DE102020129136A1 - Method and system for reducing the runtime-relevant complexity of a real-time control of a modular multilevel converter - Google Patents

Method and system for reducing the runtime-relevant complexity of a real-time control of a modular multilevel converter Download PDF

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Daniel Simon
Jan Kacetl
Tomas Kacetl
Eduard Specht
Stefan Götz
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung laufzeitrelevanter Komplexität eines Steuerungsalgorithmus einer Wechselstrombatterie, bei dem die Wechselstrombatterie einen Zentralkontroller mit einem Scheduler und mindestens einen Strang mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen umfasst, bei dem durch den in einen Realzeit- und einen Offline-Teil aufgeteilten Scheduler ein jeweiliger Gesamtschaltzustand (140) der Mehrzahl an Batteriemodulen zu jedem Schalttakt vorgegeben wird, bei dem im Realzeit-Teil zu jedem Schalttakt auf eine Schaltzustandstabelle, welche alle Gesamtschaltzustände zusammen mit einem jeweilig durch eine Kostenfunktion für eine Umsetzung des jeweiligen Gesamtschaltzustandes zugeordneten Wert enthält, zugegriffen wird und daraus der jeweilige Gesamtschaltzustand mit dem kleinsten Wert der Kostenfunktion gebildet wird, wobei im Offline-Teil durch einen Memoisierungsalgorithmus in kontinuierlicher Abfolge die Kostenfunktion zu allen Gesamtschaltzuständen des mindestens einen Stranges berechnet wird, indem ein jeweiliger Strang des mindestens einen Stranges mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen als in kleinere Substrangabschnitte mit einem jeweiligen Subschaltzustand (110, 120, 130) aufgeteilt betrachtet wird, die Kostenfunktion zu allen Subschaltzuständen berechnet wird, die jeweiligen Subschaltzustände zusammen mit dem jeweiligen Wert der Kostenfunktion in einem Verzeichnis abgelegt werden, und der Wert der Kostenfunktion des jeweiligen Gesamtschaltzustandes aus den Werten der Kostenfunktion zu Subschaltzuständen von den den jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges bildenden Substrangabschnitten zusammengesetzt wird. Ferner wird eine dem Verfahren entsprechende Schaltung beansprucht.The invention relates to a method for reducing runtime-relevant complexity of a control algorithm of an AC battery, in which the AC battery comprises a central controller with a scheduler and at least one line with a plurality of battery modules, in which the scheduler is divided into a real-time and an offline part respective overall switching state (140) of the plurality of battery modules is specified for each switching cycle, in which in the real-time part for each switching cycle a switching state table, which contains all overall switching states together with a value assigned by a cost function for a conversion of the respective overall switching state, is accessed and from this the respective overall switching state with the smallest value of the cost function is formed, the cost function for all overall switching states of the least ns of a string is calculated by considering a respective string of the at least one string with a plurality of battery modules as divided into smaller sub-string sections with a respective sub-switching state (110, 120, 130), the cost function is calculated for all sub-switching states, the respective sub-switching states together are stored in a directory with the respective value of the cost function, and the value of the cost function of the respective overall switching state is composed of the values of the cost function for sub-switching states of the sub-strand sections forming the respective strand of the at least one strand. A circuit corresponding to the method is also claimed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reduzierung laufzeitrelevanter Komplexität in einer Berechnung von Schaltstellungen bei einer Echtzeitsteuerung eines modularen Multilevelkonverters. Ferner wird ein System beansprucht, auf dem das Verfahren umgesetzt wird.The present invention relates to a reduction in runtime-relevant complexity in a calculation of switching positions in real-time control of a modular multilevel converter. A system is also claimed on which the method is implemented.

