DE102018109921B3

DE102018109921B3 - Elektrisches Energiespeichersystem

Info

Publication number: DE102018109921B3
Application number: DE102018109921.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Götz; Jan Kacetl; Tomas Kacetl; Malte Jaensch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energiespeichersystem, das mehrere Stränge (4) aufweist, wobei jeweils ein Strang (4) mehrere hintereinander angeordnete elektrische Energiespeichermodule (6) aufweist, die jeweils mindestens zwei Schalter (44) und mindestens eine Energiespeichereinheit (42) umfassen und die zwischen einem ersten Strangende und einem zweiten Strangende angeordnet sind, wobei an mindestens einem Strangende eines jeweiligen Strangs (4) mindestens ein Anschluss (8) angeordnet ist, an dem mindestens eine Phase mindestens einer elektrischen Last anschließbar ist, wobei die mehreren Stränge (4) zueinander so angeordnet sind, dass mindestens zwei elektrische Lasten an das elektrische Energiespeichersystem (2) anschließbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energiespeichersystem zur Versorgung mindestens einer elektrischen Last, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Versorgen mindestens einer Phase mindestens einer elektrischen Last mit elektrischer Energie.
Ein Fahrzeug, das mit mindestens einem Elektromotor angetrieben und somit fortbewegt wird, benötigt einen elektrischen Energiespeicher, der den Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt.
Aus der Druckschrift US 2007/062744 A1 ist ein modulares elektronisch konfigurierbares Batteriesystem bekannt. Ein Batteriesystem zum Speichern elektrischer Energie ist in der Druckschrift US 2015/303434 A1 beschrieben. Ein modulares Energiespeicher-Direktumrichtersystem ist aus der Druckschrift US 2017/207631 A1 bekannt. Die Druckschrift WO 2012/136395 A1 beschreibt einen Batteriedirektumrichter in Ringkonfiguration. Ein Verfahren zur Stabilisierung eines elektrischen Wechselspannungsnetzes ist aus der Druckschrift WO 2016/207026 A1 bekannt.
Derzeitige als Batteriepacks bzw. Batteriestacks ausgebildete Batterien sind fest verdrahtete Einheiten aus Einzelteilen, bspw. aus Zellen bzw. Batteriezellen. An einem Ausgang liefern derartige Batteriepacks fast ausschließlich eine Gleichspannung. Die meisten Verbraucher benötigen dagegen eine Wechselspannung, die bspw. einen harmonischen Spannungsverlauf mit einer bestimmten Frequenz, Amplitude und Phase aufweist.
Ferner ist die Gleichspannung von einem Ladezustand abhängig und demnach zeitlich nicht konstant. Um sowohl bei einer Spitzenspannung als auch bei einer Ladeendspannung die angeschlossenen Verbraucher betreiben und eine geforderte Leistung entnehmen zu können, sind für die Verbraucher aufwändige Versorgungsschaltungen zu verwenden.
Wenn eine von einem Verbraucher benötigte Spannung weit von der Spannung einer Batterie abweicht, verursacht eine leistungselektronische Schaltung durch einen sog. niedrigen Modulationsindex hohe Verluste und hohe Verzerrungen in der von der Batterie ausgehenden Spannung bzw. Ausgangsspannung. Dies betrifft insbesondere einen zum Antreiben eines Fahrzeugs vorgesehenen Elektromotor als möglichen Verbraucher, der bei niedrigen Geschwindigkeiten in der Regel eine Wechselspannung mit einer deutlich niedrigeren Amplitude als einer maximal möglichen Amplitude benötigt. Verzerrungen der Wechselspannung, die sich in der Regel durch eine Pulsweitenmodulation ergeben, belasten dort zudem eine Isolierung des Elektromotors und wirken sich damit auf seine Lebensdauer aus.
Aufgrund einer Streuung im physikalischen und chemischen Verhalten von Einzelteilen, bspw. von Zellen, der Batterie sind diese aufwändig zu überwachen. Außerdem ist durch ein sogenanntes Batteriemanagement ein lokaler Ladungsaustausch bereitzustellen, um einen gleichmäßigen Ladezustand aller Einzelteile der Batterie zu jedem Zeitpunkt zu ermöglichen.
Wenn bereits nur ein Einzelteil, bspw. eine Zelle, einer Batterie defekt ist, ist in der Regel die gesamte Batterie bzw. das gesamte Batteriepack unbrauchbar. Im Falle einer Batterie für ein Fahrzeug ist mit einem vollständigen Ausfall des Fahrzeugs zu rechnen. Gegebenenfalls muss eine Stilllegung des Fahrzeugs sogar aktiv erzwungen werden, damit das defekte Einzelteil der Batterie bei einer weiteren Belastung nicht überhitzt wird und Feuer fängt.
Weiterhin wird auf folgende Druckschriften verwiesen, die Multilevel-Konverter beschreiben:

- L. G. Franquelo, J. Rodriguez, J. Leon, S. Kouro, R. Portillo, M. Prats (2008). The age of multilevel converters arrives. IEEE Industrial Electronics Magazine, June, 28-39.
- G. Konstantinou, J. Zhang, J. Pou, S. Ceballos, V. Agelidis (2015). Comparison and evaluation of sub-module configurations in modular multilevel converters. Proc. IEEE PEDS. doi: 10.1109/PEDS.2015.7203440.
- M. Perez, S. Bernet, J. Rodriguez, S. Kouro, R. Lizana (2015). Circuit topologies, modeling, control schemes, and applications of modular multilevel converters, 30(1):4-17.
- A. Lesnicar, R. Marquardt (2003). An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range. IEEE Power Tech Conference Proc., 3:6ff, das eine mit einem MMC umzusetzende Multilevel-Konvertertechnologie betrifft.
- S. M. Goetz, A. V. Peterchev, Th. Weyh (2015). Modular multilevel converter with series and parallel module connectivity: topology and control. IEEE Transactions on Power Electronics. 30(1):203-215, das eine mit einem MMSPC umzusetzende Multilevel-Konvertertechnologie betrifft.

Außerdem wird auf die Druckschriften US 7 269 037 , DE 101 03 031 A1 , DE 10 2010 052 934 A1 , DE 10 2011 108 920 A1 , DE 10 2015 112 512 A1 und DE 10 2016 112 250 A1 verwiesen.
Die Druckschrift US 2018/0015831 A1 zeigt ein integriertes modulares elektrisches Leistungssystem für ein Fahrzeug. Dieses Leistungssystem umfasst eine Managementeinheit mit mehreren nebeneinander parallel angeordneten Matrix-Konvertern und Schaltern, die dazu ausgebildet sind, eine Übertragung von elektrischer Energie von einer Wechselstromschiene zu diversen Lasten zu kontrollieren.
Die Druckschrift „Regenerative Hexagonal-Cascaded Multilevel Converter for Two-Motor Asynchronous Drive“ von Pan Wang et al. In: IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics Jahr : 2017 , Band : 5 , Ausgabe : 4, Seiten 1687 -1699 beschreibt einen hexagonal aufgebauten Multilevel Konverter zur Versorgung von Motoren mit elektrischer Energie.
Es war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Speicher für elektrische Energie zu verbessern, insbesondere um damit eine Mehrzahl von Elektromotoren zu versorgen.
Diese Aufgabe wird mit einem elektrischen Energiespeichersystem, einem Fahrzeug und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen des Energiespeichersystems, des Fahrzeugs und des Verfahrens sind der Beschreibung und den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße elektrische Energiespeichersystem ist zum Speichern elektrischer Energie ausgebildet und weist mehrere Stränge auf, wobei jeweils ein Strang mehrere hintereinander angeordnete und miteinander verschaltete elektrische Energiespeichermodule aufweist, die zwischen einem ersten Strangende und einem zweiten Strangende eines jeweiligen Strangs angeordnet sind. Dabei ist an mindestens einem Strangende eines jeweiligen Strangs mindestens ein Anschluss bzw. Ausgang angeordnet, an dem mindestens eine Phase von bspw. drei Phasen mindestens einer elektrischen Last bzw. eines elektrischen Verbrauchers, bspw. einer Elektromaschine, eines elektrischen Netzes o. ä., anschließbar ist. Dabei sind mehrere Stränge zueinander so angeordnet und/oder verschaltet, dass mindestens zwei elektrische Lasten an das elektrische Energiespeichersystem anschließbar sind.
Dabei umfasst jedes Energiespeichermodul mindestens eine Energiespeichereinheit und mindestens zwei elektrische Schalter, vorzugsweise Leistungsschalter, insbesondere Leistungshalbleiterschalter, die es ermöglichen, die hintereinander angeordneten Energiespeichermodule bzw. deren Energiespeichereinheiten zueinander in Reihe bzw. seriell und/oder parallel zu schalten und/oder eines oder mehrere der hintereinander angeordneten Energiespeichermodule in einem Strang zu überbrücken (Bypass). Als Schalter können bspw. IGBTs (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor), MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) oder auch andere hier geeignete Schalter verwendet werden. Die jeweiligen Energiespeichereinheiten der jeweiligen Energiespeichermodule sind jeweilig als Kondensatoren, als Batterien, als Solarzellen und/oder als Brennstoffzellen ausgestaltet.
Es ist möglich, dass aus der mindestens einen Energiespeichereinheit des mindestens einen Energiespeichermoduls für die mindestens eine Phase der mindestens einen bspw. als Elektromaschine ausgebildeten elektrischen Last eine elektrische Spannung mit einem bestimmten Wert bereitstellbar ist. Je nach Schaltung des mindestens einen Energiespeichermoduls und somit der mindestens einen Energiespeichereinheit innerhalb eines jeweiligen Strangs, wobei die Energiespeichereinheiten durch die vorgesehenen Schalter je nach Bedarf in Reihe, parallel und/oder als Bypass überbrückt geschaltet werden, ist es möglich, dass der mindestens einen elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, je nach Stellung der Schalter bedarfsgerecht unterschiedliche Werte der elektrischen Spannung auf unterschiedlichen Levels bzw. Niveaus bereitgestellt werden. Demnach ist es möglich, dass mindestens ein Strang mit mehreren Energiespeichermodulen als Multilevel-Konverter ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist, der der mindestens einen bspw. als Elektromaschine ausgebildeten elektrischen Last bspw. in Abhängigkeit einer jeweils herrschenden mechanischen Belastung, die sich für die mindestens eine elektrische Last, bspw. Elektromaschine, beim Antreiben des Fahrzeugs ergibt, den Wert bzw. das Level der elektrischen Spannung einzustellen. Entsprechend ist eine Ausführungsform des Energiespeichersystems ebenfalls als Multilevel-Konverter bzw. Multilevel-Umrichter ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
In Ausgestaltung weist das elektrische Energiespeichersystem mehrere Anschlüsse und/oder mindestens einen Satz mit mehreren Anschlüssen auf. Die Stränge des Energiespeichersystems sind je nach Anforderung in unterschiedlichen Topologien anordenbar. Weiterhin ist eine Anzahl an Strängen sowie eine Anzahl an Energiespeichermodulen und somit auch an Energiespeichereinheiten sowie Schaltern innerhalb eines jeweiligen Strangs variierbar. Je nach Stellung der Schalter ist es möglich, als elektrische Betriebsgröße bzw. elektrischen Betriebsparameter für die mindestens eine elektrische Last, bspw. Elektromaschine die Spannung, in der Regel mindestens eine Phasenspannung und/oder den Strom, in der Regel mindestens einen Phasenstrom, bedarfsgerecht und/oder anforderungsgerecht zu variieren. Dabei wird je nach Stellung der Schalter eine schaltungstechnische Anordnung von Energiespeichereinheiten der Energiespeichermodule beeinflusst, wobei diese in Reihe und/oder parallel geschaltet sind, wobei der mindestens eine Betriebsparameter, der sich an dem mindestens einen Anschluss bzw. Ausgang für die mindestens eine elektrische Last, bspw. Elektromaschine, ergibt, üblicherweise unter Berücksichtigung der Kirchhoffschen Regel, bspw. durch Addition von Werten, für den mindestens einen elektrischen Betriebsparameter ergibt, wobei von jeweils einer Energiespeichereinheit jeweils ein individueller Wert für den elektrischen Betriebsparameter bereitgestellt wird, wobei es möglich ist, dass jede Energiespeichereinheit jedes Energiespeichermoduls zumindest innerhalb desselben Strangs jeweils denselben Wert für den mindestens einen elektrischen Betriebsparameter bereitstellt.
Hierdurch ist u. a. eine maximale Amplitude und/oder eine Welligkeit eines Drehmoments der mindestens einen elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, über einen jeweils aktuell eingestellten Wert des mindestens einen elektrischen Betriebsparameters eingestellt.
In Ausgestaltung wird durch das Energiespeichersystem mehreren, bspw. als Wechselstrommaschinen ausgebildeten elektrischen Lasten, elektrische Energie bereitgestellt. Die mehreren elektrischen Lasten können sich in Art und Auslegung voneinander unterscheiden. Dabei sind an das Energiespeichersystem zwei oder mehrere derartige elektrische Lasten anschließbar, die als Komponenten des Fahrzeugs ausgebildet und zu dessen Antrieb bzw. Fortbewegung vorgesehen sind. Das Energiespeichersystem zum Versorgen mehrerer elektrischer Lasten mit elektrischer Energie weist demnach mindestens zwei, in der Regel mehrere, Anschlüsse bzw. Ausgänge auf.
In Ausgestaltung sind mehrere Stränge, in der Regel zumindest einige der Stränge, zueinander ringförmig angeordnet und/oder geschaltet. Alternativ oder ergänzend sind mehrere Stränge, in der Regel zumindest einige der Stränge, zueinander sternförmig angeordnet und/oder geschaltet. Demnach ist auch eine Kombination einer stern- und ringförmigen Anordnung der Stränge möglich, wobei mindestens ein Strang Teil einer sternförmigen Anordnung bzw. Gruppe und einer ringförmigen Anordnung bzw. Gruppe der Stränge ist.
Weiterhin ist es möglich, dass Strangenden von mindestens zwei bspw. unmittelbar benachbarten Strängen an einem gemeinsamen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Dabei ist es auch möglich, dass der mindestens eine Anschluss an dem Verbindungspunkt zwischen zwei Strängen angeordnet ist.
In Ausgestaltung bilden miteinander verbundene Anschlüsse benachbarter Stränge an dem gemeinsamen Verbindungspunkt mindestens einen gemeinsamen Anschluss für die mindestens eine Phase der mindestens einen elektrischen Last, bspw. Elektromaschine.
Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem mindestens einen Anschluss auf, an dem Phasen von mindestens zwei unterschiedlichen elektrischen Lasten, bspw. von mindestens zwei unterschiedlichen Elektromaschinen, anschließbar sind.
Es ist ebenfalls möglich, dass jedes Strangende eines Strangs jeweils einen Anschluss aufweist.
In weiterer Ausgestaltung sind an mindestens einem Strang zwei Phasen einer Last, bspw. einer Elektromaschine, anschließbar, d. h. jeweils eine Phase an einem Anschluss eines jeweiligen Strangendes des mindestens einen Strangs.
Außerdem sind gemäß einer Ausführungsform an mindestens einem Strang zwei Phasen von mindestens zwei unterschiedlichen elektrischen Lasten, bspw. von mindestens zwei unterschiedlichen Elektromaschinen, anschließbar, d. h. an dem ersten Strangende des mindestens einen Strangs ist eine Phase von mindestens einer ersten Last, bspw. Elektromaschine, anschließbar und an dem zweiten Strangende des mindestens einen Strangs ist eine Phase von mindestens einer zweiten Last, bspw. Elektromaschine, anschließbar.
Weiterhin ist in möglicher Ausgestaltung vorgesehen, dass mindestens ein Energiespeichermodul, bspw. sämtliche Energiespeichermodule mindestens eines Strangs oder sämtliche Energiespeichermodule des elektrischen Energiespeichersystems, als Energiespeichereinheit eine Batterie aufweist.
Außerdem weist in weiterer Ausgestaltung mindestens ein Energiespeichermodul, bspw. sämtliche Energiespeichermodule mindestens eines Strangs oder sämtliche Energiespeichermodule des elektrischen Energiespeichersystems, als Energiespeichereinheit einen Kondensator auf.
In Ausgestaltung weist das Energiespeichersystem mindestens ein erstes Energiespeichermodul auf, das als Energiespeichereinheit eine Batterie aufweist. Dabei ist es möglich, dass mindestens ein zweites Energiespeichermodul einen Kondensator als Energiespeichereinheit aufweist. Dabei sind das mindestens eine erste Energiespeichermodul mit der Batterie und das mindestens eine zweite Energiespeichermodul mit dem Kondensator in unterschiedlichen Strängen angeordnet. Alternativ oder ergänzend sind das mindestens eine erste Energiespeichermodul mit der Batterie und das mindestens eine zweite Energiespeichermodul mit dem Kondensator in einem Strang angeordnet.
Weiterhin ist es möglich, dass einem jeweiligen Energiespeichermodul bzw. der von dem Energiespeichermodul umfassten mindestens einen Energiespeichereinheit mehrere Schalter, bspw. Leistungsschalter, insbesondere Leistungshalbleiterschalter, zugeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das elektrische Energiespeichersystem mindestens drei Anschlüsse auf, an die drei Phasen einer elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, anschließbar sind. In der Regel sind für die jeweils drei Phasen jeweils einer elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, drei Anschlüsse vorgesehen. Falls an das Energiespeichersystem mehrere elektrische Lasten, bspw. Elektromaschinen, anschließbar sind, ist es möglich, dass sich zwei elektrische Lasten, bspw. Elektromaschinen, mindestens einen gemeinsamen Anschluss teilen, wobei mindestens eine Phase einer ersten elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, den gemeinsamen Anschluss mit mindestens einer in der Regel einer zu der mindestens einen Phase der ersten elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, entsprechenden Phase einer zweiten elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, teilt.
