motoren angetrieben wird. Ein Kontrollgerät überwacht die Spannungsversorgung zu einem Wechselrichter.
  • Die Druckschrift US 2009/0033254 A1 offenbart ein zweifaches Wechselrichtersystem, wobei ein jeweiliger Wechselrichter einer Brennstoffzelle und einer Batterie zugeordnet wird. Das Wechselrichtersystem ist dazu konfiguriert, einen Wechselstrommotor zu betreiben.
  • Alle diese Druckschriften beschreiben Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge mit mehreren Energiespeichern, gegebenenfalls auch mehreren Motoren sowie der zugehörigen Regelung. Keiner dieser Schriften liegt jedoch eine rekonfigurierbare Gleichstromquelle zugrunde. Es werden zwingend Gleichstrom-Gleichstromwandler eingesetzt, welche nachteilig eine Gewichtszunahme und einen Raumbedarf mit sich bringen.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das einen Energieverbrauch der jeweiligen Antriebsmotoren schätzt und eine Energieversorgung zur Verfügung stellt, welche auf den jeweiligen Energieverbrauch zugeschnitten ist, ohne einen aufwändigen Energieübertrag zwischen unterschiedlich entladenen Energiespeichern notwendig zu machen. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes System und ein Multilevelkonvertersystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
  • Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zu einer Batterieauslegung für einen Betrieb mindestens zweier N-phasiger elektrischer Maschinen vorgeschlagen, bei dem eine Batterie mehrere Energiemodule umfasst und die Energiemodule jeweilig mindestens eine Energiezelle und mindestens zwei Leistungsschalter aufweisen, wobei einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine eine Gruppe der mehreren Energiemodule zugewiesen wird und die Zuweisung gemäß einer Schätzung eines jeweiligen Energieverbrauchs der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen auf Grundlage einer anzunehmenden jeweiligen Belastung der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen vorgenommen wird.
  • Es ist denkbar, bei einem Elektrofahrzeug an einer jeweiligen Achse eine jeweilige N-phasige elektrische Maschine anzuordnen. Des Weiteren ist es denkbar, an einem jeweiligen Rad des Elektrofahrzeugs eine jeweilige N-phasige elektrische Maschine anzuordnen. Je nach Fahrtverlauf und Fahrweise haben diese N-phasigen elektrischen Maschinen einen unterschiedlichen Energieverbrauch. Die jeweilige Schätzung der Belastung der einzelnen N-phasigen elektrischen Maschinen kann aus Testfahrten oder einer neuen Fahrt vorausgegangenen Fahrten gewonnen werden. Eine Anpassung der Schätzung an ein vorbekanntes Streckenprofil und/oder eine vorbekannte Fahrweise eines individuellen Fahrers ist denkbar. Auch ist denkbar, dass die jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen unterschiedliche Leistungsdaten aufweisen, bspw. um eine standardmäßige Höherbelastung des Antriebs auf der Hinterachse zu berücksichtigen. All diese Umstände führen zu einer unterschiedlichen Entladung einer aufgeteilten Batterie, wobei generell eine gleichmäßige Belastung zu bevorzugen ist, um einen vorzeitigen Ausfall eines höher in Anspruch genommenen Teiles der Batterie zu vermeiden. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens wird eine unterschiedliche Belastung und ggfs. eine Notwendigkeit, durch unterschiedliche Ladungszustände der Energiemodule, für einen Energieaustausch zwischen den Energiemodulen einzelner Gruppen sorgen zu müssen, vorteilhaft reduziert. Dabei verkleinern sich unterschiedliche Ladungszustände der Energiemodule zwischen einzelnen Gruppen umso mehr, je besser die Schätzung des Energieverbrauchs gelingt.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schätzung des jeweiligen Energieverbrauchs und die Zuweisung der Energiemodule in fortgeführter Abfolge während des Betriebes der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen vollzogen. Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Schätzung des jeweiligen Energieverbrauchs im Vorfeld, d. h. vor Inbetriebnahme der jeweiligen N-phasigen Maschinen, vorgenommen und die Zuweisung der Energiemodule entsprechend ebenfalls im Vorfeld gezielt fest implementiert wird. Dabei ergibt sich in der Regel eine gezielt asymmetrische Zuweisung der Energiemodule zu den jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen und somit eine asymmetrische Auslegung des die Energiemodule und die N-phasigen elektrischen Maschinen umfassenden erfindungsgemäßen Systems.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jeder Phase einer jeweiligen N-phasigen Maschine der mindestens zwei N-phasigen elektrischen Maschinen eine jeweilige Untergruppe der der jeweiligen N-phasigen Maschine zugeordneten Gruppe der mehreren Energiemodule zugewiesen. Es sind viele Möglichkeiten denkbar, die Energiemodule miteinander zu verschalten, um eine voneinander unabhängige Spannungsversorgung der jeweiligen Phasen zu gewährleisten. Handelt es sich beispielsweise um ein Fahrzeug mit einem eine Vorderachse antreibenden dreiphasigen Elektromotor und einem weiteren eine Hinterachse antreibenden dreiphasigen Elektromotor, so werden erfindungsgemäß den vorhandenen Elektromotoren zwei Gruppen zugewiesen, eine für jeden Elektromotor, und jede Gruppe ihrerseits entsprechend den drei Phasen in drei Untergruppen aufgeteilt.