Um aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung vorbestimmter Frequenz zu erhalten, werden Ein- und Ausgangsspannungen in einer herkömmlichen Leistungselektronik mit wenigen Leistungsschaltern zwischen wenigen Niveaus, meist zwei bis drei, geschaltet, wobei man dann im zeitlichen Mittel einen gewünschten Wert erhält. Im Gegensatz dazu arbeiten moderne Multilevelkonverter nach einem Schema, die Wechselspannung durch eine dynamische wechselbare Konfiguration von über eine Vielzahl elektronischer Schalter verschalteten Energiespeichern, wie bspw. Kondensatoren oder Energiezellen, zu erzeugen. Dabei kommen wesentlich mehr elektronische Schalter, bspw. Leistungshalbleiterschalter, als bei der herkömmlichen Leistungselektronik zum Einsatz, woraus eine Vielzahl von realisierbaren Gesamtschaltzuständen und damit verbundenen Ausgangsspannungen des Multilevelkonverters in sehr feinen Abstufungen bzw. Leveln gebildet werden kann. Gleichzeitig existiert eine hohe Zahl an Freiheitsgraden, mit verschiedenen Gesamtschaltzuständen ein gleiches Spannungslevel zu realisieren, wobei eine Steuerung des Multilevelkonverters allen Schaltern zu jeder Zeit einen eindeutigen Schaltzustand zuweisen muss.In order to obtain an AC voltage of a predetermined frequency from a DC voltage, input and output voltages are switched between a few levels, usually two to three, in conventional power electronics with a few power switches, with a desired value then being obtained on average over time. In contrast to this, modern multilevel converters work according to a scheme that generates the alternating voltage through a dynamically changeable configuration of energy storage devices, such as capacitors or energy cells, connected via a large number of electronic switches. Considerably more electronic switches, e.g. power semiconductor switches, are used here than in conventional power electronics, from which a large number of realizable overall switching states and associated output voltages of the multilevel converter can be formed in very fine gradations or levels. At the same time, there is a large number of degrees of freedom for realizing the same voltage level with different overall switching states, with a controller of the multilevel converter having to allocate a clear switching state to all switches at all times.

Grundsätzlich lässt sich eine jeweilige Bauart eines Multilevelkonverters anhand eines Einzelmoduls, welches in Mehrzahl für einen jeweiligen Strang pro Phase aneinandergereiht wird, definieren, bspw. dargestellt in der Druckschrift DE 10 2015 112 512 A1 . Je nach Schaltungsanordnung der von einem Einzelmodul umfassten Schaltelemente können alle eine Verschaltung des ebenfalls umfassten Energiespeichers betreffenden Schaltzustände unabhängig von zusätzlichen angeschlossenen, baulich gleichen Einzelmodulen erreicht werden. Ein zentraler Multilevelkonverter in diesem Sinne ist ein modularer Multilevelkonverter mit serieller und paralleler Konnektivität (MMSPC), bspw. beschrieben in S. M. Goetz, A. V. Peterchev and T. Weyh, „Modular Multilevel Converter With Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control,“ in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 1, pp. 203-215, Jan. 2015. Der MMSPC genügt hohen Standards bei Spannungsanforderungen für eine Vielzahl an Anwendungen, bspw. als Traktionsbatterie zur Stromversorgung eines Elektromotors bei Fahrzeugen. Ein im Vergleich mit einem gewöhnlichen modularen Multilevelkonverter (MMC) zusätzlicher Freiheitsgrad eines parallelen Verschaltens einzelner Module des MMSPC vermindert vorteilhaft Quellimpedanzverluste, erhöht jedoch eine Komplexität von Verschaltungsmöglichkeiten erheblich.In principle, a respective design of a multilevel converter can be defined on the basis of an individual module, which is lined up in multiples for a respective strand per phase, for example shown in the publication DE 10 2015 112 512 A1 . Depending on the circuit arrangement of the switching elements included in an individual module, all switching states relating to the connection of the energy storage device that is also included can be achieved independently of additional connected, structurally identical individual modules. A central multilevel converter in this sense is a modular multilevel converter with serial and parallel connectivity (MMSPC), e.g. described in SM Goetz, AV Peterchev and T. Weyh, "Modular Multilevel Converter With Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 1, pp. 203-215, Jan. 2015. The MMSPC meets high standards for voltage requirements for a variety of applications, e.g. as a traction battery to power an electric motor in vehicles. An additional degree of freedom of connecting individual modules of the MMSPC in parallel compared with a conventional modular multilevel converter (MMC) advantageously reduces source impedance losses, but significantly increases the complexity of connection options.