In weiterer Ausgestaltung weist das elektrische Energiespeichersystem mindestens eine bspw. als Multiplexer ausgebildete Auswahlschaltung auf, die mindestens drei Eingänge, die mit mindestens drei Anschlüssen der Stränge verbunden sind, und n*3 Ausgänge aufweist, an denen entsprechend drei Phasen von n elektrischen Lasten, bspw. Elektromaschinen, anschließbar sind, wobei n eine natürliche Zahl größer Null ist.
Außerdem ist vorgesehen, dass mindestens einer als Batterie, Kondensator, Solarzelle oder Brennstoffzelle ausgebildeten Energiespeichereinheit eines Energiespeichermoduls mehrere Schalter, bspw. Leistungsschalter, zugeordnet sind. Je nach Definition bilden die als Batterie, Kondensator, Solarzelle oder Brennstoffzelle ausgebildete Energiespeichereinheit und die zugeordneten Schalter, bspw. Leistungsschalter, jeweils ein Energiespeichermodul.
In einer Variante des elektrischen Energiespeichersystems sind Energiespeichermodule von zwei unterschiedlichen Strängen räumlich nebeneinander parallel angeordnet und über Kopplungsmodule, die als Schalter und/oder Leitungen ausgebildet sind, elektrisch miteinander gekoppelt.
Das elektrische Energiespeichersystem ist bspw. für ein Fahrzeug vorgesehen, wobei an das elektrische Energiespeichersystem mindestens eine elektrische Last, bspw. Elektromaschine, die zum Antreiben des Fahrzeugs ausgebildet ist, anschließbar ist.
Innerhalb eines Strangs sind die Energiespeichermodule untereinander über mindestens eine Leitung, bspw. nur über eine einzige Leitung oder eine doppelte Leitung bzw. ein Paar Leitungen, miteinander verbunden. Die betrifft in Ausgestaltung unmittelbar benachbarte Energiespeichermodule, die innerhalb eines Strangs hintereinander angeordnet und miteinander verschaltet sind. Diese beiden unmittelbar benachbarten Energiespeichermodule sind entweder über eine Leitung oder zwei Leitungen miteinander verbunden. Jeweils ein Strangende eines Strangs, an dem ein Anschluss und/oder Verbindungspunkt angeordnet ist, ist über mindestens eine Leitung, d. h. eine Leitung oder zwei Leitungen, mit einem Energiespeichermodul des Strangs verbunden.
Es ist möglich, dass das Energiespeichersystem zwei Gruppen bzw. Anordnungen aus jeweils mehreren Strängen aufweist, wobei an jeweils einer Gruppe Phasen einer elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, anschließbar sind.
Für das vorgestellte Energiespeichersystem wird bspw. mindestens ein als MMSPC-Modul ausgebildeter Strang verwendet, da dieser einen zusätzlichen parallelen Schaltzustand erlaubt.
Ein modularer, für das Energiespeichersystem bspw. vorgesehener Multilevel-Konverter (modular multilevel Converter, MMC oder der MMSPC) als der mindestens eine Strang arbeitet nach dem Schema, wonach eine Spannung durch eine dynamisch wechselbare elektrische Schaltungskonfiguration von geladenen Energiespeichereinheiten, bspw. Kondensatoren, Batterien usw., die in den Energiespeichermodulen angeordnet sind, mit den in den Energiespeichermodulen befindlichen elektrischen oder elektronischen Schaltern, eingestellt wird. Diese Energiespeichermodule umfassen elektrische und/oder elektronische Schalter, mit denen in sehr feinen Stufen bestimmte Zustände bzw. Werte des mindestens einen elektrischen Betriebsparameters, bspw. der elektrischen Energie, bereitgestellt werden. Dies unterscheidet sich von einer traditionellen Leistungselektronik, die mit wenigen Leistungsschaltern eine Eingangsspannung oder Ausgangsspannung zwischen wenigen Niveaus umschaltet, um im Mittel einen gewünschten Wert für die Spannung zu erlangen.
Modulare Multilevel-Konverter bestehen in der Regel aus zwei Anteilen, einer Modulart, üblicherweise einer sog. Mikrotopologie, und einer Verschaltung von Energiespeichermodulen, der sogenannten Makrotopologie. Für das Energiespeichersystem sind in Ausgestaltung alle Modularten einsetzbar.
Ein elektrischer Wechselstrommotor, bspw. eine Ein- oder Mehrphasenmaschine, wie er bspw. in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug eingesetzt wird, benötigt mindestens einen Umrichter, der die Gleichspannung der Batterie oder einer anderen Quelle als Energiespeichersystem in eine Wechselspannung umwandelt. Ein konventioneller Umrichter in einem Fahrzeug verwendet hier sogenannte Brückenschaltungen, die Ausgangsklemmen der Batterie abwechselnd mit einer positiven und negativen Stellung, seltener auch mit einer Null-Stellung der als Gleichspannungsquelle ausgebildeten Batterie verbinden und dabei eine Verweildauer in jeder Stellung bzw. in jedem Zustand so wählen, dass im zeitlichen Mittel die gewünschte Wechselspannung entsteht, wobei eine Pulsweitenmodulation oder eine andere Schaltmodulation zum Einsatz kommt.
Allerdings kann sich hierbei u. a. eine Verzerrung und eine daraus reduzierte Spannungsqualität ergeben. Da hochfrequente Schaltflanken hohe Energien elektromagnetisch abstrahlen, können EMV-Probleme auftreten. Durch die Schaltvorgänge sind hohe Energieverluste zu erwarten. Außerdem sind teure Bauelemente zu verwenden, die jeweils für eine vorgesehene Spitzenspannung ausgelegt werden müssen.
Als MMSPC-Module ausgebildete Multilevel-Konverter unterscheiden sich im Allgemeinen von konventionellen Multilevel-Konvertern, bspw. von MMC-Modulen, dadurch, dass ein zusätzlicher Parallel-Zustand als schaltungstechnische Anordnung existiert. Damit kann ein MMSPC-Modul in einem Strang eine nahezu beliebige elektrische seriell-parallele schaltungstechnische Anordnung bzw. Schaltungskonfiguration von modulintegrierten Energiespeichereinheiten erzeugen und diese dynamisch ändern. Ferner steht zumeist auch ein Umgehungszustand (Bypass) zur Verfügung, um bspw. eine Energiespeichereinheit mindestens eines Energiespeichermoduls zu umgehen.
Je nach Modultyp kann eine zeitweise Serienverschaltung der modulintegrierten Energiespeichereinheiten in nur einer Polarität oder in beiden Polaritäten ermöglicht werden.
Ein Multilevel-Konverter, bspw. ein Neutral-Point-Clamped-Inverter, ein M2C oder ein M2SPC, als mögliche Komponente einer Ausführungsform des Energiespeichersystems erlaubt, die Ausgangsspannung in kleinen Stufen zu erzeugen. Außerdem ist es möglich, Verzerrungen sogar unter einen Messbereich üblicher Messgeräte zu verringern.
Eine Schaltfrequenz eines als Halbleiter ausgebildeten Schalters des Multilevel-Konverters des Energiespeichersystems entspricht nur einem Bruchteil einer effektiven Schaltfrequenz eines üblichen Umrichters, wodurch geringere Energieverluste entstehen.
Eine Modularisierung des Multilevel-Konverters in eine hohe Zahl von gleichartigen Niederspannungsbaugruppen und/oder Niederspannungsbaumodulen als Elemente des Energiespeichersystems ermöglicht selbst bei geringen Stückzahlen an Multilevel-Konvertern sehr hohe Stückzahlen an Elementen und die Nutzung der Preisvorteile von derartigen Elementen, die bspw. für die Unterhaltungselektronik in großer Stückzahl produziert werden.
Bei einem als M2SPC ausgebildeten und/oder zu bezeichnenden Multilevel-Konverter zum Umsetzen einer Multilevel-Technologie bei einer Ausführungsform des Energiespeichersystems werden Energiespeichermodule mit je einer Energiespeichereinheit verwendet, wobei eine elektrische Verschaltung bzw. schaltungstechnische Anordnung, bspw. seriell, parallel, als Bypass usw., von benachbarten Energiespeichermodulen während des Betriebs des Energiespeichersystems dynamisch und sehr frei verändert werden kann. Eine Ausgangsspannung wird somit durch eine sich dynamisch wandelnde Serien- bzw. Reihenschaltung, Parallelschaltung und/oder Bypassschaltung als schaltungstechnische Anordnung der Energiespeichereinheiten der Energiespeichermodule erzeugt.
Ein serieller und paralleler modularer Multilevel-Konverter (Modular Multilevel Series/Parallel Converter, M2SPC) ist mit dem modularen Multilevel-Konverter (Modular Multi-Level-Converter, M2C) und dem schaltbaren Kondensatorkonverter (Switched Capacitor Converter) verwandt, wobei mit dem modularen seriellen und parallelen Multilevel-Konverter ohne weiteren Bedarf an Silizium ein zusätzlicher paralleler Schaltzustand erreicht werden kann. Dieser weist mehrere benachbart angeordnete gleichartige Energiespeichermodule auf, die unter Verschiebung einer Grenze für eine energiespeicher-modulübergreifende Verschaltung bzw. schaltungstechnische Anordnung unterschiedliche Möglichkeiten der Modularisierung ermöglicht.
Eine Möglichkeit zur Bildung einer dynamisch rekonfigurierbaren AC-Batterie als möglichem elektrischem Energiespeichersystem sind eine kaskadierte Leistungselektronik und/oder modulare Multilevel-Konverter.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist mindestens eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems auf.
Dabei ist das mindestens eine elektrische Energiespeichersystem an mindestens einer elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, die zum Antreiben des Fahrzeugs ausgebildet ist und als Motor betrieben wird, anschließbar und/oder angeschlossen.
Das Fahrzeug weist mindestens ein Rad und/oder mindestens eine Achse auf, dem die mindestens eine als Elektromaschine ausgebildete elektrische Last zugeordnet ist, die mit dem mindestens einen Energiespeichersystem verbunden und/oder verbindbar ist. Dabei ist bzw. sind dem mindestens einen Rad und/oder der mindestens einen Achse entweder eine Elektromaschine oder mehrere Elektromaschinen zum Antreiben zugeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die mindestens eine Elektromaschine, mehreren Rädern, bspw. Rädern einer Achse und/oder Rädern unterschiedlicher Achsen zu deren Antrieb zugeordnet ist.
Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, bspw. ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfasst zum Antrieb ein stabilisierendes System von zwei bis vier unabhängig kontrollierbaren Elektromaschinen bzw. Elektromotoren. Somit sind mindestens zwei Elektromaschinen voneinander unabhängig kontrollierbar und durch mindestens eine Ausführungsform des Energiespeichersystems mit elektrischer Energie zu versorgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Versorgen mindestens einer Phase mindestens einer elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, mit elektrischer Energie unter Nutzung und/oder Verwendung einer Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems vorgesehen. Die Ausführungsform des Energiespeichersystems weist mehrere Stränge auf, wobei jeweils ein Strang mehrere hintereinander angeordnete elektrische Energiespeichermodule aufweist, die jeweils mindestens zwei Schalter und mindestens eine Energiespeichereinheit umfassen und die zwischen einem ersten Strangende und einem zweiten Strangende angeordnet sind bzw. werden. Weiterhin ist an mindestens einem Strangende eines jeweiligen Strangs mindestens ein Anschluss angeordnet, an dem die mindestens eine Phase der mindestens einen elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, angeschlossen wird. Dabei werden mehrere Stränge zueinander so angeordnet und/oder verschaltet, dass mindestens zwei elektrische Lasten an das elektrische Energiespeichersystem angeschlossen werden.
Üblicherweise wird die mindestens eine elektrische Last mit dem Wert an elektrischer Energie und somit mit einer entsprechenden Menge an elektrischer Energie als elektrischem Betriebsparameter versorgt. Dabei wird der mindestens einen elektrischen Last die elektrische Energie als elektrische Leistung bzw. in Form von elektrischer Leistung, die eine zeitliche Änderung der elektrischen Energie beschreibt, als Strom bzw. in Form von Strom und/oder als bzw. in Form von Spannung als mindestens einem elektrischen Betriebsparameter bereitgestellt, wobei bspw. auch eine Frequenz und/oder Amplitude des mindestens einen elektrischen Betriebsparameters eingestellt sowie in Ausgestaltung zeitlich variiert wird. Durch derartiges Einstellen des mindestens einen elektrischen Betriebsparameters wird der mindestens einen Last die jeweils erforderliche Menge an elektrischer Energie bereitgestellt. Dabei ist es möglich, gleichzeitig mehreren elektrischen Lasten bedarfsgerecht eine für eine jeweilige Last vorgesehene Menge an elektrischer Energie bereitzustellen. Somit ist es u. a. möglich, elektrische Energie und/oder elektrische Leistung auf mehrere elektrische Lasten zu verteilen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Stellung von mindestens einem Schalter verändert, wobei mindestens zwei Energiespeichermodule aus mindestens einem Strang zueinander in Reihe, parallel und/oder als Bypass geschaltet bzw. angeordnet werden, wobei der Wert und/oder die Menge der elektrischen Energie, die der mindestens einen Phase bereitgestellt wird, bspw. dynamisch variiert wird. Dabei wird der Wert und/oder die Menge an elektrischer Energie über den mindestens einen elektrischen Betriebsparameter, d. h. die Leistung, die Spannung und/oder den Strom bereitgestellt, wobei der Wert und/oder die Menge an elektrischer Energie bspw. durch Variation der Frequenz und/oder Amplitude des mindestens einen elektrischen Betriebsparameters dynamisch- und/oder zeitabhängig variiert wird.
Üblicherweise wird eine Stellung von mindestens einem Schalter innerhalb mindestens eines Strangs eingestellt, bspw. verändert, wobei eine schaltungstechnische Anordnung von mindestens zwei Energiespeichereinheiten innerhalb des mindestens einen Strangs relativ zueinander eingestellt und/oder beeinflusst wird, wobei der Wert bzw. die Menge der elektrischen Energie, die der mindestens einen Phase aus dem mindestens einen Strang bereitgestellt wird, abhängig von der jeweils eingestellten schaltungstechnischen Anordnung bspw. dynamisch eingestellt und/oder variiert wird.
Die mindestens zwei Energiespeichereinheiten, deren schaltungstechnische Anordnung relativ zueinander eingestellt und/oder beeinflusst wird, werden zueinander in Reihe bzw. seriell, parallel und/oder als Bypass geschaltet..
Der mindestens eine Schalter, dessen Stellung verändert wird, ist in mindestens einem ersten Energiespeichermodul des mindestens einen Strangs angeordnet. Mindestens eine Energiespeichereinheit der mindestens zwei Energiespeichereinheiten, deren schaltungstechnische Anordnung von dem mindestens einen Schalter relativ zueinander eingestellt wird, ist ebenfalls in dem mindestens einen ersten Energiespeichermodul des mindestens einen Strangs angeordnet.
Alternativ ist die mindestens eine Energiespeichereinheit der mindestens zwei Energiespeichereinheiten, deren schaltungstechnische Anordnung von dem mindestens einen Schalter in dem mindestens einen Strang relativ zueinander eingestellt wird, in dem mindestens einem zweiten Energiespeichermodul des mindestens einen Strangs, das sich von dem mindestens einen ersten Energiespeichermodul unterscheidet, angeordnet.
Somit ist es möglich, dass der mindestens eine Schalter innerhalb des mindestens einen ersten Energiespeichermoduls in einer Stellung mindestens zwei Energiespeichereinheiten innerhalb des mindestens einen Energiespeichermoduls zueinander parallel, seriell und/oder als Bypass schaltet. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass der mindestens eine Schalter innerhalb des mindestens einen ersten Energiespeichermoduls mindestens eine Energiespeichereinheit innerhalb des mindestens einen ersten Energiespeichermoduls sowie mindestens eine Energiespeichereinheit innerhalb mindestens eines zweiten Energiespeichermoduls, das sich von dem mindestens einen ersten Energiespeichermodul unterscheidet, zueinander parallel, in Serie und/oder als Bypass schaltet. Es ist ebenfalls denkbar, dass der mindestens eine Schalter innerhalb des mindestens einen ersten Energiespeichermoduls mindestens zwei Energiespeichereinheiten innerhalb des mindestens einen zweiten Energiespeichermoduls zueinander parallel, in Serie und/oder als Bypass schaltet bzw. anordnet.
Folglich ist es möglich, dass der mindestens eine Schalter, üblicherweise mehrere Schalter, in Abhängigkeit einer jeweiligen Stellung schalttechnische Anordnungen von mindestens zwei Energiespeichereinheiten innerhalb eines Energiespeichermoduls und/oder innerhalb unterschiedlicher Energiespeichermodule und demnach energiespeichermodulübergreifend einstellt. Üblicherweise beeinflussen mehrere Schalter innerhalb des mindestens einen Strangs in Abhängigkeit von einer jeweiligen Stellung eines jeweiligen Schalters schaltungstechnische Anordnungen mehrerer Energiespeichereinheiten innerhalb des mindestens einen Strangs.
Ein MMC-basiertes Energiespeichersystem bzw. Batteriesystem als Wechselstromquelle (AC) umfasst für jede Phase einen Strang an Energiespeichermodulen für die mindestens eine elektrische Last, bspw. die mindestens eine anzutreibende Elektromaschine. Eine Länge eines jeweiligen Strangs und/oder eine Anzahl an in Reihe geschalteten Energiespeichermodulen ist durch eine maximale Ausgangsspannung festgelegt. Daraus kann für eine Vielzahl an elektrischen Lasten, bspw. an Elektromaschinen, eine große Anzahl an Energiespeichermodulen resultieren. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten die Vielzahl an elektrischen Lasten, bspw. an Elektromaschinen, bspw. an Wechselstrommaschinen, zu verbinden und dabei die Anzahl an Energiespeichermodulen gering zu halten, wobei ein einziges MMC-basiertes Energiespeichersystem verwendet wird. Außerdem ist hierbei zwischen einzelnen Strängen zum Versorgen mehrerer elektrischer Lasten, bspw. mehrerer Elektromaschinen, eine Übertragung elektrischer Energie möglich.