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil der Energiemodule mindestens zwei N-phasigen elektrischen Maschinen gemeinsam zugewiesen. Dadurch kann ein Energieübertrag zwischen diesen mindestens zwei N-phasigen elektrischen Maschinen erfolgen. Je besser die Schätzung des jeweiligen Energieverbrauchs gelingt, desto weniger miteinander verschaltete Energiemodule brauchen zum Zwecke des Energieübertrags bereitgestellt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Zahl der Energiemodule in der der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine zugewiesenen Gruppe der mehreren Energiemodule dimensioniert. Dabei wird vorausgesetzt, dass jedes Energiemodul eine gleich große Klemmenspannung aufweist. Die jeweilige Zahl der Energiemodule einer jeweiligen Gruppe wird vorteilhaft entsprechend der erwarteten Belastung der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine gewählt. Sind die jeweiligen eine Untergruppe bildenden Energiemodule in Reihe geschaltet, ergibt sich auf Grund der unterschiedlichen Zahl der Energiemodule in den jeweiligen Gruppen ein unterschiedlicher Gruppenklemmenspannungswert. Eine Stromstärke pro Untergruppe würde in diesem Fall jedoch gleich bleiben.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die jeweiligen Energiemodule in der der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine zugewiesenen Gruppe der mehreren Energiemodule in einer Speicherkapazität dimensioniert. Dies erfordert eine Bereitstellung von Energiemodulen mit unterschiedlicher Speicherkapazität, was beispielsweise durch Verwendung von Energiezellen unterschiedlicher Speicherkapazität erreicht werden kann. Genauso ist denkbar, die Zahl parallel pro Energiemodul verschalteter Energiezellen zu verändern. Hierbei bleiben die Klemmenspannung pro Energiezelle und damit auch der Gruppenklemmenspannungswert unverändert. Allerdings verändert sich mit der Speicherkapazität auch ein Innenwiderstand des jeweiligen Energiemoduls und damit eine bereitgestellte Stromstärke. Verringert man beispielsweise die Speicherkapazität des jeweiligen Energiemoduls, verringert der größer werdende Innenwiderstand des jeweiligen Energiemoduls die von dem jeweiligen Energiemodul aufgebrachte Stromstärke.
  • In einer fortgesetzt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die jeweiligen Energiemodule in der der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine zugewiesenen Gruppe der mehreren Energiemodule gemäß der erwarteten Belastung in einer von ihnen bereitgestellten Klemmenspannung dimensioniert. Dabei wird eine Anzahl von pro Energiemodul in Reihe verschalteten Energiezellen verändert. Dadurch verändern sich die Klemmenspannung des jeweiligen Energiemoduls und damit auch die Gruppenklemmenspannung. Eine von den Untergruppen jeweilig bereitgestellte Stromstärke bleibt gleich, da die Zahl der möglicherweise parallel verschalteten Energiezellen pro Energiemodul gleich bleibt.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Energiemodule in einer sternenförmigen Topologie angeordnet. Eine sternenförmige Anordnung der Energiemodule weist vorteilhaft N Stränge für jede der mindestens zwei N-phasigen elektrischen Maschinen auf, wobei ein jeweiliger Strang aus den Energiemodulen einer jeweiligen Untergruppe, die einer jeweiligen Phase einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine zugeordnet ist, besteht. Alle Stränge sind an einem ersten Ende zu einem gemeinsamen Punkt, dem sogenannten Neutralpunkt, zusammengefasst, während an ihrem anderen Ende eine jeweilige Phase einer N-phasigen elektrischen Maschine gebildet wird. Der so gebildete Neutralpunkt kann sich von aus dem Stand der Technik bekannten Neutralpunkten konventioneller N-phasiger Spannungsversorgungen unterscheiden. Es ist denkbar, ein paar der in jedem Strang zum Neutralpunkt nächstgelegenen Energiemodule fest untereinander zu verdrahten, um einen Energieübertrag von Energiemodulen, die einer ersten N-phasigen elektrischen Maschine zugeordnet sind, zu Energiemodulen, die einer zweiten N-phasigen elektrischen Maschine zugeordnet sind, zu ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Batterie ein modularer Multilevelkonverter gewählt, wie er bspw. in der Druckschrift DE 10 2010 052 934 A1 offenbart wurde. Damit kann ein zum Betrieb einer N-phasigen elektrischen Maschine nötiger Wechselstrom direkt aus dem Gleichstrom der zu Untergruppen zusammengefassten Energiemodule erzeugt werden.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schätzung des Energieverbrauchs einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine bei Auftreten eines unterschiedlichen Ladezustands in den Energiemodulen angepasst und auf Grundlage der angepassten Schätzung die Zuweisung der Energiemodule zu einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine rekonfiguriert. Bei Einsatz des Multilevelkonverters wird eine solche Rekonfiguration durch eine diesbezüglich angepasste Steuerung erreicht.