Einfache Steueralgorithmen des MMSPCs versuchen, die Komplexität so weit wie möglich zu reduzieren, um eine Echtzeitsteuerung zu gewährleisten, sparen dabei aber Optimierungskriterien für Schaltungsvorgaben, wie bspw. Ausgangsspannung, Ladungsausgleich, Temperaturmanagement oder Verluste im System, weitgehend aus. Hingegen können optimierende Steueralgorithmen verschiedene Optimierungskriterien berücksichtigen, was bspw. in Stefan M. Goetz; Zhongxi Li; Xinyu Liang; Chengduo Zhang; Srdjan M. Lukic; Angel V. Peterchev, „Control of Modular Multilevel Converter With Parallel Connectivity - Application to Battery Systems“, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 11, pp. 8381-8392, beschrieben wird. Dabei entspricht eine Zahl der Optimierungskriterien einer Komplexität des optimierenden Steueralgorithmus, was sich im Rechenaufwand bemerkbar macht und damit laufzeitrelevant ist. Mit immer höherer Komplexität verliert daher der Steueralgorithmus eine Fähigkeit zur Echtzeitsteuerung.Simple control algorithms of the MMSPC try to reduce the complexity as much as possible in order to ensure real-time control, but largely omit optimization criteria for circuit specifications such as output voltage, charge balancing, temperature management or losses in the system. On the other hand, optimizing control algorithms can take various optimization criteria into account, which is described, for example, in Stefan M. Goetz; Zhongxi Li; Xinyu Liang; Chengduo Zhang; Srdjan M. Lukic; Angel V. Peterchev, "Control of Modular Multilevel Converter With Parallel Connectivity - Application to Battery Systems", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 11, pp. 8381-8392. In this case, a number of the optimization criteria corresponds to a complexity of the optimizing control algorithm, which is noticeable in the computing effort and is therefore relevant to the runtime. Therefore, as complexity increases, the control algorithm loses real-time control capability.

Einen Kompromiss zwischen einfachen Steueralgorithmen und optimierenden Steueralgorithmen stellen neuerdings vorgeschlagene Hybridalgorithmen dar. Hybridalgorithmen separieren den Rechenaufwand für Schaltungsvorgaben einerseits in einen relativ langsamen optimierenden Offline-Teil, welcher eine gründliche Durchforstung aller möglichen Gesamtschaltzustände vornimmt, diese anhand einer Kostenfunktion bewertet und dann damit eine Schalttabelle aktualisiert, andererseits in einen Echtzeitteil, welcher lediglich auf die Schalttabelle zugreift, um einen Gesamtschaltzustand zu ermitteln.Recently proposed hybrid algorithms represent a compromise between simple control algorithms and optimizing control algorithms. On the one hand, hybrid algorithms separate the computing effort for switching specifications into a relatively slow optimizing offline part, which carries out a thorough trawl through all possible overall switching states, evaluates them using a cost function and then updates a switching table with it , on the other hand in a real-time part, which only accesses the switching table in order to determine an overall switching state.

So ist aus Zhongxi Li; Ricardo Lizana; Angel V. Peterchev; Stefan M. Goetz, „Predictive control of modular multilevel series/parallel converter for battery systems“ in 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE); Conference Paper; 2017, ein mehrstufiges prädiktives Steuerungsverfahren für MMSPCs bekannt. Anstatt Schaltsignale benutzt das Steuerungsverfahren Transistorströme als Grundvariablen. Damit wird der Multilevelkonverter auf ein lineares zeitinvariantes System abgebildet, dessen zugehörige Kostenfunktion eine lineare quadratische Form aufweist. Hierdurch können mehrere Schritte im Voraus berechnet werden.So is from Zhongxi Li; Ricardo Lizana; Angel V Peterchev; Stefan M. Goetz, "Predictive control of modular multilevel series/parallel converter for battery systems" in 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE); conference papers; 2017, a multi-level predictive control method for MMSPCs is known. Instead of switching signals, the control method uses transistor currents as basic variables. The multilevel converter is thus mapped to a linear time-invariant system whose associated cost function has a linear quadratic form. This allows several steps to be calculated in advance.