Das Energiespeichersystem weist in Ausgestaltung bspw. nur einen Satz Ausgänge (single output) für alle elektrischen Lasten, bspw. Elektromaschinen, auf, die dabei parallel verbunden sind. Falls das Energiespeichersystem zwei Sätze an Ausgängen (dual output) oder mehrere derartige Sätze aufweist, ist es möglich, jeweils eine elektrische Last, bspw. jeweils eine Elektromaschine, mit jeweils einem unterschiedlichen Satz an Ausgängen zu verbinden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Detail einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Detail einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems.
6 zeigt in schematischer Darstellung eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems.
7 zeigt in schematischer Darstellung eine siebte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems unter Berücksichtigung von zwei möglichen Varianten für Anschlussmöglichkeiten von elektrischen Lasten an dieses Energiespeichersystem.
8 zeigt in schematischer Darstellung eine achte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems.
9 zeigt in schematischer Darstellung eine Anschlussmöglichkeit von elektrischen Lasten an einer neunten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems.
10 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, das eine zehnte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems umfasst.
11 zeigt in schematischer Darstellung erste Beispiele für Energiespeichermodule.
12 zeigt in schematischer Darstellung zweite Beispiele für Energiespeichermodule.
13 zeigt in schematischer Darstellung weitere Beispiele für Ausführungen des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems.
14 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel für eine Betriebsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems bei Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
15 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Beispiel für eine Betriebsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems bei Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
Das in 1 schematisch dargestellte Detail der ersten Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems 2-1 umfasst hier drei Stränge 4-1a, 4-1b, 4-1c, wobei jeder Strang 4-1a, 4-1b, 4-1c mehrere, hier jeweils vier Energiespeichermodule 6-1a, 6-1b bzw. 6-1c mit jeweils einer Energiespeichereinheit und mindestens zwei Schaltern aufweist, die innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-1a, 4-1b bzw. 4-1c hintereinander angeordnet sind und deren von dem jeweiligen Energiespeichermodul 6-1a, 6-1b, 6-1c umfassten Energiespeichereinheiten in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet und über Leitungen miteinander verbunden sind, wobei hier in Ausgestaltung jeweils zwei unmittelbar benachbarte Energiespeichermodule 6-1a, 6-1b, 6-1c eines Strangs 4-1a, 4-1b, 4-1c über jeweils einen Abschnitt eines Paars Leitungen verbunden sind. Jeder Strang 4-1a, 4-1b, 4-1c weist zwei Strangenden auf, wobei an jeweils einem Strangende ein Abschnitt eines Paars Leitungen endet, der dieses Strangende mit einem äußeren Energiespeichermodul 6-1a, 6-1b, 6-1c des jeweiligen Strangs 4-1a, 4-1b, 4-1c verbindet. Jedes Energiespeichermodul 6-1a, 6-1b bzw. 6-1c umfasst in der Regel mindestens eine Energiespeichereinheit, bspw. eine Batterie oder einen Kondensator, und mindestens zwei Leistungsschalter, insbesondere Leistungshalbleiterschalter.
Außerdem sind die drei Stränge 4-1a, 4-1b, 4-1c hier je nach Definition ring- bzw. kreisförmig zueinander geschaltet und/oder angeordnet, wobei die Energiespeichermodule 6-1a, 6-1b, 6-1c aller drei Stränge 4-1a, 4-1b, 4-1c einen geschlossenen Ring bzw. Kreis bilden, in dem die Stränge 4-1a, 4-1b, 4-1c sowie deren Energiespeichermodule 6-1a, 6-1b, 6-1c umlaufend in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Dabei sind jeweils Strangenden von zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-1a, 4-1b, 4-1c jeweils an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-1a, 10-1b, 10-1c miteinander verbunden, wobei an jedem Verbindungspunkt 10-1a , 10-1b, 10-1c ein Anschluss 8-1a, 8-1b, 8-1c angeordnet ist. In diesem Fall weisen ein erster und zweiter Strang 4-1a, 4-1b an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-1a einen gemeinsamen Anschluss 8-1a, der zweite und ein dritter Strang 4-1b, 4-1c an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-1b einen gemeinsamen Anschluss 8-1b und der erste sowie dritte Strang 4-1a, 4-1c an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-1c einen gemeinsamen Anschluss 8-1c auf. Dabei ist an jedem Anschluss 8-1a, 8-1b, 8-1c eine Phase U, V, W von mindestens zwei dreiphasigen elektrischen Lasten, bspw. von mindestens zwei dreiphasigen Elektromaschinen, anschließbar.
Alternativ ist es möglich, dass an jedem Anschluss 8-1a, 8-1b, 8-1c die Phasen U, V, W mehrerer elektrischer Lasten, bspw. mehrerer Elektromaschinen, anschließbar sind. In diesem Fall ist bspw. an dem ersten Anschluss 8-1a jeweils eine erste Phase U dieser Lasten, an dem zweiten Anschluss 8-1a jeweils eine zweite Phase V dieser Lasten und an dem dritten Anschluss 8-1c jeweils eine dritte Phase U dieser Lasten anschließbar sowie mit elektrischer Energie versorgbar.
Das Detail der zweiten Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems 2-2 ist in 2a schematisch dargestellt.
2b sowie die nachfolgenden 3b, 4b, 5b, 6b zeigen hier jeweils ein Diagramm mit einer Abszisse 14 und einer Ordinate 16. Dabei ist entlang der Abszisse 14 bzw. über einen ersten Spannungsvektor eine erste Spannung U_α unter einem ersten Winkel bzw. Phasenwinkel α aufgetragen. Darüber ist entlang der Ordinate 16 eine bspw. über einen zweiten Spannungsvektor eine zweite Spannung U_β unter einem zweiten Winkel bzw. Phasenwinkel β aufgetragen. Dabei zeigt jedes Diagramm einen ersten eckigen Arbeitsbereich 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6 für eine Spannung eines Stators einer als Elektromaschine 18-3a, 18-3b, 18-4a, 18-4b, 18-5a, 18-5b, 18-6a, 18-6b ausgebildeten Last, der entweder durch vier oder sechs Eckpunkte begrenzt ist und alle möglichen Spannungen für Windungen des Stators einer jeweiligen Elektromaschine 18-3a, 18-3b, 184a, 18-4b, 18-5a, 18-5b, 18-6a, 18-6b umfasst. Dabei umschließt jeweils ein Arbeitsbereich 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6 in allen Fällen einen zweiten kreisförmigen Arbeitsbereich 22-2, 22-3, 22-4, 22-5, 22-6 für das höchstmögliche gleichmäßige Drehmoment der jeweiligen Elektromaschine 18-3a, 18-3b, 18-4a, 18-4b, 18-5a, 18-5b, 18-6a, 18-6b. Hierbei ist jeweils eine Elektromaschine 18-3a, 18-3b, 18-4a, 18-4b, 18-5a, 18-5b, 18-6a, 18-6b unabhängig von einer anderen Elektromaschine 18-3a, 18-3b, 18-4a, 18-4b, 18-5a, 18-5b, 18-6a, 18-6b, die mit einem jeweiligen Energiespeichersystem 2-2, 2-3, 24, 2-5, 2-6 verbunden ist, kontrollierbar.
Das in 2a schematisch dargestellte Detail der zweiten Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems 2-2 umfasst hier drei Stränge 4-2a, 4-2b, 4-2c, wobei jeder Strang 4-2a, 4-2b, 4-2c mehrere, hier jeweils vier Energiespeichermodule 6-2a, 6-2b, 6-2c mit jeweils einer Energiespeichereinheit und mindestens zwei Schaltern aufweist, die innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-2a, 4-2b, 4-2c hintereinander angeordnet und deren Energiespeichereinheiten je nach Stellung und/oder Konfiguration der hier vorgesehenen Schalter unter Bereitstellung einer vorgesehenen schaltungstechnischen Anordnung zueinander in Reihe und/oder parallel geschaltet und über Leitungen miteinander verbunden sind. Jeder Strang 4-2a, 4-2b, 4-2c weist zwei Strangenden auf, wobei ein erstes Strangende jeweils eines Strangs 4-2a, 4-2b, 4-2c hier je nach Definition als zentrales Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist. Ein zweites Strangende jeweils eines Strangs 4-2a, 4-2b, 4-2c ist hier je nach Definition als periphäres Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen. Die beiden Strangenden eines jeweiligen Strangs 4-2a, 4-2b, 4-2c sind hier in Ausgestaltung über mehrere Abschnitte eines Paars Leitungen, die auch die hintereinander angeordneten und miteinander verschalteten Energiespeichermodule 6-2a, 6-2b, 6-2c miteinander verbinden, verbunden.
Außerdem sind die drei Stränge 4-2a, 4-2b, 4-2c hier sternförmig geschaltet und/oder angeordnet. Dabei sind die zentralen Strangenden sowie Abschnitte eines jeweiligen Paars Leitungen der drei Stränge 4-2a, 4-2b, 4-2c an einem zentralen Verbindungspunkt 10-2 miteinander verbunden. An jeweils einem dem zentralen Strangende entgegengesetzten periphären Strangende jeweils eines Strangs 4-2a, 4-2b, 4-2c ist hier ein Anschluss 8-2a, 8-2b, 8-2c angeordnet. Dabei ist auch hier an jedem Anschluss 8-2a, 8-2b, 8-2c jeweils eine Phase U, V, W von mindestens zwei Elektromaschinen anschließbar.
Diesbezüglich wird auch auf den in dem Diagramm aus 2b gezeigten regelmäßig sechseckigen ersten Arbeitsbereich 20-2 verwiesen, der hier einen kreisförmigen zweiten Arbeitsbereich 22-2 umhüllt. Bei einem Betrieb des Energiespeichersystems 2-2 werden dessen Stränge 4-2a, 4-2b und 4-2c gleichmäßig bzw. gleich entladen. Die Stränge 4-2a, 4-2b, 4-2c, bspw. deren Betriebsparameter, wie bspw. ein Ladezustand der von den jeweiligen Strängen umfassten Energiespeichermodule, sind unabhängig voneinander kontrollierbar und somit unabhängig voneinander zu steuern bzw. steuerbar und/oder zu regeln bzw. regelbar. Dabei sind Werte der Spannung je nach Stellung der Schalter variierbar.
Die dritte in 3a gezeigte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-3 umfasst hier vier Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d, wobei jeder Strang 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d mehrere, hier jeweils vier Energiespeichermodule 6-3a, 6-3b, 6-3c, 6-3d aufweist, die innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d hintereinander angeordnet und verschaltet und über Abschnitte von Leitungen miteinander verbunden sind. Jeder Strang 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d weist zwei Strangenden auf, wobei auch hier jeweils ein Strangende mit einem Energiespeichermodul 6-3a, 6-3b, 6-3c, 6-3d verbunden ist. Dabei weist jedes Energiespeichermodul 6-3a, 6-3b, 6-3c, 6-3d mindestens eine Energiespeichereinheit und mindestens zwei Schalter auf. Ein erstes Strangende jeweils eines Strangs 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d ist hier je nach Definition als zentrales Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen. Ein zweites entgegengesetzt angeordnetes Strangende jeweils eines Strangs 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d ist hier je nach Definition als periphäres Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
Die vier Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d sind hier sternförmig geschaltet und/oder angeordnet. Dabei sind die zentralen Strangenden aller vier Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d und/oder Abschnitte von Leitungen, die jeweils an einem zentralen Strangende eines jeweiligen Strangs 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d enden, an einem zentralen Verbindungspunkt 10-3 miteinander verbunden. An jeweils einem periphären Strangende jeweils eines Strangs 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d ist hier ein für jeden der vier Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d eigener bzw. spezifischer Anschluss 8-3a, 8-3b, 8-3c, 8-3d angeordnet. Außerdem sind hier die zentralen Strangenden aller vier Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d bzw. die Abschnitte der Leitungen eines jeweiligen Strangs 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d an dem gemeinsamen zentralen Verbindungspunkt 10-3 miteinander verbunden, wobei an diesem Verbindungspunkt 10-3 ein für alle vier Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d gemeinsamer Anschluss 8-3e angeordnet ist.
Wie 3a weiterhin zeigt, sind an dem Energiespeichersystem 2-3 zwei Elektromaschinen 18-3a, 18-3b als Beispiele für elektrische Lasten angeschlossen, wobei jede Elektromaschine 18-3a, 18-3b hier drei Phasen U, V, W aufweist.
Dabei ist vorgesehen, dass eine erste Phase U der ersten Elektromaschine 18-3a über eine Leitung an dem Anschluss 8-3d des periphären Strangendes des vierten Strangs 4-3d angeschlossen ist. Eine zweite Phase V der ersten Elektromaschine 18-3a ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-3a des periphären Strangendes des ersten Strangs 4-3a angeschlossen. Außerdem ist hier eine dritte Phase W der ersten Elektromaschine 18-3a über eine Leitung an dem gemeinsamen zentralen Anschluss 8-3e am Verbindungspunkt 10-3 der zentralen Strangenden der vier Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d angeschlossen.
Weiterhin ist eine erste Phase U der zweiten Elektromaschine 18-3b über eine Leitung an dem Anschluss 8-3b des periphären Strangendes des zweiten Strangs 4-3b und eine zweite Phase V der zweiten Elektromaschine 18-3b über eine Leitung an dem Anschluss 8-3c des periphären Strangendes des dritten Strangs 4-3c angeschlossen. Eine dritte Phase W der zweiten Elektromaschine 18-3b ist genauso wie die dritte Phase W der ersten Elektromaschine 18-3b über eine Leitung an dem gemeinsamen zentralen Anschluss 8-3e angeschlossen, wobei sich die dritten Phasen beider Elektromaschinen 18-3a, 18-3b diesen gemeinsamen Anschluss 8-3e teilen.
Hierbei ist es jedoch möglich, dass die drei Phasen U, V, W der beiden Elektromaschinen 18-3a, 18-3b an den Anschlüssen 8-3a, 8-3b, 8-3c, 8-3d, 8-3e anders als hier explizit beschrieben anschließbar sind bzw. dass sich die drei Phasen U, V, W der beiden Elektromaschinen 18-3a, 18-3b hinsichtlich ihres jeweiligen Anschlusses an dem elektrischen Energiespeichersystem 2-3 anders über die zur Verfügung stehenden Anschlüsse 8-3a, 8-3b, 8-3c, 8-3d und 8-3e verteilen. Unabhängig einer jeweiligen Bezeichnung der Phasen sind für jede Elektromaschine 18-3a, 18-3b jeweils zwei individuelle periphäre Anschlüsse 8-3a, 8-3b, 8-3c, 8-3d und ein gemeinsamer zentraler Anschluss 8-3e für beide Elektromaschinen 18-3a, 18-3b vorgesehen.
Die beiden Elektromaschinen 18-3a, 18-3b werden aus bzw. von den Energiespeichermodulen 6-3a, 6-3b, 6-3c, 6-3d mit elektrischer Energie versorgt, wobei die Elektromaschinen 18-3a, 18-3b in einem motorischen Betrieb elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, mit der es in Ausgestaltung möglich ist, ein Fahrzeug anzutreiben und/oder fortzubewegen.
Diesbezüglich wird auch auf den in dem Diagramm aus 3b gezeigten ersten rautenförmigen und somit viereckigen Arbeitsbereich 20-3 verwiesen, der hier einen zweiten kreisförmigen Arbeitsbereich 22-3 umhüllt. Bei einem Betrieb des Energiespeichersystems 2-3 werden dessen Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d gleichmäßig bzw. jeder Strang 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d gleich entladen. Die Stränge 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d, bspw. deren Betriebsparameter, wie bspw. ein Ladezustand der von den jeweiligen Strängen 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d umfassten Energiespeichermodule 6-3a, 6-3b, 6-3c, 6-3d, sind unabhängig voneinander kontrollierbar und somit unabhängig voneinander zu steuern bzw. steuerbar und/oder zu regeln bzw. regelbar. Entsprechend ist auch jede daran angeschlossene Elektromaschine 18-3a, 18-3b unabhängig kontrollierbar. Es ist auch möglich, die dritte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-3 übermoduliert zu betreiben und somit mit den daran angeschlossenen Elektromaschinen 18-3a, 18-3b höhere maximale Drehmomente zu erreichen. Ein jeweiliger Wert der Spannung ergibt sich abhängig von einer Stellung der Schalter der Energiespeichermodule.
Die vierte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-4 ist in 4a schematisch dargestellt und umfasst fünf Stränge 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e, wobei jeder Strang 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e mehrere, hier jeweils vier Energiespeichermodule 6-4a, 64b, 64c, 6-4d, 6-4e mit jeweils mindestens einer Energiespeichereinheit und jeweils mindestens zwei Schaltern aufweist, die innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e hintereinander angeordnet und deren Energiespeichereinheiten je nach Stellung und/oder Konfiguration der hier vorgesehenen Schalter seriell und/oder parallel zueinander geschaltet sind, wobei für die Energiespeichereinheiten entsprechende schaltungstechnische Anordnungen eingestellt werden. Auch hier sind die Strangenden und die dazwischen angeordneten Energiespeichermodule 6-4a, 6-4b, 6-4c, 6-4d, 6-4e eines jeweiligen Strangs 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e über Leitungen miteinander verbunden, wobei jeweils ein Abschnitt einer Leitung an einem Strangende endet und diesen mit jeweils einem Energiespeichermodul 6-4a, 6-4b, 6-4c, 6-4d, 6-4e verbindet. Jeder Strang 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e weist zwei Strangenden auf, wobei ein erstes Strangende jeweils eines Strangs 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e hier je nach Definition als zentrales Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist. Ein zweites Strangende jeweils eines Strangs 4-4a, 44b, 44c, 4-4d, 4-4e ist hier je nach Definition als periphäres Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
Die fünf Stränge 4-4a, 44b, 44c, 4-4d, 44e sind hier sternförmig geschaltet und/oder angeordnet. Dabei sind die zentralen Strangenden aller fünf Stränge 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e bzw. jeweilige Abschnitte von Leitungen an den zentralen Strangenden an einem zentralen Verbindungspunkt 104 miteinander verbunden. An jeweils einem periphären Strangende jeweils eines Strangs 4-4a, 44b, 44c, 44d, 44e ist hier ein für jeden der fünf Stränge 4-4a, 44b, 44c, 4-4d, 44e eigener bzw. spezifischer Anschluss 84a, 84b, 8-4c, 8-4d, 8-4e angeordnet. Außerdem sind hier die zentralen Strangenden aller fünf Stränge 44a, 44b, 44c, 4-4d, 44e an dem gemeinsamen zentralen Verbindungspunkt 10-4 miteinander verbunden. An dem Energiespeichersystem 24 sind hier zwei Elektromaschinen 18-4a, 184b als elektrische Lasten mit jeweils drei Phasen U, V, W angeschlossen.