  • Ferner wird ein System beansprucht, das mindestens zwei N-phasige elektrische Maschinen und mehrere Energiemodule aufweist, wobei ein Energiemodul mindestens eine Energiezelle und mindestens zwei mit der mindestens einen Energiezelle des Energiemoduls verbundene Leistungsschalter aufweist, wobei einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine eine Gruppe der mehreren Energiemodule zugewiesen bzw. zuzuweisen ist, wobei die Zuweisung auf einer Schätzung eines jeweiligen Energieverbrauchs der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen auf Grundlage einer anzunehmenden jeweiligen Belastung der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen basiert.
  • Das erfindungsgemäße System ist dazu ausgelegt, ein erfindungsgemäßes Verfahren zu realisieren bzw. mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
  • In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System zusätzlich mindestens eine mit einem Computerprozessor und einem auf dem Computerprozessor laufenden Computerprogramm ausgestattete Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Verschaltung der Energiemodule gemäß einer Schätzung eines jeweiligen Energieverbrauchs einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine zu steuern.
  • In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System zusätzlich Sensoren, die dazu ausgelegt sind, einen jeweiligen Ladezustand der Energiezellen zu überwachen und diesen an den Computerprozessor zu einer Schätzung des jeweiligen Energieverbrauchs einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine weiterzugeben, wobei auf Grundlage der Schätzung die Verschaltung der Energiemodule rekonfiguriert werden kann.
  • Schließlich wird ein Multilevelkonvertersystem beansprucht, welches mit dem erfindungsgemäßen System ausgestattet ist und das ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    • 1 zeigt in schematischer Darstellung zwei einer jeweiligen Achse eines Kraftfahrzeugs zugewiesene Antriebsysteme gemäß dem Stand der Technik.
    • 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer in einer Zahl von Energiemodulen veränderten Konfiguration der einer jeweiligen Achse eines Kraftfahrzeugs zugewiesenen Antriebsysteme.
    • 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer in einer Zahl von Energiezellen pro Energiemodul veränderten Konfiguration der einer jeweiligen Achse eines Kraftfahrzeugs zugewiesenen Antriebsysteme.
    • 4 zeigt in schematischer Darstellung zwei Implementierungen eines Sternpunktes für durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Antriebssysteme.
  • In 1 werden in schematischer Darstellung 100 gemäß dem Stand der Technik zwei einer jeweiligen Achse eines Kraftfahrzeugs zugewiesene Antriebsysteme 110 und 120 gezeigt. Ein drei-phasiger Elektromotor 111 bzw. 121 ist an einer Vorderachse bzw. Hinterachse eines Elektrofahrzeugs angeordnet. Eine Energieversorgung der Elektromotoren 111 und 121 wird durch ein sternförmig ausgebildetes Multilevelkonvertersystem 101 bereitgestellt. Das Multilevelkonvertersystem 101 weist insgesamt sechs Stränge 114 und 124 auf, die zwei den jeweiligen Elektromotoren 111 und 121 zugewiesene Gruppen von Energiemodulen aufweisen. Ein Strang wird bspw. durch eine Reihe 113 von Energiemodulen, welche mehrere gleiche Energiemodule, wie bspw. Energiemodul 112, aufweisen, gebildet.