Dabei ist vorgesehen, dass eine erste Phase U der ersten Elektromaschine 184a über eine Leitung an dem Anschluss 8-4a des periphären Strangendes des ersten Strangs 4-4a angeschlossen ist. Eine zweite Phase V der ersten Elektromaschine 184a ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-4b des periphären Strangendes des zweiten Strangs 4-4b angeschlossen. Außerdem ist hier eine dritte Phase W der ersten Elektromaschine 18-4a über eine Leitung an dem Anschluss 84c des periphären Strangendes des dritten Strangs 44c angeschlossen.
Eine erste Phase U der zweiten Elektromaschine 18-4b ist hier genauso wie die dritte Phase W der ersten Elektromaschine 184a über eine Leitung an dem Anschluss 84c des periphären Strangendes des dritten Strangs 44c angeschlossen. Eine zweite Phase V der zweiten Elektromaschine 18-4b ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-4d des periphären Strangendes des vierten Strangs 4-4d und eine dritte Phase W der zweiten Elektromaschine 18-4b über eine Leitung an dem Anschluss 8-4e des periphären Strangendes des fünften Strangs 4-4e angeschlossen.
Hierbei ist es jedoch möglich, dass die drei Phasen U, V, W der beiden Elektromaschinen 18-4a, 18-4b an den Anschlüssen 8-4a, 8-4b, 8-4c, 8-4d, 8-4e anders als hier explizit beschrieben anschließbar bzw. über die Anschlüsse 8-4a, 84b, 8-4c, 8-4d, 8-4e verteilt sind. Unabhängig von einer jeweiligen Bezeichnung der Phasen U, V, W teilen sich die beiden Elektromaschinen 18-4a, 18-4b einen gemeinsamen Anschluss 8-4c des Energiespeichersystems 2-4. Außerdem sind für jede Elektromaschine 18-4a, 18-4b jeweils zwei eigene Anschlüsse 8-4a, 8-4b bzw. 8-4d, 8-4e des Energiespeichersystems 2-4 vorgesehen.
Die beiden Elektromaschinen 18-4a, 18-4b werden aus bzw. von den Energiespeichermodulen 6-4a, 6-4b, 6-4c, 6-4d, 6-4e mit elektrischer Energie versorgt, wobei die Elektromaschinen 18-4a, 18-4b mit dieser Energie ein Fahrzeug antreiben bzw. fortbewegen können. Das Diagramm aus 4b zeigt einen sechseckigen ersten Arbeitsbereich 20-4, der hier einen kreisförmigen zweiten Arbeitsbereich 22-4 umhüllt.
In möglicher Ausgestaltung ist bei einem Betrieb des Energiespeichersystems 2-4 vorgesehen, dass der dritte Strang 44c und/oder dessen Energiespeichermodule 6-4c, der bzw. die an den beiden Elektromaschinen 18-4a, 18-4b angeschlossen ist bzw. sind, schneller, bspw. doppelt so schnell wie jeweils einer der anderen Stränge 4-4a, 4-4b, 4-4d, 4-4e und/oder deren Energiespeichermodule 6-4a, 6-4b, 6-4d, 6-4e, die jeweils nur an einer Elektromaschine 18-4a, 18-4b angeschlossen ist bzw. sind, entladen wird bzw. werden. Die Stränge 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e werden hier gemeinsam sowie unter Berücksichtigung gegenseitiger Abhängigkeiten voneinander kontrolliert bzw. gesteuert und/oder geregelt. Dies betrifft bspw. auch eine Kontrolle von Betriebsparametern der Energiespeichermodule 6-4a, 6-4b, 6-4c, 6-4d, 6-4e, bspw. eine Stellung und/oder Konfiguration der Schalter der Energiespeichermodule 6-4a, 6-4b, 6-4c, 6-4d, 6-4e und/oder einen Ladezustand der Energiespeichermodule 6-4a, 6-4b, 6-4c, 6-4d, 6-4e bzw. der jeweiligen Energiespeichereinheiten. Je nach Stellung der Schalter ist ein Wert einer Spannung durch Einstellen einer schaltungstechnischen Anordnung der Energiespeichereinheiten einstellbar und/oder variierbar.
Bei der vierten Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-4 sind drei Kontrollstrategien, d. h. Steuerungsstrategien und/oder Regelungsstrategien, möglich, wobei jeweils Spannungsvektoren für eine Spannung aus dem Diagramm in 4b berücksichtigt werden.
Bei einer ersten Kontrollstrategie bzw. Steuerungsstrategie und/oder Regelungsstrategie wird zu jeweils einem Zeitpunkt nur eine der beiden Elektromaschinen 18-4a, 18-4b mit einer vorgesehenen Spannung gemäß dem Spannungsvektor versorgt, wobei jeder Elektromaschine 184a, 184b abwechselnd bzw. wechselseitig die jeweils vorgesehene Spannung bereitgestellt wird.
Bei einer zweiten Kontröllstrategie bzw. Steuerungsstrategie und/oder Regelungsstrategie wird berücksichtigt, dass eine der beiden Elektromaschinen 18-4a, 18-4b gegenüber der anderen priorisiert ist bzw. wird. Dabei wird der ersten, priorisierten Elektromaschine 18-4a, 18-4b die geforderte bzw. vorgesehene Spannung bereitgestellt. Einer zweiten der beiden Elektromaschinen 18-4a, 18-4b wird über einen Spannungsvektor jene Spannung bereitgestellt, die einer Spannung entspricht, die sich aufgrund eines nächsten Spannungsvektors ergibt.
Bei einer dritten Kontrollstrategie bzw. Steuerungsstrategie und/oder Regelungsstrategie sind beide Elektromaschinen 18-4a, 184b gleichberechtigt. Falls es dennoch nicht möglich ist, über angeforderte Spannungsvektoren eine jeweils erforderliche Spannung bereitzustellen, werden optimierte Spannungsvektoren eingesetzt, um beiden Elektromaschinen 184a, 184b gleichzeitig eine ausreichende Spannung bereitzustellen und eine Welligkeit des Drehmoments zu reduzieren.
5a zeigt in schematischer Darstellung die fünfte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-5, die sechs Stränge 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f mit hier jeweils vier Energiespeichermodulen 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f mit jeweils mindestens einer Energiespeichereinheit und jeweils mindestens zwei Schaltern aufweist, die innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f hintereinander angeordnet und deren Energiespeichereinheiten je nach Verschaltung, insbesondere je nach Stellung und/oder Konfiguration der umfassten Schalter in Reihe bzw. seriell und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Jeder Strang 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f weist zwei Strangenden auf, wobei ein erstes Strangende jeweils eines Strangs 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f hier je nach Definition als zentrales Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist. Ein zweites Strangende jeweils eines Strangs 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f ist hier je nach Definition als periphäres Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen. Jeder Strang 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f weist hier ein Paar Leitungen auf, wobei Abschnitte dieses Paars Leitungen die Strangenden sowie die dazwischen angeordneten Energiespeichermodule 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f verbinden, wobei jeweils zwei unmittelbar benachbarte Energiespeichermodule 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f über jeweils einen Abschnitt des Paars Leitungen verbunden sind. Außerdem endet jeweils ein Abschnitt des Paars Leitungen an einem Strangende und verbindet dieses jeweils mit einem äußeren Energiespeichermodul 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f dieses Strangs 4-5a, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f.
Die sechs Stränge 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f sind hier sternförmig geschaltet und/oder angeordnet. Dabei sind die zentralen Strangenden sowie Abschnitte eines jeweiligen Paars Leitungen an den zentralen Strangenden aller sechs Stränge 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f an einem zentralen Verbindungspunkt 10-5 miteinander verbunden. An jeweils einem periphären Strangende jeweils eines Strangs 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f ist hier ein für jeden der sechs Stränge 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f eigener bzw. spezifischer Anschluss 8-5a, 8-5b, 8-5c, 8-5d, 8-5e, 8-5f angeordnet.
An dem Energiespeichersystem 2-5 sind hier als elektrische Lasten zwei Elektromaschinen 18-5a, 18-5b mit jeweils drei Phasen U, V, W angeschlossen. In dieser Ausführungsform ist eine erste Phase U der ersten Elektromaschine 18-5a über eine Leitung an dem Anschluss 8-5a des periphären Strangendes des ersten Strangs 4-5a angeschlossen. Eine zweite Phase V der ersten Elektromaschine 18-5a ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-5b des periphären Strangendes des zweiten Strangs 4-5b angeschlossen. Eine dritte Phase W der ersten Elektromaschine 18-5a ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-5c des periphären Strangendes des dritten Strangs 4-5c angeschlossen.
Eine erste Phase U der zweiten Elektromaschine 18-5b ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-5d des periphären Strangendes des vierten Strangs 4-5d angeschlossen. Eine zweite Phase V der zweiten Elektromaschine 18-5b ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-5e des periphären Strangendes des fünften Strangs 4-5e und eine dritte Phase W der zweiten Elektromaschine 18-5b ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-5f des periphären Strangendes des sechsten Strangs 4-5f angeschlossen.
Allerdings ist es auch hier möglich, dass die drei Phasen U, V, W der ersten Elektromaschine 18-5a an den Anschlüssen 8-5a, 8-5b, 8-5c anders als hier explizit beschrieben anschließbar sind. Dasselbe gilt auch für eine alternative Anschlussmöglichkeit der drei Phasen U, V, W der zweiten Elektromaschine 18-5b an den Anschlüssen 8-5d, 8-5e, 8-5f. Insgesamt sind für die erste Elektromaschine 18-5a drei eigene Anschlüsse 8-5a, 8-5b, 8-5c vorgesehen, die von den drei eigenen Anschlüssen 8-5d, 8-5e, 8-5f für die zweite Elektromaschine 18-5b getrennt und unabhängig sind.
Bei einem Betrieb des Energiespeichersystems 2-5 werden die beiden Elektromaschinen 18-5a, 18-5b gleichmäßig mit elektrischer Energie versorgt. Das Diagramm aus 5b zeigt hierzu einen ersten sechseckigen Arbeitsbereich 20-5, der hier einen kreisförmigen zweiten Arbeitsbereich 22-5 umhüllt. Ein jeweiliger Wert der Spannung ist abhängig von einer jeweiligen parallelen und/oder seriellen Stellung der Schalter innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f einstellbar, wodurch eine schaltungstechnische Anordnung der Energiespeichereinheiten innerhalb des jeweiligen Strangs 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f auch energiespeichermodulübergreifend beeinflusst wird.
Jeder Strang 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f und/oder jedes Energiespeichermodul 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f wird durch die angeschlossenen Elektromaschinen 18-5a, 18-5b gleichmäßig entladen, wobei zu einem jeweiligen Zeitpunkt in jedem Strang 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f bzw. in jedem Energiespeichermodul 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f dieselbe Menge am elektrischer Energie gespeichert ist. Die Stränge 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f sind hierbei, u. a. bzgl. der Menge an jeweils darin gespeicherter elektrischer Energie und/oder eines Ladezustands als Betriebsparameter der Energiespeichermodule 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f, unabhängig voneinander kontrollierbar, wobei bei einer Kontrolle bzw. Steuerung und/oder Regelung eines jeweiligen Strangs 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f auch die anderen Stränge 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f berücksichtigt werden. Weiterhin weist jedes Energiespeichermodul 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f eine Energiespeichereinheit, bspw. eine Batterie oder einen Kondensator, und mehrere Schalter auf. Durch eine geeignete und dynamisch änderbare Stellung und/oder Konfiguration der in den jeweiligen Energiespeichermodulen 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f umfassten Schalter ist eine jeweilige Energieentnahme von den einzelnen Strängen 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f bzw. den jeweiligen darin umfassten Energiespeichermodulen 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f und Energiespeichereinheiten gut kontrollier- und regelbar.
Üblicherweise weist die dritte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-3 133% mehr Energiespeichermodule 6-3a, 6-3b, 6-3c, 6-3d als die fünfte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-5 auf. Die vierte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-4 benötigt nur 83% so viele Energiespeichermodule 64a, 6-4b, 6-4c, 64d, 6-4e wie die fünfte Ausführungsform.
Die in 6a schematisch gezeigte sechste Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems 2-6 weist sechs Stränge 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f auf. Jeder Strang weist wiederum vier Energiespeichermodule 6-6a, 6-6b, 6-6c, 6-6d, 6-6e, 6-6f mit mindestens einer Energiespeichereinheit und mindestens zwei Schaltern auf, die zwischen zwei Strangenden eines jeweiligen Strangs 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f hintereinander angeordnet und deren Energiespeichereinheiten in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet und über Leitungen, hier über Abschnitte eines Paars Leitungen, miteinander verbunden sind, wobei jeweils ein Abschnitt einer Leitung, der an einem Strangende endet, dieses mit einem Energiespeichermodul 6-6a, 6-6b, 6-6c, 6-6d, 6-6e, 6-6f verbindet. Dabei ist hier vorgesehen, dass das Energiespeichersystem 2-6 in eine erste Gruppe aus einem ersten, zweiten und dritten Strang 4-6a, 4-6b, 4-6c, die hier ring- bzw. kreisförmig angeordnet sind und einen ersten geschlossenen Ring bzw. Kreis bilden, und eine zweite Gruppe aus einem vierten, fünften und sechsten Strang 4-6d, 4-6e, 4-6f, die hier ring- bzw. kreisförmig angeordnet sind und einen zweiten geschlossenen Ring bzw. Kreis bilden, unterteilt ist. Dabei weist jeder Ring 173% einer Länge eines Strangs 4-2a, 4-2b, 4-2c bzw. 4-3a, 4-3b, 4-3c, 4-3d bzw. 4-4a, 4-4b, 44c, 4-4d, 4-4e bzw. 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f eines sternförmigen Energiespeichersystems 2-2 bzw. 2-3 bzw. 2-4 bzw. 2-5 auf.
Innerhalb der ersten Gruppe sind jeweils Strangenden von zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-6a, 4-6b, 4-6c jeweils an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6a, 10-6b, 10-6c miteinander verbunden, wobei an jedem Verbindungspunkt 10-6a, 10-6b, 10-6c ein Anschluss 8-6a, 8-6b, 8-6c angeordnet ist. In diesem Fall weisen ein erster und zweiter Strang 4-6a, 4-6b an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6a einen gemeinsamen Anschluss 8-6a, der zweite und ein dritter Strang 4-6b, 4-6c an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6b einen gemeinsamen Anschluss 8-6b und der erste sowie dritte Strang 4-6a, 4-6c an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6c einen gemeinsamen zentralen Anschluss 8-6c auf.
Entsprechend sind innerhalb der zweiten Gruppe jeweils Strangenden von zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-6d, 4-6e, 4-6f an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6c, 10-6d, 10-6e miteinander verbunden, wobei an jedem Verbindungspunkt 10-6c, 10-6d, 10-6e ein Anschluss 8-6c, 8-6d, 8-6e angeordnet ist. In diesem Fall weisen ein vierter und fünfter Strang 4-6d, 4-6e an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6d einen gemeinsamen Anschluss 8-6d sowie der fünfte und ein sechster Strang 4-6e, 4-6f an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6e einen gemeinsamen Anschluss 8-6e auf. Außerdem weisen der vierte sowie sechste Strang 4-6d, 4-6f an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6c den gemeinsamen Anschluss 8-6c auf.
An sämtlichen Verbindungspunkten 10-6a, 10-6b, 10-6c, 10-6d, 10-6e sind Abschnitte einer jeweiligen Leitung, die an einem jeweiligen Strangende eines Strangs 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f enden, miteinander verbunden.
Dabei sind beide Gruppen aus den Strängen 4-6a, 4-6b, 4-6c bzw. 4-6d, 4-6e, 4-6f an dem hier zentralen, für beide Gruppen gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6c mit dem zentralen Anschluss 8-6c miteinander verbunden, wobei hier explizit der erste, dritte, vierte und sechste Strang 4-6a, 4-6c, 4-6d, 4-6f miteinander verbunden sind, die sich den zentralen Anschluss 8-6c miteinander teilen.
An dem Energiespeichersystem 2-6 sind hier als elektrische Lasten zwei Elektromaschinen 18-6a, 18-6b mit jeweils drei Phasen U, V, W angeschlossen. In dieser Ausführungsform ist eine erste Phase U der ersten Elektromaschine 18-6a über eine Leitung an dem Anschluss 8-6a zwischen dem ersten und zweiten Strang 4-6a, 4-6b angeschlossen. Eine zweite Phase V der ersten Elektromaschine 18-6a ist über eine Leitung an dem Anschluss 8-6b zwischen dem zweiten und dritten Strang 4-6b, 4-6c angeschlossen. Eine dritte Phase W der ersten Elektromaschine 18-6a ist über eine Leitung an dem zentralen Anschluss 8-6c angeschlossen, der an dem für beide Gruppen gemeinsamen Verbindungspunkt 10-6c angeordnet ist, wobei an diesem zentralen Anschluss 8-6c auch eine dritte Phase W der zweiten Elektromaschine 18-6b über eine Leitung angeschlossen ist. Demnach teilen sich jeweils eine Phase W jeder der beiden Elektromaschinen 18-6a, 18-6b den zentralen Anschluss 8-6c. Eine erste Phase U der zweiten Elektromaschine 18-6b ist über eine Leitung an dem vierten Anschluss 8-6d zwischen dem vierten und fünften Strang 4-6d, 4-6e und eine zweite Phase V der zweiten Elektromaschine 18-6b über eine Leitung an dem fünften Anschluss 8-6e zwischen dem fünften und sechsten Strang 4-6e, 4-6f angeschlossen.
Allerdings ist es auch hier möglich, dass die drei Phasen U, V, W der ersten Elektromaschine 18-6a an den Anschlüssen 8-6a, 8-6b, 8-6c anders als hier explizit beschrieben anschließbar sind. Dasselbe gilt auch für eine alternative Anschlussmöglichkeit der drei Phasen U, V, W der zweiten Elektromaschine 18-6b an den Anschlüssen 8-6d, 8-6e, 8-6f. Das heißt, dass die drei Phasen U, V, W der jeweiligen Elektromaschinen 18-6a, 18-6b hinsichtlich ihres jeweiligen Anschlusses an das Energiespeichersystem 2-6 anders auf die Anschlüsse 8-6a, 8-6b, 8-6c bzw. 8-6c, 8-6d, 8-6e verteilt werden können. Insgesamt sind für die erste Elektromaschine 18-6a zwei eigene Anschlüsse 8-6a, 8-6b und für die zweite Elektromaschine 18-6b zwei eigene Anschlüsse 8-6d, 8-6f vorgesehen, wobei für die beiden Elektromaschinen 18-6a, 18-6b zudem der gemeinsame zentrale Anschluss 8-6c vorgesehen ist.
Bei einem Betrieb des Energiespeichersystems 2-6 werden die beiden Elektromaschinen 18-6a, 18-6b mit elektrischer Energie versorgt. Das Diagramm aus 6b zeigt hierzu einen sechseckigen ersten Arbeitsbereich 20-6, der einen runden zweiten Arbeitsbereich 22-6 umhüllt. Auch hier werden die Stränge 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f bei einem Betrieb des Energiespeichersystems 2-6 gleichmäßig entladen. Die Stränge 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f werden unabhängig voneinander kontrolliert, wobei bspw. mindestens ein Betriebsparameter der Stränge 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f berücksichtigt wird. Durch eine geeignete und dynamisch änderbare Stellung und/oder Konfiguration der von den jeweiligen Energiespeichermodulen 6-6a, 6-6b, 6-6c, 6-6d, 6-6e, 6-6f umfassten Schalter ist eine jeweilige Energieentnahme von den einzelnen Strängen 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f bzw. von den jeweiligen darin umfassten Energiespeichermodulen 6-6a, 6-6b, 6-6c, 6-6d, 6-6e, 6-6f bzw. von deren Energiespeichereinheiten gut kontrollier- und regelbar, wobei ein Wert der Spannung durch eine jeweils gewählte Stellung der Schalter innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f eingestellt wird, da durch die Stellung eine schaltungstechnische, bspw. parallele und/oder serielle Anordnung der Energiespeichereinheiten innerhalb des jeweiligen Strangs 4-6a, 4-6b, 4-6c, 4-6d, 4-6e, 4-6f beeinflusst wird.
Innerhalb der hier deltaförmig ausgebildeten Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-6 wird ein Ringstrom bereitgestellt, der bei einem Algorithmus zum Kontrollieren des Energiespeichersystems 2-6 berücksichtigt wird. Der Ringstrom ergibt sich bspw. dann, wenn eine Summe einer Spannung sämtlicher Phasen mindestens einer der beiden Lasten, hier Elektromaschinen 18-6a, 18-6b, ungleich null ist. Mit dem Ringstrom ist es möglich, Energie zwischen Phasen der mindestens einen elektrischen Last, bspw. Elektromaschine 18-6a, 18-6b, zu transferieren.
Die siebte Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems 2-7 ist in den 7a und 7b jeweils schematisch dargestellt. Dabei unterscheiden sich die beiden Darstellungen der 7a, 7b dadurch voneinander, dass zwei Varianten möglich sind, über die elektrische Lasten, hier bspw. zwei Elektromaschinen 18-7a, 18-7b, an dem Energiespeichersystem 2-7 anschließbar sind.
Dieses Energiespeichersystem 2-7 weist sechs Stränge 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f auf. Jeder Strang 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f weist hier vier Energiespeichermodule 6-7a, 6-7b, 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f mit jeweils einer Energiespeichereinheit und mehreren Schaltern auf, die zwischen zwei Strangenden eines jeweiligen Strangs 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f hintereinander angeordnet sind, wobei die Energiespeichereinheiten je nach Stellung und/oder Konfiguration der vorgesehenen Schalter zueinander in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Dabei umfasst jeder Strang 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f ein Paar Leitungen, wobei jeweils ein Abschnitt des Paars Leitungen zwei unmittelbar benachbarte Energiespeichermodule 6-7a, 6-7b, 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f oder ein jeweiliges Strangende mit einem jeweilig einen Abschluss der hintereinander angeordneten Energiespeichermodule 6-7a, 6-7b; 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f bildenden Energiespeichermodul verbindet.
Außerdem sind sämtliche Stränge 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f sowie sämtliche Energiespeichermodule 6-7a, 6-7b, 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f kreis- bzw. ringförmig zueinander angeordnet, wobei jeweils ein erstes Strangende jeweils eines Strangs 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f jeweils mit einem zweiten Strangende eines ersten unmittelbar benachbarten Strangs 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f und jeweils ein zweites Strangende des jeweiligen Strangs 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f mit einem ersten Strangende eines zweiten unmittelbar benachbarten Strangs 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f verbunden ist.
Im Detail sind Strangenden des ersten und zweiten Strangs 4-7a, 4-7b an einem ersten Verbindungspunkt 10-7a miteinander verbunden. Strangenden des zweiten und dritten Strangs 4-7b, 4-7c sind an einem zweiten Verbindungspunkt 10-7b miteinander verbunden. Strangenden des dritten und vierten Strangs 4-7c, 4-7d sind an einem dritten Verbindungspunkt 10-7c miteinander verbunden. Strangenden des vierten und fünften Strangs 4-7d, 4-7e sind an einem vierten Verbindungspunkt 10-7d miteinander verbunden. Strangenden des fünften und sechsten Strangs 4-7e, 4-7f sind an einem fünften Verbindungspunkt 10-7e miteinander verbunden. Strangenden des ersten und sechsten Strangs 4-7a, 4-7f sind an einem sechsten Verbindungspunkt 10-7f miteinander verbunden.
Dabei ist an jeweils einem Verbindungspunkt 10-7a, 10-7b, 10-7c, 10-7d, 10-7e, 10-7f zwischen zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f ein Anschluss 8-7a, 8-7b, 8-7c, 8-7d, 8-7e, 8-7f angeordnet, nämlich ein erster Anschluss 8-7a am ersten Verbindungspunkt 10-7a, ein zweiter Anschluss 8-7b am zweiten Verbindungspunkt 10-7b, ein dritter Anschluss 8-7c am dritten Verbindungspunkt 10-7c, ein vierter Anschluss 8-7d am vierten Verbindungspunkt 10-7d, ein fünfter Anschluss 8-7e am fünften Verbindungspunkt 10-7e und ein sechster Anschluss 8-7f am sechsten Verbindungspunkt 10-7f.
Wie die in 7a schematisch dargestellte erste Variante der Anschlussmöglichkeit für die Phasen U, V, W der beiden Elektromaschinen 18-7a, 18-7b zeigt, sind Phasen U, V, W der ersten Elektromaschine 18-7a innerhalb der kreisförmigen Anordnung der Stränge 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f bzw. der Verbindungspunkte 10-7a, 10-7b, 10-7c, 10-7d, 10-7e, 10-7f und somit der Anschlüsse 8-7a, 8-7b, 8-7c, 8-7d, 8-7e, 8-7f, an drei unmittelbar hintereinander angeordneten Anschlüssen 8-7f, 8-7a, 8-7b, d. h. dem sechsten, ersten und zweiten Anschluss 8-7f, 8-7a, 8-7b über Leitungen angeschlossen. Weiterhin sind Phasen U, V, W der zweiten Elektromaschine 18-7a innerhalb der kreisförmigen Anordnung der Stränge 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f bzw. Anschlüsse 8-7a, 8-7b, 8-7c, 8-7d, 8-7e, 8-7f an drei unmittelbar hintereinander angeordneten Anschlüssen 8-7c, 8-7d, 8-7e, d. h. dem dritten, vierten und fünften Anschluss 8-7c, 8-7d, 8-7e über Leitungen angeschlossen. Dabei sind zwischen den drei Anschlüssen 8-7a, 8-7b, 8-7f für die Phasen U, V, W der ersten Elektromaschine 18-7a zwei Stränge 4-7a, 4-7b und zwischen den drei Anschlüssen 8-7c, 8-7d, 8-7e für die Phasen U, V, W der zweiten Elektromaschine 18-7b ebenfalls zwei Stränge 4-7d, 4-7e angeordnet. Ferner sind der dritte Strang 4-7c und der sechste Strang 4-7f jeweils zwischen zwei Anschlüssen 8-7b, 8-7c bzw. 8-7e, 8-7f angeordnet, an denen jeweils eine Phase U, V, W einer der beiden Elektromaschinen 18-7a, 18-7b angeschlossen ist, wobei diese beiden Stränge 4-7c, 4-7f jeweils an beiden Elektromaschinen 18-7a, 18-7b angeschlossen sind.
Im Unterschied hierzu ist bei der in 7b schematisch dargestellten zweite Variante der Anschlussmöglichkeit für die Phasen U, V, W der beiden Elektromaschinen 18-7a, 18-7b vorgesehen, dass die Phasen U, V, W der beiden Elektromaschinen 18-7a, 18-7b über Leitungen abwechselnd an den kreisförmig hintereinander angeordneten Anschlüssen 8-7a, 8-7b, 8-7c, 8-7d, 8-7e, 8-7f angeschlossen sind. Je nach Bezeichnung und Reihenfolge der Phasen U, V, W jeweils einer Elektromaschine 18-7a, 18-7b ist hier im Uhrzeigersinn bspw. an dem ersten Anschluss 10-7a die erste Phase U der zweiten Elektromaschine 18-7b, an dem nächsten zweiten Anschluss 10-7b die erste Phase U der ersten Elektromaschine 18-7a, an dem nächsten dritten Anschluss 10-7c die zweite Phase V der zweiten Elektromaschine 18-7b, an dem nächsten vierten Anschluss 10-7d die zweite Phase V der ersten Elektromaschine 18-7a, an dem nächsten fünften Anschluss 10-7e die dritte Phase W der zweiten Elektromaschine 18-7b und an dem nächsten sechsten Anschluss 10-7f die dritte Phase W der ersten Elektromaschine 18-7a angeschlossen. Somit ist jeweils ein Strang 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f zwischen zwei Anschlüssen 8-7a, 8-7b, 8-7c, 8-7d, 8-7e; 8-7f angeordnet, wobei jeweils einer der beiden Anschlüsse 8-7a, 8-7b, 8-7c, 8-7d, 8-7e, 8-7f für eine Phase U, V, W der einen Elektromaschine 18-7a, 18-7b und der entsprechend andere der beiden Anschlüsse 8-7a, 8-7b, 8-7c, 8-7d, 8-7e, 8-7f für eine Phase der anderen Elektromaschine 18-7a, 18-7b vorgesehen ist.
Hier ist bei beiden Varianten jeder Strang 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f mit zwei Phasen U, V, W mindestens einer elektrischen Last, bspw. Elektromaschine 18-7a, 18-7b, verbunden. In 7a sind der erste, zweite, vierte und fünfte Strang 4-7a, 4-7b, 4-7d, 4-7e mit zwei Phasen U, V, W lediglich einer Elektromaschine 18-7a bzw. 18-7b verbunden. Der dritte und sechste Strang 4-7c, 4-7f sind in 7a jeweils mit einer Phase U, V, W der ersten Elektromaschine 18-7a und mit einer Phase der zweiten Elektromaschine 18-7b verbunden. In 7b ist dagegen jeder Strang 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f jeweils mit einer Phase U, V, W der ersten und mit einer Phase der zweiten Elektromaschine 18-7a, 18-7b verbunden. Bei einem Betrieb des Energiespeichersystems 2-7 werden sämtliche Stränge 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f und/oder deren Energiespeichermodule 6-7a, 6-7b, 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f bzw. Energiespeichereinheiten der Energiespeichermodule 6-7a, 6-7b, 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f gleichmäßig entladen, was u. a. dann der Fall ist, wenn beide Elektromotoren 18-7a, 18-7b gleichmäßig mechanisch belastet werden.
Innerhalb beider Varianten der siebten Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-7 wird hierbei ein Ringstrom bereitgestellt. Üblicherweise hängt eine Kontrolle und somit Steuerung und/oder Regelung der Stränge 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f von einer Anzahl an Energiespeichermodulen 6-7a, 6-7b, 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f ab. Da hier sämtliche Stränge 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f, insbesondere die von beiden Elektromaschinen 18-7a, 18-7b gemeinsam benutzten Stränge 4-7a, 4-7b, 4-7c, 4-7d, 4-7e, 4-7f dieselbe Anzahl an Energiespeichermodulen 6-7c, 6-7f sowie dieselbe Länge aufweisen, sind sie unabhängig voneinander kontrollierbar. Eine gesamte Anzahl an Energiespeichermodulen 6-7a, 6-7b, 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f der siebten Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-7 entspricht 175% +/- 60% an Energiespeichermodulen 6-5a, 6-5b, 6-5c, 6-5d, 6-5e, 6-5f der fünften Ausführungsform. Auch hier ergibt sich aufgrund der ringförmigen Topologie der Ringstrom, der bei einem Kontrollieren des Energiespeichersystems 2-7 berücksichtigt wird. Dabei ist es durch Einstellen des Ringstroms möglich, Energiespeichermodule 6-7a, 6-7b, 6-7c, 6-7d, 6-7e, 6-7f für sämtliche Phasen der Elektromaschinen 18-7a, 18-7b auszubalancieren.
Die achte Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems 2-8 ist in 8 schematisch dargestellt. Dabei weist dieses Energiespeichersystem 2-8 fünf Stränge 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d, 4-8e auf, nämlich vier äußere bzw. periphäre Stränge 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d und einen inneren bzw. zentralen Strang 4-8e. Jeder Strang 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d, 4-8e weist hier vier Energiespeichermodule 6-8a, 6-8b, 6-8c, 6-8d, 6-8e auf, die zwischen zwei Strangenden eines jeweiligen Strangs 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d, 4-8e hintereinander angeordnet und deren Energiespeichereinheiten in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Jeder Strang 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d, 4-8e weist ein Paar Leitungen auf, wobei jeweils ein Abschnitt dieses Paars Leitungen zwei unmittelbar benachbarte Energiespeichermodule 6-8a, 6-8b, 6-8c, 6-8d, 6-8e sowie jeweils ein Strangende, an dem dieser Abschnitt des Paars Leitungen endet, mit einem Energiespeichermodul 6-8a, 6-8b, 6-8c, 6-8d, 6-8e verbindet.
Außerdem sind ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter äußerer Strang 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d sowie deren Energiespeichermodule 6-8a, 6-8b, 6-8c, 6-8d in einem äußeren Kreis bzw. Ring hintereinander angeordnet. Dagegen sind der fünfte innere Strang 4-8e und dessen Energiespeichermodule 6-8e je nach Definition zwischen einer ersten Gruppe, die aus dem ersten und zweiten äußeren Strang 4-8a, 4-8b besteht, und einer zweiten Gruppe, die aus dem dritten und vierten äußeren Strang 4-8c, 4-8d besteht, angeordnet. Hierbei sind der erste, zweite und fünfte Strang 4-8a, 4-8b, 4-8e in einem ersten inneren Kreis bzw. Ring hintereinander angeordnet. Der dritte, vierte und fünfte Strang 4-8c, 4-8d, 4-8e sind in einem zweiten inneren Kreis bzw. Ring hintereinander angeordnet. Dabei ist der fünfte innere Strang 4-8e als Komponente von beiden inneren Kreisen ausgebildet.
Weiterhin umfassen das Energiespeichersystem 2-8 sowie dessen äußerer Kreis im Uhrzeigersinn einen ersten Verbindungspunkt 10-8a, der Strangenden des ersten und zweiten Strangs 4-8a, 4-8b verbindet und einen ersten daran angeordneten Anschluss 8-8a, sowie einen zweiten Verbindungspunkt 10-8b mit einem daran angeordneten zweiten Anschluss 8-8b, der den zweiten Strang 4-8b mit einem Abschnitt eines weiteren Paars Leitungen verbindet, der weiterhin an einem siebten Verbindungspunkt 10-8g endet, der weiterhin über einen Abschnitt eines Paars Leitungen mit einem dritten Verbindungspunkt 10-8c verbunden ist, an dem ein dritter Anschluss 8-8c angeordnet ist, der mit einem Strangende eines dritten Strangs 4-8c verbunden ist. Der dritte Strang 4-8c ist über einen vierten Verbindungspunkt 10-8d, an dem ein vierter Anschluss 8-8d angeordnet ist, mit einem vierten Strang 4-8d verbunden, der weiterhin mit einem fünften Verbindungspunkt 10-8e verbunden ist, an dem ein fünfter Anschluss 8-8e angeordnet ist. Der fünfte Verbindungspunkt 10-8e ist über einen Abschnitt eines Paars Leitungen mit einem achten Verbindungspunkt 10-8h verbunden, der über einen Abschnitt eines weiteren Paars Leitungen mit einem sechsten Verbindungspunkt 10-8f verbunden ist, der wiederum mit dem ersten Strang 4-8a verbunden ist, wobei an dem sechsten Verbindungspunkt 10-8f ein sechster Anschluss 8-8f angeordnet ist.
Der innere fünfte Strang 4-8e ist einerseits über den siebten Verbindungspunkt 10-8g und andererseits über den achten Verbindungspunkt 10-8h mit dem äußeren Kreis verbunden. Dabei ist jeweils ein Strangende bzw. ein daran endender Abschnitt des Paars Leitungen des fünften Strangs 4-8e je nach Definition ggf. indirekt über einen Abschnitt eines weiteren Paars Leitungen mit jeweils einem Verbindungspunkt 10-8g, 10-8h oder mit diesem Verbindungspunkt 10-8g, 10-8h direkt verbunden. Weiterhin ist der fünfte Strang 4-8e einerseits über den siebten Verbindungspunkt 10-8g mit dem zweiten und dritten Verbindungspunkt 10-8b, 10-8c sowie dem zweiten und dritten Strang 4-8b, 4-8c und andererseits über den achten Verbindungspunkt 10-8h mit dem ersten und vierten Strang 4-8a, 4-8d sowie dem fünften und sechsten Verbindungspunkt 10-8e, 10-8f verbunden.