  • In 2 wird in schematischer Darstellung 200 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer in der Zahl von Energiemodulen veränderten Konfiguration der einer jeweiligen Achse des Kraftfahrzeugs zugewiesenen Antriebsysteme 210 und 220 gezeigt. Der an einer Vorderachse angeordnete Elektromotor 211 ist im Vergleich zu dem an der Hinterachse angeordneten Elektromotor 221 auf eine geringere Leistung ausgelegt. Dementsprechend werden erfindungsgemäß die Stränge 214 des Multilevelkonverters 201 innerhalb des Antriebsystems 210 mit weniger Energiemodulen gebildet als im Vergleich die Stränge 224 innerhalb des Antriebsystems 220. So wird im Antriebssystem 210 ein Strang bspw. durch eine Reihe 213 aus zwei gleichen Energiemodulen, darunter Energiemodul 212, gebildet. Demgegenüber wird im Antriebssystem 220 ein Strang bspw. durch eine Reihe 223 aus vier gleichen Energiemodulen, darunter Energiemodul 222, gebildet. Da die jeweiligen Stränge 214 und 224 jeweils in Reihe geschaltete Energiemodule aufweisen, ergibt sich aufgrund der geringeren Zahl der Energiemodule im Antriebssystem 210 im Vergleich zu Antriebssystem 220 ein geringerer Gruppenklemmenspannungswert, und damit eine kleinere Leistungsbereitstellung für den Elektromotor 211.
  • In 3 wird in schematischer Darstellung 300 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer in einer Zahl von Energiezellen pro Energiemodul veränderten Konfiguration der einer jeweiligen Achse eines Kraftfahrzeugs zugewiesenen Antriebsysteme 310 und 320 gezeigt. Der an einer Vorderachse angeordnete Elektromotor 311 ist im Vergleich zu dem an der Hinterachse angeordneten Elektromotor 321 auf eine geringere Leistung ausgelegt. Dementsprechend werden erfindungsgemäß die Stränge 314 des Multilevelkonverters 301 innerhalb des Antriebsystems 310 mit einer geringeren Zahl von Energiezellen pro jeweiligem Energiemodul gebildet als im Vergleich die Stränge 324 innerhalb des Antriebsystems 320. Daher ist ein beispielhaftes Energiemodul 312 im Antriebssystem 310 als kleineres Rechteck dargestellt als im Vergleich ein Energiemodul 322 im Antriebssystem 320. Da die jeweiligen Energiezellen pro Energiemodul in Reihe geschaltet sein sollen, ergibt sich aufgrund der geringeren Zahl der Energiezellen pro Energiemodul im Antriebssystem 310 im Vergleich zu Antriebssystem 320 ein geringerer Gruppenklemmenspannungswert und damit eine kleinere Leistungsbereitstellung für den Elektromotor 311.
  • In 4 werden in schematischer Darstellung 400 zwei beispielhafte Implementierungen 410, 412 eines Sternpunktes 404 für durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Antriebssysteme gezeigt. Der Ausschnitt 402 stellt den Bereich um einen Sternpunkt 404 dar, wie er bspw. durch Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Darstellungen 200 und 300 erhalten wird. Ein jeweiliger gestrichelter Kreis umfasst einen jeweiligen Bereich des Sternpunktes 404, der durch die detaillierte Verschaltung der jeweiligen Implementierung 410, 412 genauer dargestellt wird, aufgezeigt durch Doppelpfeile 408 und 406. Die Implementierung 410 stellt dabei eine Verschaltung dar, in der die jeweiligen Stränge von Energiemodulen über den Neutralpunkt Energie austauschen können. Eine Spannung von Phase zu Phase wird vermindert. Demgegenüber stellt die Implementierung 412 eine Einzelpunktverbindung dar, welche keinen Energieübertrag zwischen den Phasen erlaubt. Die Spannung von Phase zu Phase bleibt erhalten. Es ist denkbar, dass durch eine jeweilige Topologie der Leistungsschalter in Betrachtung aller Energiemodule und durch eine jeweilige Anordnung der Energiemodule zu Strängen ermöglicht wird, zwischen den jeweiligen Implementierungen, hier beispielhaft 410 und 412, während eines Betriebes zu wechseln. Ein geeignetes Design könnte hier die Spannung von Phase zu Phase sogar erhöhen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2010/0194318 A1 [0005]
    • US 2007/0200521 A1 [0006]
    • US 2009/0033254 A1 [0007]
    • DE 102010052934 A1 [0019]

Claims (14)

  1. Verfahren zu einer Batterieauslegung für einen Betrieb mindestens zweier N-phasiger elektrischer Maschinen (211, 221, 311, 321), bei dem eine Batterie mehrere Energiemodule (212, 222, 312, 322) umfasst und die Energiemodule (212, 222, 312, 322) jeweilig mindestens eine Energiezelle und mindestens zwei Leistungsschalter aufweisen, wobei einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221, 311, 321) eine jeweilige Gruppe (214, 224, 314, 324) der mehreren Energiemodule (212, 222, 312, 322) zugewiesen wird und die Zuweisung gemäß einer Schätzung eines jeweiligen Energieverbrauchs der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen (211, 221, 311, 321) auf Grundlage einer anzunehmenden jeweiligen Belastung der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen (211, 221, 311, 321) vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schätzung des jeweiligen Energieverbrauchs und die Zuweisung der Energiemodule (212, 222, 312, 322) in fortgeführter Abfolge während des Betriebes der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen (211, 221, 311, 321) vollzogen wird.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem jeder Phase einer jeweiligen N-phasigen Maschine (211, 221, 311, 321) der mindestens zwei N-phasigen elektrischen Maschinen (211, 221, 311, 321) eine jeweilige Untergruppe (213, 223) der der jeweiligen N-phasigen Maschine (211, 221, 311, 321) zugeordneten Gruppe (214, 224, 314, 324) der mehreren Energiemodule zugewiesen wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem ein Teil der Energiemodule (212, 222, 312, 322), mindestens zwei N-phasigen elektrischen Maschinen (211, 221, 311, 321) gemeinsam zugewiesen wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine Zahl der Energiemodule (212, 222, 312, 322) in der der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221, 311, 321) zugewiesenen Gruppe der mehreren Energiemodule (212, 222, 312, 322) dimensioniert wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die jeweiligen Energiemodule (212, 222, 312, 322) in der der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221, 311, 321) zugewiesenen Gruppe der mehreren Energiemodule (212, 222, 312, 322) in einer Speicherkapazität dimensioniert werden.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die jeweiligen Energiemodule (212, 222, 312, 322) in der der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221, 311, 321) zugewiesenen Gruppe der mehreren Energiemodule (212, 222, 312, 322) in einer von ihnen bereitgestellten Klemmenspannung dimensioniert werden.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Energiemodule (212, 222, 312, 322) in einer sternenförmigen Topologie angeordnet werden.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem als Batterie ein modularer Multilevelkonverter (101, 201, 301) gewählt wird.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Schätzung des Energieverbrauchs der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221, 311, 321) bei Auftreten eines unterschiedlichen Ladezustands in den Energiemodulen (212, 222, 312, 322) angepasst wird und auf Grundlage der angepassten Schätzung die Zuweisung der Energiemodule (212, 222, 312, 322) zu der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221, 311, 321) rekonfiguriert wird.
  11. System zu einer Batterieauslegung für einen Betrieb mindestens zweier N-phasiger elektrischer Maschinen (211, 221, 311, 321), das mindestens zwei N-phasige elektrische Maschinen (211, 221, 311, 321) und mehrere Energiemodule (212, 222, 312, 322) aufweist, wobei ein Energiemodul (212, 222, 312, 322) mindestens eine Energiezelle und mindestens zwei mit der mindestens einen Energiezelle des Energiemoduls (212, 222, 312, 322) verbundene Leistungsschalter aufweist, wobei einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine eine Gruppe der mehreren Energiemodule zugewiesen und/oder zuzuweisen ist, wobei die Zuweisung auf einer Schätzung eines jeweiligen Energieverbrauchs der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen auf Grundlage einer anzunehmenden jeweiligen Belastung der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschinen basiert.
  12. System nach Anspruch 11, welches zusätzlich mindestens eine mit einem Computerprozessor und einem auf dem Computerprozessor laufenden Computerprogramm ausgestattete Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Verschaltung der Energiemodule (212, 222, 312, 322) gemäß der Schätzung des jeweiligen Energieverbrauchs einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221, 311, 321), insbesondere während des Betriebs der jeweiligen N-phasigen Maschinen zu steuern, umfasst.
  13. System nach einem der Ansprüche 11 oder 12, welches zusätzlich Sensoren umfasst, die dazu ausgelegt sind, einen jeweiligen Ladezustand der Energiezellen zu überwachen und diesen an den Computerprozessor zu einer Schätzung des jeweiligen Energieverbrauchs einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine (211, 221, 311, 321) weiterzugeben, wobei auf Grundlage der Schätzung die Verschaltung der Energiemodule (212, 222, 312, 322) rekonfiguriert werden kann.
  14. Multilevelkonvertersystem (201, 301), welches ein System nach einem der Ansprüche 11 bis 13 aufweist und dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
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