Wie 8 im Detail schematisch zeigt, weist der äußere Ring bzw. Kreis zwei Paare Leitungen mit einer äußeren und einer inneren Leitung auf, wobei Abschnitte dieser beiden Leitungen Energiespeichermodule 6-8a, 6-8b, 6-8c, 6-8d jeweils eines der ersten vier Stränge 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d untereinander, die ersten vier Stränge 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d mit den Verbindungspunkten 10-8a, 10-8b, 10-8c, 10-8d, 10-8e, 10-8f sowie auch Verbindungspunkte 10-8b, 10-8c, 10-8e, 10-8f, 10-8g, 10-8h miteinander verbindet. Der innere fünfte Strang 4-8e ist über einen ersten Abschnitt einer ersten Leitung, die auch dessen Energiespeichermodule 6-8e verbindet, an dem siebten Verbindungspunkt 10-8g mit der inneren Leitung und über einen zweiten Abschnitt der ersten Leitung an dem achten Verbindungspunkt 10-8h mit der äußeren Leitung des äußeren Rings verbunden, wohingegen der innere fünfte Strang 4-8e über einen ersten Abschnitt einer zweiten Leitung, die dessen Energiespeichermodule 6-8e ebenfalls verbindet, an dem siebten Verbindungspunkt 10-8g mit der äußeren Leitung und über einen zweiten Abschnitt der zweiten Leitung an dem achten Verbindungspunkt 10-8h mit der inneren Leitung des äußeren Rings verbunden ist. Über die Verbindungspunkte 10-8g und 10-8h ist der fünfte Strang 4-8e mit den Anschlüssen 8-8b, 8-8c bzw. 8-8e, 8-8f verbunden, d. h. der innere Strang 4-8e weist an seihen jeweiligen Strangenden jeweils zumindest mittelbar zwei Anschlüsse 8-8b, 8-8c bzw. 8-8e, 8-8f auf.
An dem Energiespeichersystem 2-8 sind hier jeweils drei Phasen U, V, W einer ersten und einer zweiten Elektromaschine 18-8a, 18-8b als elektrische Lasten angeschlossen. Unabhängig von einer explizit vorgesehenen Bezeichnung und/oder Reihenfolge der Phasen U, V, W der ersten Elektromaschine 18-8a ist jeweils eine Phase U, V, W über eine Leitung an einem Anschluss 8-8a, 8-8b, 8-8f, der definitionsgemäß auch in den ersten inneren Ring integriert ist, angeschlossen, wobei jeweils ein Anschluss 8-8a, 8-8b, 8-8f eine Phase U, V, W auch mit der inneren Leitung des äußeren Rings verbindet. Weiterhin ist jeweils eine Phase U, V, W der ersten Elektromaschine 18-8a zwischen zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-8a, 4-8b, 4-8e des definitionsgemäß ersten inneren Rings mit diesem verbunden. Jeweils eine Phase U, V, W der zweiten Elektromaschine 18-8b ist über eine Leitung an einem Anschluss 8-8c, 8-8d, 8-8e, der definitionsgemäß auch in den zweiten inneren Ring integriert ist, angeschlossen, wobei jeweils ein Anschluss 8-8c, 8-8c, 8-8c eine Phase U, V, W auch mit der inneren Leitung des äußeren Rings verbindet. Weiterhin ist jeweils eine Phase U, V, W der zweiten Elektromaschine 18-8b zwischen zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-8c, 4-8d, 4-8e des definitionsgemäß zweiten inneren Rings mit diesem verbunden.
Bei einem Betrieb des Energiespeichersystems 2-8 werden die Stränge 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d, 4-8e unabhängig voneinander kontrolliert und somit gesteuert und/oder geregelt, wobei bspw. auch mindestens ein Betriebsparameter der Stränge 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d, 4-8e kontrolliert wird. In Ausgestaltung wird der innere fünfte Strang 4-8e, der insgesamt mit vier Phasen U, V, W der beiden Elektromaschinen 18-8a, 18-b verbunden ist, schneller, bspw. doppelt so schnell wie die vier Stränge 4-8a, 4-8b, 4-8c, 4-8d, die definitionsgemäß in den äußeren Ring integriert jedoch jeweils nur mit zwei Phasen U, V, W lediglich einer der beiden Elektromaschinen 18-8a, 18-b verbunden sind, entladen.
Die achte Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems 2-8 ist zu der vierten sternförmigen Ausführungsform äquivalent, die ebenfalls fünf Stränge 4-4a, 44b, 4-4c, 4-4d mit Energiespeichermodulen 4-4a, 4-4b, 4-4c, 4-4d, 4-4e umfasst. Eine Anzahl an Energiespeichermodulen 44a, 44b, 44c, 44d, 44e beträgt im Vergleich zu der fünften Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-5 146% +/- 43%.
9 zeigt in schematischer Darstellung die neunte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-10, das sechs Stränge 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f mit hier jeweils vier Energiespeichermodulen 6-10 aufweist, die innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f hintereinander angeordnet sind. Jedes Energiespeichermodul 6-10 umfasst mindestens eine Energiespeichereinheit und mindestens zwei Schalter. Dabei sind die Energiespeichereinheiten innerhalb jeweils eines Strangs 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f je nach Stellung der Schalter innerhalb des Strangs 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f seriell bzw. in Reihe, parallel und/oder als Bypass zueinander geschaltet.
Somit wird eine schaltungstechnische Anordnung der Energiespeichereinheiten beeinflusst, wodurch ein Wert der Spannung des jeweiligen Strangs 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f eingestellt wird.
Dabei ist das Energiespeichersystem 2-10 in eine erste Gruppe, die einen ersten, zweiten und dritten Strang 4-10a, 4-10b, 4-10c umfasst, und eine zweite Gruppe, die einen vierten, fünften und sechsten Strang 4-10d, 4-10e, 4-10f umfasst, aufgeteilt.
Jeder Strang 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f weist zwei Strangenden auf, wobei ein erstes Strangende jeweils eines Strangs 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f hier je nach Definition als zentrales Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist. Ein zweites Strangende jeweils eines Strangs 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f ist hier je nach Definition als periphäres Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
Die jeweils drei Stränge 4-10a, 4-10b, 4-10c bzw. 4-10d, 4-10e, 4-10f einer der beiden Gruppen sind hier jeweils sternförmig geschaltet und/oder angeordnet. Dabei sind die zentralen Strangenden der drei Stränge 4-10a, 4-10b, 4-10c der ersten Gruppe an einem ersten zentralen Verbindungspunkt 10-10a miteinander verbunden. Die zentralen Strangenden der drei Stränge 4-10d, 4-10e, 4-10f der zweiten Gruppe sind an einem zweiten zentralen Verbindungspunkt 10-10b miteinander verbunden. An jeweils einem periphären Strangende jeweils eines Strangs 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f ist hier ein für jeden der sechs Stränge 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f eigener bzw. spezifischer Anschluss 8-10a, 8-10b, 8-10c, 8-10d, 8-10e, 8-10f angeordnet. Jeweils ein Anschluss 8-10a, 8-10b, 8-10c der ersten Gruppe aus Strängen 4-10a, 4-10b, 4-10c ist über eine Leitung 30-10a, 30-10b, 30-10c mit Phasen U, V, W einer ersten elektrischen Last, bspw. einer ersten Elektromaschine 18-10a, verbunden. Außerdem ist jeweils ein Anschluss 8-10d, 8-10e, 8-10f der zweiten Gruppe aus Strängen 4-10d, 4-10e, 4-10f über eine Leitung 30-10d, 30-10e, 30-10f mit Phasen U, V, W einer zweiten elektrischen Last, bspw. einer zweiten Elektromaschine 18-10b, verbunden.
Jeweils ein Energiespeichermodul 6-10 weist als Energiespeichereinheit entweder eine Batterie bzw. einen Akkumulator oder einen Kondensator auf. Dabei ist es möglich, jedes Energiespeichermodul 6-10 bzw. dessen mindestens eine Energiespeichereinheit bei einem Laden mit elektrischer Energie zu laden sowie aus diesem bei einem Entladen elektrische Energie zu entnehmen. Dabei ist ein einphasiges oder dreiphasiges Laden oder Entladen mit Gleichstrom oder Wechselstrom möglich. Weiterhin ist es möglich, in dem Energiespeichersystem 2-10 eine vergleichsweise große Menge an elektrischer Energie zu speichern, eine Welligkeit (ripple) der Spannung zu reduzieren sowie einen Leistungsverlust zu verringern. Dabei erhalten die Elektromaschinen 18-10a, 18-10b die elektrische Energie direkt von den Strängen 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f. Außerdem sind bei einem Ausbalancieren der Stränge 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f Strom- oder Spannungsstöße verringert.
Unabhängig von der in 9 explizit gezeigten Konfiguration der Stränge 4-10a, 4-10b, 4-10c, 4-10d, 4-10e, 4-10f des Energiespeichersystems 2-10 ist es möglich, an die hier zwei mal drei Anschlüsse 8-10a, 8-10b, 8-10c bzw. 8-10d, 8-10e, 8-10f jeweils drei Phasen U, V, W von zwei elektrischen Lasten, hier von zwei Elektromaschinen 18-10a, 18-10b, anzuschließen. Falls in einer Variante die beiden Verbindungspunkte 10-10a, 10-10b miteinander verbunden sind, entspricht die neunte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-10 der fünften Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-5 aus 5a, bei der sämtliche Stränge 4-5a, 4-5b, 4-5c, 4-5d, 4-5e, 4-5f in einem Verbindungspunkt 10-5 verbunden sind.
10 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 40, das die zehnte Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-11 umfasst, das sechs Stränge 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f mit hier jeweils vier Energiespeichermodulen 6-11 aufweist, die innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f hintereinander angeordnet sind. Jedes Energiespeichermodul 6-11 weist hier als Komponenten mindestens eine als Batterie ausgebildete Energiespeichereinheit 42-11 und mindestens zwei hier als Halbleiterschalter, bspw. Transistoren, ausgebildete Schalter 44-11 auf, von denen hier jeweils nur einer pro Energiespeichermodul 6-11 gezeigt ist. Je nach Stellung der Schalter 44-11 innerhalb jeweils eines Strangs 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f werden die Energiespeichereinheiten 42-11 innerhalb dieses Strangs 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f auch energiespeichermodulübergreifend seriell, parallel und/oder als Bypass zueinander geschaltet.
Dabei ist das Energiespeichersystem 2-11 in eine erste Gruppe, die einen ersten, zweiten und dritten Strang 4-11a, 4-11b, 4-11c umfasst, und eine zweite Gruppe, die einen vierten, fünften und sechsten Strang 4-11d, 4-11e, 4-11f umfasst, aufgeteilt.
Jeder Strang 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f weist zwei Strangenden auf, wobei ein erstes Strangende jeweils eines Strangs 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f hier je nach Definition als zentrales Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist. Ein zweites Strangende jeweils eines Strangs 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f ist hier je nach Definition als periphäres Strangende ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
Die jeweils drei Stränge 4-11a, 4-11b, 4-11c bzw. 4-11d, 4-11e, 4-11f einer der beiden Gruppen sind hier jeweils sternförmig geschaltet und/oder angeordnet. An jeweils einem periphären Strangende jeweils eines Strangs 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f ist hier ein für jeden der sechs Stränge 4-11a, 4-11b, 4-11c, 4-11d, 4-11e, 4-11f eigener bzw. spezifischer Anschluss angeordnet, der über eine Leitung mit drei Phasen U, V, W einer ersten Elektromaschine 18-11 a des Fahrzeugs 40 verbunden ist. Außerdem ist jeweils ein Anschluss der zweiten Gruppe aus Strängen 4-11d, 4-11e, 4-11f über jeweils eine Leitung mit drei Phasen U, V, W einer zweiten Elektromaschine 18-11b des Fahrzeugs 40 verbunden.
Dabei ist die erste Elektromaschine 18-11a einer hinteren Achse und somit hinteren Rädern des Fahrzeugs 40 zugeordnet sowie dazu ausgebildet, elektrische Energie aus den ersten drei Strängen 4-11a, 4-11b, 4-11c in mechanische Energie umzuwandeln und somit die Räder der hinteren Achse anzutreiben. Die zweite Elektromaschine 18-11b ist einer vorderen Achse und somit vorderen Rädern des Fahrzeugs 40 zugeordnet sowie dazu ausgebildet, elektrische Energie aus dem vierten, fünften und sechsten Strang 4-11d, 4-11e, 4-11f in mechanische Energie umzuwandeln und somit die Räder der vorderen Achse anzutreiben.
Mit der neunten und zehnten Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-10 bzw. 2-11 sind jeweils zwei Elektromaschinen 18-10a, 18-10b bzw. 18-11a, 18-11b mit elektrischer Energie zu versorgen. Dabei ist eine Menge an elektrischer Energie für jeweils eine Elektromaschine 18-10a, 18-10b bzw. 18-11a, 18-11b abhängig von einer Stellung der Schalter 44-11 individuell und unabhängig von einer Menge einer anderen der beiden Elektromaschinen 18-10a, 18-10b bzw. 18-11a, 18-11b zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln, was auch ohne zusätzliche Geräte möglich ist. Dabei sind die jeweils zwei Gruppen an Strängen 4-10a, 4-10b, 4-10c bzw. 4-10d, 4-10e, 4-10f bzw. 4-11a, 4-11b, 4-11c bzw. 4-11d, 4-11e, 4-11f für jeweils eine Elektromaschine 18-10a bzw. 18-10b und 18-11a bzw. 18-11b voneinander getrennt. Dabei ist jede der beiden Elektromaschinen 18-10a, 18-10b bzw. 18-11a, 18-11b über einen Satz aus jeweils drei Anschlüssen 8-10a, 8-10b, 8-10c, 8-10d, 8-10e, 8-10f mit jeweils einer der beiden Gruppen aus Strängen 4-10a, 4-10b, 4-10c bzw. 4-10d, 4-10e, 4-10f, 4-11a, 4-11b, 4-11c bzw. 4-11d, 4-11e, 4-11f verbunden.
11a zeigt ein erstes Beispiel für ein Energiespeichermodul 6-12a und 11b ein zweites Beispiel für ein Energiespeichermodul 6-12b. Dabei umfasst dieses erste Energiespeichermodul 6-12a als Komponenten eine als Batterie ausgebildete Energiespeichereinheit 42-12a und insgesamt vier unipolare Schalter 44-12a, wobei jeder Schalter 44-12a wiederum einen unipolaren Transistor und eine dazu parallel geschaltete Diode aufweist. Dabei ist jeweils ein Paar aus zwei Schaltern 44-12a in Reihe geschaltet, wobei zwei derartige Paare an Schaltern 44-12a zueinander parallel und auch parallel zu der Energiespeichereinheit 42-12a geschaltet sind.
Das in 11b gezeigte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-12b umfasst als Komponenten ebenfalls eine als Batterie ausgebildete Energiespeichereinheit 42-12b und vier Paare mit jeweils zwei bipolaren Schaltern 44-12b, wobei jeweils ein derartiger bipolarer Schalter 44-12b als Komponenten eine Diode und einen dazu parallel geschalteten bipolaren Transistor aufweist. Die insgesamt vier Paare mit jeweils zwei bipolaren Schaltern 44-12b sind zueinander parallel geschaltet, wobei zwischen jeweils zwei zueinander parallel geschalteten Paaren an bipolaren Schaltern 44-12b die elektrische Energiespeichereinheit 42-12b angeordnet ist.
Je nach Stellung der Schalter 44-12a, 44-12b innerhalb der Energiespeichermodule 6-12a, 6-12b sind sowohl positive als auch negative Konfigurationen möglich.
Dabei ist das erste Beispiel des Energiespeichermoduls 6-12a auch als konventioneller modularer Multilevel-Konverter (MMC) zu bezeichnen und/oder ausgebildet. Das zweite in 11b gezeigte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-12b ist als Multilevel-Konverter (MMSPC) mit seriell-paralleler Konfiguration ausgebildet und/oder zu bezeichnen. Je nach Stellung der Schalter 44-12a, 44-12b ist innerhalb eines Strangs eine von den Energiespeichereinheiten 42-12a, 42-12b bereitstellbare Spannung variabel einstellbar.
Die weiteren möglichen Beispiele für Energiespeichermodule 6-13a, 6-13b, 6-13c, 6-13d, 6-13e, 6-13f, 6-13g, 6-13h, 6-13i, 6-13j, 6-13k sind in den 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h, 12i, 12j, 12k schematisch dargestellt. Dabei weist jedes Energiespeichermodul 6-13a, 6-13b, 6-13c, 6-13d, 6-13e, 6-13f, 6-13g, 6-13h, 6-13i, 6-13j, 6-13k als Komponenten mindestens eine Energiespeichereinheit 42-13 und mindestens zwei Schalter 44-13, 44-14 auf. Dabei ist in den 12a bis 12k jeder Energiespeichereinheit 42-13 der Buchstabe C oder C₁ sowie der Buchstabe V oder Vi zugeordnet, wobei in den 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h, 12i, 12j, 12k mindestens einer Energiespeichereinheit 42-13 eines jeweiligen Energiespeichermoduls 6-13a, 6-13b, 6-13c, 6-13d, 6-13e, 6-13f, 6-13g, 6-13h, 6-13i, 6-13j, 6-13k ein entsprechender Zahlenwert i als ganze natürliche Zahl zugeordnet ist. Mit dem Wert V₀ wird ein Wert einer Spannung angegeben, die eine jeweilige Energiespeichereinheit 42-13 bereitstellt, wobei sämtliche Energiespeichereinheiten 42-13 dieselbe Spannung Vo aufweisen. Durch den Buchstaben C bzw. C₁ wird zum Ausdruck gebracht, dass eine jeweilige Energiespeichereinheit 42-13 hier als Kondensator ausgebildet ist. Es ist jedoch alternativ hierzu möglich, dass eine jeweilige Energiespeichereinheit 42-13 auch als Batterie ausgebildet sein kann. Durch den Zahlenwert i wird hier eine Nummerierung und/oder Position einer jeweiligen Energiespeichereinheit 42-13 innerhalb eines jeweiligen Energiespeichermoduls 6-13a, 6-13b, 6-13c, 6-13d, 6-13e, 6-13f, 6-13g, 6-13h, 6-13i, 6-13j, 6-13k angegeben.
Sämtliche Schalter 44-13 weisen hier eine Diode Di und einen dazu parallel geschalteten Transistor S_i auf, die hier jeweils zueinander parallel geschaltet sind. Dabei sind auch hier Zahlenwerte i gemäß einer Nummerierung und/oder Position der Schalter 44-13 innerhalb eines jeweiligen Energiespeichermoduls 6-13a, 6-13b, 6-13c, 6-13d, 6-13e, 6-13f, 6-13g, 6-13h, 6-13i, 6-13j, 6-13k gewählt.
In Ausgestaltung weist das erste Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13a aus 12a zwei in Reihe geschaltete Schalter 44-13 und eine dazu parallel geschaltete Energiespeichereinheit 42-13 auf.
Das zweite Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13b aus 12b umfasst zwei Paare aus jeweils in Reihe geschalteten Schaltern 44-13, wobei diese beiden Paare zueinander parallel geschaltet sind. Außerdem ist parallel zu diesen beiden Paaren an Schaltern 44-13 eine Energiespeichereinheit 42-13 angeordnet.
Das in 12c schematisch dargestellte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13c umfasst hier vier in Reihe geschaltete Schalter 44-13 mit jeweils einer Diode D₁ , D₂ , D₃ , D₄ und einem Transistor S₁ , S₂ , S₃ , S₄ , wobei sämtliche Energiespeichereinheiten 42-13 dieselbe Spannung Vo aufweisen. Dabei ist parallel zu zwei mittleren Schaltern 44-13 (D₂ , S₂ ; D₃ , S₃ ) eine erste Energiespeichereinheit 42-13 (C₁ ) geschaltet, die je nach Definition in eine Schlaufe aus Leitungen eingebunden sind. Außerdem ist hier parallel zu sämtlichen vier Schaltern 44-13 ein Paar aus zwei weiteren Energiespeichereinheiten 42-13 (C₂ ; C₃ ) parallel geschaltet.
Bei dem Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13d aus 12d sind ebenfalls vier Schalter 44-13 in Reihe geschaltet. Parallel hierzu sind zwei Energiespeichereinheiten 42-13 in Reihe geschaltet. Ergänzend sind die beiden mittleren Schalter 44-13 (D₂ , S₂ ; D₃ , S₃ ) in eine zusätzliche Schlaufe eingebunden, die zwei zusätzliche Dioden D₅ , D₆ umfasst, wobei diese Schlaufe mit einem Knoten zwischen den beiden Energiespeichereinheiten 42-13 verbunden ist.
Das in 12e gezeigte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13e umfasst zwei in Reihe geschaltete Energiespeichereinheiten 42-13, wobei parallel hierzu zwei erste Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) geschaltet sind. Außerdem ist hier zwischen den beiden Energiespeichereinheiten 42-13 ein erster Knoten und zwischen den beiden erstgenannten Schaltern 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) ein zweiter Knoten angeordnet, wobei diese beiden Knoten wiederum über eine Leitung verbunden sind, entlang der zwei weitere Schalter 44-13 (D₃ , S₃ ; D₄ , S₄ ) mit entgegengesetzter Orientierung angeordnet sind.
Das in 12f gezeigte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13e umfasst zwei in Reihe geschaltete Energiespeichereinheiten 42-13 sowie einen ersten und einen zweiten Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ), die hier in Reihe sowie parallel zu den beiden Energiespeichereinheiten 42-13 angeordnet sind. Dabei befindet sich zwischen den beiden Energiespeichereinheiten 42-13 und den beiden erstgenannten Schaltern 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) jeweils ein Knoten, wobei diese beiden Knoten durch eine weitere Variante eines Schalters 44-14 miteinander verbunden sind. Dieser weitere Schalter 44-14 ist als Gleichrichter ausgebildet und/oder zu bezeichnen und umfasst insgesamt vier Dioden, wobei mindestens eine derartige Diode entlang einer Seite eines Vierecks angeordnet ist und wobei der Transistor S₃ entlang einer Diagonalen innerhalb des Vierecks angeordnet ist, wobei dieser Transistor S₃ hier sowohl parallel zu den beiden Energiespeichereinheiten 42-13 als auch zu den beiden erstgenannten Schaltern 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) angeordnet ist.
Das in 12g gezeigte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13g umfasst zwei in Reihe geschaltete Energiespeichereinheiten 42-13 sowie drei in Reihe geschaltete Schalter 44-13. Dabei sind die beiden Energiespeichereinheiten 42-13 parallel zu zwei von insgesamt drei in Reihe geschalteten Schaltern 44-13, nämlich einem ersten und zweiten Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) geschaltet. Außerdem umfasst dieses Energiespeichermodul 6-13g einen ersten Knoten zwischen den beiden Energiespeichereinheiten 42-13, einen zweiten Knoten, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ), die zu den Energiespeichereinheiten 42-13 parallel angeordnet sind, und einem dritten Schalter 44-13 (D₃ , S₃ ) befindet, sowie einen dritten Knoten, wobei zwischen dem zweiten und dritten Knoten der dritte Schalter 44-13 (D₃ , S₃ ) angeordnet ist, wobei der erste und dritte Knoten ebenfalls über eine Leitung miteinander verbunden sind, entlang der eine Diode D₄ angeordnet ist.
Das in 12h gezeigte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13h umfasst zwei Energiespeichereinheiten 42-13 und insgesamt fünf Schalter 44-13. Dabei sind ein erster und ein zweiter Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) hintereinander in Reihe geschaltet. Parallel dazu ist eine erste Energiespeichereinheit 42-13 (C₁ ) geschaltet. Parallel hierzu ist ein dritter Schalter 44-13 (D₃ , S₃ ) geschaltet. Parallel dazu ist eine zweite Energiespeichereinheit 42-13 (C₂ ) geschaltet, zu der wiederum ein vierter und ein fünfter Schalter 44-13 (D₄ , S₄ ; D₅ , S₅ ), die in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet sind.
Das in 12i gezeigte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13i umfasst insgesamt sechs Schalter 44-13 und zwei Energiespeichereinheiten 42-13. Dabei sind ein erster und ein zweiter Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) parallel zu einer ersten Energiespeichereinheit 42-13 (C₁ ) geschaltet, wobei der erste und der zweite Schalter 42-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) sowie die erste Energiespeichereinheit 6-13 (C₁ ) hier definitionsgemäß eine erste Parallelschaltung bilden. Ferner sind ein fünfter und ein sechster Schalter 44-13 (D₅ , S₅ ; D₆ , S₆ ) zueinander in Reihe sowie parallel zu einer zweiten Energiespeichereinheit 42-13 (C₂ ) geschaltet, wobei der fünfte und der sechste Schalter 44-13 (D₅ , S₅ ; D₆ , S₆ ) sowie die zweite Energiespeichereinheit 42-13 hier definitionsgemäß eine zweite Parallelanordnung bilden. Es ist hier weiterhin vorgesehen, dass jede der beiden Parallelschaltungen einen ersten und einen zweiten Knoten aufweist, wobei zwischen den beiden Knoten entlang einer ersten Leitung die jeweils zwei genannten Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ; D₅ , S₅ ; D₆ , S₆ ) und entlang einer dazu parallelen zweiten Leitung die Energiespeichereinheit 42-13 (C₁ ; C₂ ) geschaltet sind. Ergänzend ist hier vorgesehen, dass ein erster Knoten der ersten Parallelschaltung mit einem zweiten Knoten der Parallelschaltung verbunden ist, wobei entlang einer Leitung zwischen diesen beiden Knoten ein dritter Schalter 44-13 (D₃ , S₃ ) angeordnet ist. Außerdem sind ein zweiter Knoten der ersten Parallelschaltung und ein erster Knoten der ersten Parallelschaltung über eine weitere Leitung miteinander verbunden, entlang der ein vierter Schalter 44-13 (D₄ , S₄ ) angeordnet ist.
Das in 12j gezeigte Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13j umfasst drei Paare an Schaltern 44-13 sowie zwei Energiespeichereinheiten 42-13. Dabei sind ein erstes und ein zweites Paar an Schaltern 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ; D₃ , S₃ ; D₄ , S₄ ) zueinander parallel angeordnet, wobei zwischen den beiden Paaren an Schaltern 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ; D₃ , S₃ ; D₄ , S₄ ) zusätzlich eine erste Energiespeichereinheit 42-13 (C₁ ) parallel zu den beiden erstgenannten Paaren angeordnet ist. Außerdem umfasst dieses Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13j ebenfalls eine Parallelschaltung aus einem weiteren Paar von in Reihe angeordneten Schaltern 44-13 (D₅ , S₅ ; D₆ , S₆ ) und einer weiteren dazu parallel angeordneten Energiespeichereinheit 42-13 (C₂ ). Dabei ist ein Knoten dieser Parallelschaltung bzw. Parallelanordnung über eine Leitung mit einem Knoten zwischen dem dritten und vierten Schalter 44-13 (D₃ , S₃ ; D₄ , S₄ ) verbunden.
Das Beispiel des Energiespeichermoduls 6-13k, das in 12k gezeigt ist, umfasst einen ersten und einen zweiten Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ), die zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei parallel zu diesen beiden Schaltern 44-13 (D₁ , S₁ ; D₂ , S₂ ) eine zweite Energiespeichereinheit 42-13 (C₂ ) angeordnet ist, die weiterhin zu einer ersten Energiespeichereinheit 42-13 (C₁ ) seriell angeordnet ist. Hierbei ist der erste Schalter 44-13 (D₁ , S₁ ) mit einer Leitung an einem Knoten zwischen den beiden Energiespeichereinheiten 42-13 (C₁ ; C₂ ) angeschlossen. Außerdem umfasst dieses Energiespeichermodul 6-13k einen dritten und einen vierten Schalter 44-13 (D₃ , S₃ ; D₄ , S₄ ), die zueinander in Reihe angeordnet sowie auch parallel zu beiden Energiespeichereinheiten 42-13 (C₁ ; C₂ ) angeordnet sind.
Wie anhand der voranstehend vorgestellten Ausführungsformen des Energiespeichersystems 2-1, 2-2, 2-3, 24, 2-5, 2-6, 2-7, 2-8, 2-10, 2-11 dargelegt und in den 1 bis 10 dargestellt, weist jeweils ein Strang 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9, 4-11 mehrere Energiespeichereinheiten 42-11, 42-12a, 42-12b, 42-13 sowie mehrere Schalter 44-11, 44-12, 44-13, 44-14 auf, wobei innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-1, 4-2, 4-3, 44, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9, 4-11 eine Stellung von mehreren Schaltern 44-11, 44-12, 44-13, 44-14 variierbar ist. Hierdurch werden abhängig von den Stellungen der Schalter 44-11, 44-12, 44-13, 44-14 schaltungstechnische Anordnungen der Energiespeichereinheiten 42-11, 42-12, 42-13 variiert, wobei die Energiespeichereinheiten 42-11, 42-12, 42-13 innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-1, 4-2, 4-3, 44, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9, 4-11 zueinander parallel und/oder in Serie geschaltet werden.
Dies ist auch dann möglich, falls ein Energiespeichermodul 6-11, 6-12a, 6-12b, 6- 13a, 6-13b, 6- 13c, 6- 13d, 6- 13e, 6- 13f, 6- 13g, 6- 13h, 6- 13i, 6- 13j, 6- 13k wie anhand der 10, 11a, 11b, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h, 12i, 12j, 12k explizit gezeigt, mindestens eine, bspw. lediglich eine Energiespeichereinheit.42-11, 42- 12a, 42-12b, 42-13 aufweisen sollte. Unabhängig von einer konkreten Anzahl an Energiespeichereinheiten 42-11, 42-12a, 42-12b, 42-13, ist es möglich, dass diese zwischen Energiespeichermodulen 6-11, 6-12a, 6-12b, 6-13a, 6-13b, 6-13c, 6-13d, 6-13e, 6- 13f, 6- 13g, 6- 13h, 6- 13i, 6- 13j, 6-13k bzw. energiespeichermodulübergreifend durch die Schalter 44-11, 44-12a, 44-12b, 44-13, 44-14 innerhalb eines jeweiligen Strangs 4-1, 4-2, 4-3, 44, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9, 4-11 zueinander parallel und/oder in Reihe geschaltet werden.
13a zeigt in schematischer Darstellung ein erstes weiteres Beispiel für eine Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-14a mit hier insgesamt vier Strängen 4-14a, wobei jeweils ein Strang 4-14a mehrere elektrische Energiespeichermodule 6-14a aufweist, wobei hier lediglich drei Energiespeichermodule 6-14a pro Strang 4-14a schematisch dargestellt sind. Außerdem umfasst dieses Beispiel des Energiespeichersystems 2-14a vier Anschlüsse 8-14a, wobei an jeweils einem Anschluss 8-14a eine Phase mindestens einer nicht weiter dargestellten elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, anschließbar ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die insgesamt vier Stränge 4-14a ringförmig angeordnet sind, wobei sich jeweils zwischen zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-14a jeweils ein Anschluss 8-14a befindet. Weiterhin zeigt 13a, dass das elektrische Energiespeichersystem 2-14a zwei zueinander parallel verlaufende Leitungen aufweist, wobei jeweils zwei unmittelbar benachbarte Energiespeichermodule 6-14a über jeweils zwei Abschnitte dieses Paars an Leitungen miteinander verbunden sind. Diesbezüglich wird auch auf 13b verwiesen, anhand der zwei mögliche Ausgestaltungen der Anschlüsse 8-14a bzw. 8-14a1 oder 8-14a2 schematisch dargestellt sind. Dabei ist bei einer ersten Ausgestaltung (links) vorgesehen, dass der Anschluss 8-14a1 Abschnitte beider paralleler Leitungen miteinander verbindet. Die zweite Ausgestaltung des Anschlusses 8-14a2 (rechts) ist dagegen lediglich mit einer der beiden Leitungen verbunden.
Das zweite Beispiel der weiteren Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-14b ist in 13c schematisch dargestellt, wobei dieses Beispiel des Energiespeichersystems 2-14b vier Stränge 4-14b mit jeweils hier sechs in Reihe geschalteten Energiespeichermodulen 6-14b und vier Anschlüsse 8-14b aufweist. Dabei sind auch hier die Stränge 4-14b sowie die Energiespeichermodule 6-14b ringförmig angeordnet, wobei sich zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-14b jeweils ein Anschluss 8-14b befindet, an den eine Phase mindestens einer elektrischen Last, bspw. Elektromaschine, anschließbar ist.
Das anhand von 13d gezeigte dritte Beispiel der weiteren Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-14c umfasst insgesamt sechs Stränge 4-14c mit jeweils sechs innerhalb eines Strangs 4-14c in Reihe geschalteten Energiespeichermodulen 6-14c. Dabei befindet sich zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten Strängen 4-14c ein Anschluss 8-14c für eine Phase mindestens einer hier nicht weiter dargestellten elektrischen Last, bspw. einer Elektromaschine. Je nach Definition sind jeweils zwei Paare aus Strängen 4-14c hier in Reihe geschaltet, wobei ein erstes Paar an Strängen 4-14c parallel zu einem zweiten Paar an Strängen 4-14c angeordnet ist, wobei parallel zu diesem zweiten Paar ein drittes Paar an Strängen 4-14c angeordnet ist.
Das vierte Beispiel für die weitere Ausführungsform des Energiespeichersystems 2-14d ist in 13e schematisch dargestellt und umfasst hier insgesamt neun Stränge 4-14d mit jeweils drei in Reihe geschalteten Energiespeichermodulen 6-14d. Dabei sind jeweils zwei unmittelbar benachbarte Stränge 4-14d über einen Anschluss 8-14d miteinander verbunden.
14a zeigt in schematischer Darstellung drei Energiespeichermodule 6-15a, 6-15b, 6-15c, die innerhalb eines Strangs 4-15 einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in Reihe geschaltet sind, wobei es möglich ist, dass dieser Strang 4-15 noch mindestens ein weiteres hier nicht gezeigtes Energiespeichermodul aufweist. Außerdem umfasst das Energiespeichersystem mehrere derartige Stränge 4-15.
Jedes Energiespeichermodul 6-15a, 6-15b, 6-15c weist insgesamt vier Paare zu je zwei Schaltern 44-15 auf. Dabei sind die beiden Schalter 44-15 eines jeweiligen Paars in Reihe bzw. seriell geschaltet. Weiterhin sind ein erstes und ein zweites Paar an Schaltern 44-15 zueinander parallel geschaltet. Entsprechend sind ein drittes und ein viertes Paar an Schaltern 44-15 ebenfalls parallel geschaltet. Zwischen dem zweiten und dritten Paar an Schaltern 44-15 ist hier jeweils eine Energiespeichereinheit 42-15a, 42-15b, 42-15c (14a) geschaltet. 14b zeigt eine variierte schematische Darstellung der Energiespeichermodule 6-15a, 6-15b, 6-15c innerhalb des Strangs 4-15. Aus dieser zweiten Darstellung in 14b geht hervor, dass die Energiespeichereinheiten 42-15a, 42-15b, 42-15c hier explizit als Batterien ausgebildet sind, wobei es alternativ hierzu möglich ist, dass die Energiespeichereinheiten 42-15 auch als Kondensatoren, Solarzellen und/oder Brennstoffzellen ausgebildet sein können.
Weiterhin unterscheiden sich diese beiden Darstellungen in den 14a und 14b des Strangs 4-15 dadurch voneinander, dass Schalter 44-15 der Energiespeichermodule 6-15a, 6- 15b, 6- 15c unterschiedliche Stellungen aufweisen, woraus unterschiedliche schaltungstechnische Anordnungen der Energiespeichereinheiten 42-15a, 42-15b, 42-15c innerhalb des gesamten Strangs 4-15 resultieren. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten für Modularisierungen von schaltungstechnischen Anordnungen der Energiespeichereinheiten 42-15a, 42-15b, 42-15c, wobei derartige Modularisierungen hier durch gestrichelte bzw. gepunktete Kästen 80, 82 angedeutet sind. Bei einer ersten Modularisierung (Kasten 80) wird aufgrund einer ersten vorgesehenen Stellung der Schalter 44-15 innerhalb des Strangs 4-15 für die Energiespeichereinheit 42-15b und die Schalter 44-15 des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b die erste Modularisierung (Kasten 80) bereitgestellt, wobei bei dieser ersten Modularisierung die Schalter 44-15 des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b der Energiespeichereinheit 42-15 dieses zweiten Energiespeichermoduls 6-15 zugeordnet sind.
Weiterhin ist in 14b durch den zweiten Kasten 82 eine zweite alternative Modularisierung angedeutet, bei der aufgrund einer zweiten Stellung der Schalter 44-15, die zu der ersten Stellung alternativ ist, die Energiespeichereinheit 42-15a des ersten Energiespeichermoduls nunmehr dem dritten und vierten Paar an Schaltern 44-15 des ersten Energiespeichermoduls 6-15a sowie dem ersten und dem zweiten Paar an Schaltern 44-15 des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b zugeordnet wird.
Daraus resultiert das in 14c schematisch dargestellte Ersatzschaltbild der Energiespeichereinheiten 42-15a, 42-15b, 42-15c innerhalb des Strangs 4-15, wobei hier die erste und die zweite Energiespeichereinheit 42-15a, 42-15b in Reihe geschaltet sind, und wobei die dritte Energiespeichereinheit 42-15c parallel zu der zweiten Energiespeichereinheit 42-15b geschaltet ist, wobei aufgrund der Stellung der Schalter 44-15 für die hier gezeigten Energiespeichereinheiten 42-15a, 42-15b, 42-15c eine erste mögliche schaltungstechnische Anordnung eingestellt wird. Es ist jedoch auch möglich, abhängig von alternativen Stellungen der Schalter 44-15 weitere schaltungstechnische Anordnungen einzustellen, bei denen bspw. vorgesehen ist, dass sämtliche Energiespeichereinheiten 42-15a, 42-15b, 42-15c hintereinander in Reihe oder zueinander parallel geschaltet sind.
Bei den anhand der 14a und 14b bzw. 14c gezeigten Stellungen der Schalter 44-15 ergibt jeweils eine schaltungstechnische Anordnung. Dabei sind der untere Schalter 44-15 des ersten Paars und des zweiten Paars in dem ersten Energiespeichermodul 6-15a zueinander parallel geschaltet sowie mit dem Minuspol der Energiespeichereinheit 42-15a des ersten Energiespeichermoduls, 6- 15a in Reihe geschaltet. Außerdem sind der obere Schalter 44-15 des dritten Paars des ersten Energiespeichermoduls 6-15a und der untere Schalter 44-15 des zweiten Paars des zweiten Energiespeichermoduls 44-15 in Reihe geschaltet. Der obere Schalter 44-15 des vierten Paars des ersten Energiespeichermoduls 6-15a und der untere Schalter 44-15 des ersten Paars des zweiten Energiespeichermoduls 44-15 sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Dabei sind der obere Schalter 44-15 des dritten Paars des ersten Energiespeichermoduls 6-15a und der untere Schalter 44-15 des zweiten Paars des zweiten Energiespeichermoduls 44-15 einerseits sowie der obere Schalter 44-15 des vierten Paars des ersten Energiespeichermoduls 6-15a und der untere Schalter 44-15 des ersten Paars des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b andererseits zueinander parallel geschaltet. Diese jeweils zueinander parallel geschalteten Schalter 44-15 sind zwischen dem Pluspol der Energiespeichereinheit 42-15a des ersten Energiespeichermoduls 6-15a und dem Minuspol der Energiespeichereinheit 42-15b des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b angeordnet sowie mit diesem Pluspol und diesem Minuspol in Reihe geschaltet. Außerdem ist der Minuspol der Energiespeichereinheit 42-15b des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b mit dem unteren Schalter 44-15 des vierten Paars des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b in Reihe geschaltet, der wiederum mit dem unteren Schalter 44-15 des ersten Paars des dritten Energiespeichermoduls 6-15c in Reihe geschaltet ist, der wiederum mit dem Minuspol der Energiespeichereinheit 6-15c des dritten Energiespeichermoduls 6-15c in Reihe geschaltet ist. Der Pluspol der Energiespeichereinheit 42-15b des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b ist mit dem oberen Schalter 44-15 des dritten Paars des zweiten Energiespeichermoduls 6-15b in Reihe geschaltet, der wiederum mit dem oberen Schalter 44-15 des zweiten Paars des dritten Energiespeichermoduls 6-15c in Reihe geschaltet ist, der wiederum mit dem Pluspol der Energiespeichereinheit 6-15c des dritten Energiespeichermoduls 6-15c in Reihe geschaltet ist. Weiterhin sind die oberen Schalter 44-15 des dritten und vierten Paars des dritten Energiespeichermoduls 6-15c zueinander parallel und mit dem Pluspol der Energiespeichereinheit 6-15c des dritten Energiespeichermoduls 6-15c in Reihe geschaltet.
15a zeigt in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung, die eine Batterie 50 aufweist, die elektrische Energie in Form eines Gleichstroms 52 bereitstellt. Diese Batterie 50 ist mit einem Spannungswandler 54 verbunden, der dazu ausgebildet ist, den ursprünglichen Gleichstrom 52 der Batterie 50 in einen dreiphasigen Wechselstrom 56 umzuwandeln, der weiterhin den drei Phasen einer Elektromaschine 58 zu deren Betrieb bereitgestellt wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Batterie 50 und der Spannungswandler 54 bzw. Umrichter im Vergleich zu einer maximal möglichen Spannung eine schlechte Ausnutzung einer Pulsweitenmodulation bietet, was hier durch schraffierte Flächen im Verlauf des Wechselstroms 56 verdeutlicht ist.
15b zeigt ein Diagramm 60 mit einem Verlauf einer elektrischen Spannung zur Verdeutlichung einer Funktionsweise einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichersystems mit dynamisch änderbarer schaltungstechnische Anordnung 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f und/oder Konfigurationen von Schaltern innerhalb von Energiespeichermodulen einzelner Stränge und eine Elektromaschine 18-15 als Beispiel für eine elektrische Last.
Dabei zeigt 15b hier exemplarisch sechs Energiespeichereinheiten innerhalb eines Strangs, für die hier sechs unterschiedliche Konfigurationen und somit schaltungstechnische Anordnungen 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f innerhalb eines jeweiligen Strangs vorgesehen sind, wobei sich die schaltungstechnische Anordnungen 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f wiederum in Abhängigkeit einer Stellung von mindestens zwei hier nicht weiter dargestellten Schaltern innerhalb des Strangs ergibt.
Im Detail sind bei einer ersten schaltungstechnischen Anordnung 62a sämtliche Energiespeichereinheiten in dem Strang zueinander parallel geschaltet. Bei der zweiten schaltungstechnischen Anordnung 62b sind hier je nach Definition drei Paare aus jeweils zwei zueinander in Reihe geschalteten Energiespeichereinheiten in dem Strang zueinander parallel geschaltet. Bei der dritten schaltungstechnischen Anordnung 62c ist vorgesehen, dass in dem Strang jeweils drei Energiespeichereinheiten in Reihe geschaltet sind, wobei diese beiden Reihen wiederum zueinander parallel geschaltet sind. Bei der vierten schaltungstechnische Anordnung 62d sind einerseits vier Energiespeichereinheiten in Reihe geschaltet. Außerdem sind zwei weitere Energiespeichereinheiten parallel zu zwei der insgesamt vier in Reihe geschalteten Energiespeichereinheiten parallel geschaltet. Bei der fünften schaltungstechnische Anordnung 62e sind fünf der sechs Energiespeichereinheiten in Reihe geschaltet. Außerdem ist eine sechste Energiespeichereinheit parallel zu einer der ersten fünf Energiespeichereinheiten, hier parallel zu der ersten bzw. letzten Energiespeichereinheit innerhalb der Reihe aus fünf Energiespeichereinheiten geschaltet. Bei der sechsten schaltungstechnische Anordnung 62f ist vorgesehen, dass sämtliche sechs Energiespeichereinheiten in Reihe geschaltet sind.
Durch eine dynamische Konfiguration einer schaltungstechnischen Anordnung der vorgestellten Energiespeichereinheiten innerhalb des Strangs, bspw. von entsprechenden Batterien oder Kondensatoren, ist es möglich, für einen oder mehrere Verbraucher, bspw. mindestens eine elektrische Last, bspw. Elektromaschine 18-15, eine als Wechselspannung und/oder Multiphasenspannung ausgebildete Spannung mit variablen unterschiedlichen Werten direkt zu erzeugen. Dabei wird durch jede schaltungstechnische Anordnung 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f ein bestimmter Wert für die Spannung bereitgestellt, was hier anhand von gestrichelten Pfeilen angedeutet ist.
Im Gegensatz zu bisherigen Umrichtern kann bei allen Amplituden für die Spannung ein maximaler Modulationsindex eingestellt werden. Ferner sinken bei niedrigen Spannungen sogar die Verluste, weil bspw. durch eine Parallelschaltung von Energiespeichereinheiten eines Strangs ein effektiver Innenwiderstand sinkt. Davon abgesehen, erzeugt eine geschaltete Energiespeichereinheit eines Strangs eine fast verzerrungsfreie Ausgangsspannung, da Unterschiede und/oder Stufen zwischen den Spannungen von zwei schaltungstechnischen Anordnungen 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f und/oder Konfigurationen sehr gering gehalten werden können. Darüber hinaus kann mit einer Schaltmodulation zwischen solchen Spannungen moduliert werden, um diese weiter zu glätten.
Bisherige Technologien können in der Regel nur einen Mehrphasenausgang beliefern und damit nur eine elektrische Maschine ansteuern. Heutige Fahrzeuge sind jedoch oft für mehrere Elektromaschinen 18-15 zum Antrieb ausgelegt.

Claims

Elektrisches Energiespeichersystem, das mehrere Stränge (4) aufweist, wobei jeweils ein Strang (4) mehrere hintereinander angeordnete elektrische Energiespeichermodule (6) aufweist, die jeweils mindestens zwei Schalter (44) und mindestens eine Energiespeichereinheit (42) umfassen und die zwischen einem ersten Strangende und einem zweiten Strangende angeordnet sind, wobei an mindestens einem Strangende eines jeweiligen Strangs (4) mindestens ein Anschluss (8) angeordnet ist, an dem mindestens eine Phase mindestens einer als Elektromaschine (18) ausgebildeten elektrischen Last anschließbar ist, wobei die mehreren Stränge (4) zueinander so angeordnet sind, dass mindestens zwei Elektromaschinen (18) als elektrische Lasten an das elektrische Energiespeichersystem (2) anschließbar sind, wobei mehrere Stränge (4) zueinander sternförmig angeordnet sind, wobei das elektrische Energiespeichersystem (2) mindestens einen gemeinsamen Anschluss (8) aufweist, an dem jeweils eine Phase von mindestens zwei elektrischen Lasten anschließbar ist, wobei die jeweilige Phase der mindestens zwei elektrischen Lasten über jeweils eine Leitung (30) an dem gemeinsamen Anschluss (8) angeschlossen ist, wobei die Elektromaschinen (18) als elektrische Lasten die elektrische Energie direkt von den Strängen (4) erhalten, wobei für die als Elektromaschinen (18) ausgebildeten elektrischen Lasten je nach Stellung der Schalter (44) unterschiedliche Werte der elektrischen Spannung direkt erzeugt und bereitgestellt werden, und wobei eine Frequenz und/oder Amplitude der Spannung eingestellt wird.
Elektrisches Energiespeichersystem nach Anspruch 1, bei dem Strangenden von mindestens zwei Strängen (4) an einem gemeinsamen Verbindungspunkt (10) miteinander verbunden sind.
Elektrisches Energiespeichersystem nach Anspruch 2, bei dem Stränge (4) an dem gemeinsamen Verbindungspunkt (10) den mindestens einen gemeinsamen Anschluss (8) für die mindestens eine Phase der mindestens zwei elektrischen Lasten aufweisen.
Elektrisches Energiespeichersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem an dem ersten Strangende mindestens eines Strangs (4) eine erste Phase und an dem zweiten Strangende des mindestens einen Strangs eine zweite Phase einer elektrischen Last anschließbar sind.
Elektrisches Energiespeichersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem an dem ersten Strangende mindestens eines Strangs (4) eine Phase von mindestens einer ersten elektrischen Last und an dem zweiten Strangende des mindestens einen Strangs (4) eine Phase von mindestens einer zweiten elektrischen Last anschließbar ist.
Elektrisches Energiespeichersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Energiespeichermodul (6) als Energiespeichereinheit (42) eine Batterie umfasst.
Elektrisches Energiespeichersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Energiespeichermodul (6) als Energiespeichereinheit (42) einen Kondensator umfasst.
Elektrisches Energiespeichersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, das mindestens drei Anschlüsse (8) aufweist, an die drei Phasen einer elektrischen Last anschließbar sind.
Elektrisches Energiespeichersystem nach Anspruch 8, das mindestens eine Auswahlschaltung aufweist, die drei Eingänge, die mit den mindestens drei Anschlüssen (8) verbunden sind, und n*3 Ausgänge aufweist, an denen drei Phasen von n elektrischen Lasten anschließbar sind.
Elektrisches Energiespeichersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem Energiespeichermodule (6) von zwei unterschiedlichen Strängen (4) miteinander gekoppelt sind.
Elektrisches Energiespeichersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, das für ein Fahrzeug (40) vorgesehen ist, wobei an das elektrische Energiespeichersystem (2) mindestens eine elektrische Last des Fahrzeugs (40) anschließbar ist.
Fahrzeug, das mindestens ein elektrisches Energiespeichersystem (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, bei dem das mindestens eine elektrische Energiespeichersystem (2) an mindestens eine als Elektromaschine (18) ausgebildete elektrische Last des Fahrzeugs (40) angeschlossen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 13, bei dem die mindestens eine elektrische Last des Fahrzeugs (40) zum Antreiben des Fahrzeugs (40) ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die mindestens eine elektrische Last mindestens einem Rad des Fahrzeugs (40) zugeordnet ist.
Verfahren zum Versorgen mindestens einer Phase mindestens einer als Elektromaschine (18) ausgebildeten elektrischen Last mit elektrischer Energie mit einem elektrischen Energiespeichersystem (2), das mehrere Stränge (4) aufweist, wobei jeweils ein Strang (4) mehrere hintereinander angeordnete elektrische Energiespeichermodule (6) aufweist, die jeweils mindestens zwei Schalter (44) und mindestens eine Energiespeichereinheit (42) umfassen und die zwischen einem ersten Strangende und einem zweiten Strangende angeordnet werden, wobei an mindestens einem Strangende eines jeweiligen Strangs (4) mindestens ein Anschluss (8) angeordnet wird, an dem mindestens eine Phase der mindestens einen als Elektromaschine (18) ausgebildeten elektrischen Last angeschlossen wird, wobei die mehreren Stränge (4) zueinander so angeordnet werden, dass mindestens zwei elektrische Lasten an das elektrische Energiespeichersystem (2) angeschlossen werden, wobei mehrere Stränge (4) zueinander sternförmig angeordnet sind, wobei das elektrische Energiespeichersystem (2) mindestens einen Anschluss (8) aufweist, an dem jeweils eine Phase von mindestens zwei elektrischen Lasten angeschlossen werden, wobei die jeweilige Phase der mindestens zwei elektrischen Lasten über jeweils eine Leitung (30) an dem gemeinsamen Anschluss (8) angeschlossen wird, wobei die Elektromaschinen (18) als Lasten die elektrische Energie direkt von den Strängen (4) erhalten, wobei für die als Elektromaschinen (18) ausgebildeten elektrischen Lasten je nach Stellung der Schalter unterschiedliche Werte der elektrischen Spannung direkt erzeugt und bereitgestellt werden, und wobei eine Frequenz und/oder Amplitude der Spannung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem eine Stellung von mindestens einem Schalter (44) innerhalb mindestens eines Strangs (4) eingestellt wird, wobei eine schaltungstechnische Anordnung (62) von mindestens zwei Energiespeichereinheiten (42) innerhalb des mindestens einen Strangs (4) relativ zueinander eingestellt wird, wobei ein Wert der elektrischen Energie, die der mindestens einen Phase aus dem mindestens einen Strang (4) bereitgestellt wird, abhängig von der jeweils eingestellten schaltungstechnischen Anordnung (62) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die mindestens zwei Energiespeichereinheiten (42), deren schaltungstechnische Anordnung (62) relativ zueinander eingestellt wird, zueinander seriell und/oder parallel geschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem der mindestens eine Schalter (44), dessen Stellung verändert wird, in mindestens einem ersten Energiespeichermodul (6) des mindestens einen Strangs (44) angeordnet ist, wobei mindestens eine Energiespeichereinheit (42) der mindestens zwei Energiespeichereinheiten (42), deren schaltungstechnische Anordnung (62) von dem mindestens einen Schalter (44) relativ zueinander eingestellt wird, in dem mindestens einen ersten Energiespeichermodul (6) des mindestens einen Strangs (4) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die mindestens eine Energiespeichereinheit (42) der mindestens zwei Energiespeichereinheiten (42), deren schaltungstechnische Anordnung (62) von dem mindestens einen Schalter (44) relativ zueinander eingestellt wird, in mindestens einem zweiten Energiespeichermodul (6) des mindestens einen Strangs (4) angeordnet ist.