Auch in der Druckschrift DE 10 2018 125 728.7 wird ein Scheduling zur Bereitstellung bzw. Berechnung von Schaltstellungen in Offline- und Echtzeit-Teil separiert. Beide Teile werden auf Recheneinheiten der Steuerung parallel ausgeführt, während sie sich dabei gegenseitig aktualisieren (durch den Echtzeit-Teil vollzogene Gesamtschaltzustände haben Einfluss auf Ladungszustände einzelner Module und verändern damit die Kostenfunktion im Offline-Teil).Also in print DE 10 2018 125 728.7 a scheduling for the provision or calculation of switching positions is separated into offline and real-time parts. Both parts are executed in parallel on the controller's processing units, while they update each other (overall switching states completed by the real-time part affect the charge states of individual modules and thus change the cost function in the offline part).

Eine Bandbreite solcher Hybridalgorithmen ist von dem Rechenaufwand des optimierenden Offline-Teils abhängig. Eine hierdurch bedingte eher sporadische Aktualisierung der Schalttabelle kann zwar auf Dauer für einen geregelten Ladungsausgleich ausreichend sein, verursacht aber kurzfristig immer wieder eine Überlastung einzelner Module. Zudem steigt der Rechenaufwand bei gleicher Komplexität mit einer Anzahl der Module exponentiell an.A range of such hybrid algorithms depends on the computing effort of the optimizing offline part. A rather sporadic update of the switching table caused by this can be sufficient for a controlled charge equalization in the long run, but causes an overload of individual modules again and again in the short term. In addition, the computing effort increases exponentially with the number of modules for the same complexity.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung optimierter Gesamtschaltzustände modularer Multilevelkonverter vorzustellen, bei dem eine Überlastung einzelner Module durch verspätete Aktualisierung der Schalttabelle vermieden wird. Damit verbunden soll der laufzeitrelevante Rechenaufwand des optimierenden Offline-Teils zur Bereitstellung nach Optimierungskriterien bewerteter Schaltstellungen verringert werden. Ferner soll ein System bereitgestellt werden, mit dem das Verfahren umgesetzt werden kann.Against this background, it is an object of the present invention to present a method for determining optimized overall switching states of modular multilevel converters, in which an overloading of individual modules due to belated updating of the switching table is avoided. In connection with this, the runtime-relevant computing effort of the optimizing offline part for the provision of switching positions evaluated according to optimization criteria should be reduced. Furthermore, a system is to be provided with which the method can be implemented.

Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zur Reduzierung laufzeitrelevanter Komplexität eines Steuerungsalgorithmus einer Wechselstrombatterie vorgeschlagen, bei dem die Wechselstrombatterie einen Zentralkontroller mit einem Scheduler und mindestens einen Strang mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen umfasst. Ein jeweiliges Batteriemodul der Mehrzahl an Batteriemodulen weist mindestens einen Energiespeicher und eine Mehrzahl an Leistungshalbleiterschaltern, welche das jeweilige Batteriemodul seriell oder parallel oder in Bypass zu einem anderen Batteriemodul verschalten, auf. Durch den Zentralkontroller wird dem Scheduler eine Phasenspannung vorgegeben, welche an einem Ausgang der Wechselstrombatterie zu einem gewünschten Phasenstrom führt. Zur Realisierung der Phasenspannung wird durch den Scheduler ein jeweiliger Gesamtschaltzustand der Mehrzahl an Batteriemodulen zu jedem Schalttakt vorgegeben, wobei der Scheduler in einen Realzeit-Teil und einen Offline-Teil aufgeteilt wird. Im Realzeit-Teil wird zu jedem Schalttakt auf eine Schaltzustandstabelle, welche alle Gesamtschaltzustände des mindestens einen Stranges zusammen mit einem jeweilig durch eine Kostenfunktion für eine Umsetzung des jeweiligen Gesamtschaltzustandes zugeordneten Wert enthält, zugegriffen und daraus für den mindestens einen Strang der jeweilige Gesamtschaltzustand mit einem kleinsten Wert der Kostenfunktion gebildet. Der Gesamtschaltzustand mit dem kleinsten Wert der Kostenfunktion entspricht einer optimalen Wahl von Schaltzuständen in dem mindestens einem Strang gemäß von Kriterien zu einem jeweiligen Zustand der jeweiligen Batteriemodule, welche der Kostenfunktion zu Grunde liegen. Im Offline-Teil wird durch einen Memoisierungsalgorithmus in kontinuierlicher Abfolge die Kostenfunktion zu allen Gesamtschaltzuständen des mindestens einen Stranges berechnet, indem ein jeweiliger Strang des mindestens einen Stranges mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen als in kleinere Substrangabschnitte mit einem jeweiligen Subschaltzustand aufgeteilt betrachtet wird, die Kostenfunktion zu allen Subschaltzuständen berechnet wird, die jeweiligen Subschaltzustände zusammen mit dem jeweiligen Wert der Kostenfunktion in einem Verzeichnis abgelegt werden, und der Wert der Kostenfunktion des jeweiligen Gesamtschaltzustandes aus den Werten der Kostenfunktion zu Subschaltzuständen von den den jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges bildenden Substrangabschnitten zusammengesetzt wird.A method for reducing the complexity of a control algorithm of an AC battery that is relevant to the runtime is proposed in order to solve the above-mentioned task, in which the AC battery comprises a central controller with a scheduler and at least one line with a plurality of battery modules. A respective battery module of the plurality of battery modules has at least one energy store and a plurality of power semiconductor switches, which connect the respective battery module in series or in parallel or in bypass to another battery module. A phase voltage is specified for the scheduler by the central controller, which leads to a desired phase current at an output of the AC battery. To realize the phase voltage, the scheduler specifies a respective overall switching state of the plurality of battery modules for each switching cycle, with the scheduler being divided into a real-time part and an offline part. In the real-time part, a switching state table is accessed for each switching cycle, which contains all the overall switching states of the at least one line together with a value assigned by a cost function for converting the respective overall switching state, and from this the respective overall switching state with a smallest one is calculated for the at least one line Value of the cost function formed. The overall switching state with the smallest value of the cost function corresponds to an optimal choice of switching states in the at least one line according to criteria for a respective state of the respective battery modules, which form the basis of the cost function. In the offline part, the cost function for all overall switching states of the at least one string is calculated in a continuous sequence using a memoization algorithm by considering a respective string of the at least one string with a plurality of battery modules as divided into smaller substring sections with a respective subswitching state, the cost function to all sub-switching states are calculated, the respective sub-switching states are stored in a directory together with the respective value of the cost function, and the value of the cost function of the respective overall switching state is composed of the values of the cost function for sub-switching states of the sub-strand sections forming the respective strand of the at least one strand.

Damit führt eine jeweilige Kombination von den jeweiligen im Verzeichnis abgelegten Subschaltzuständen zu einem jeweiligen Wert der Kostenfunktion des jeweiligen Gesamtschaltzustandes. Betrachtet man alle Gesamtschaltzustände in einem von diesen Gesamtschaltzuständen aufgespannten Vektorraum, so entspricht die Berechnung der Kostenfunktion einer Transformation eines Elementes dieses Vektorraumes in einen Raum der Zustandskosten. In dieser Betrachtungsweise findet der Memoisierungsalgorithmus des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Basis im Vektorraum der Gesamtschaltzustände und transformiert diese Basis in den Raum der Zustandskosten. Entsprechend kann durch einfaches Kombinieren der transformierten Basis der Zustandskosten-Raum aufgespannt werden.A respective combination of the respective sub-switching states stored in the directory thus leads to a respective value of the cost function of the respective overall switching state. If one considers all overall switching states in a vector space spanned by these overall switching states, then the calculation of the cost function corresponds to a transformation of an element of this vector space into a space of state costs. In this way of looking at it, the memoization algorithm of the method according to the invention finds a basis in the vector space of the total switching states and transforms this basis into the space of the state costs. Accordingly, by simply combining the transformed basis, the state cost space can be spanned.

Der Scheduler stellt die Phasenspannung auf dem mindestens einen Strang bzw. der mindestens einen Phase ein, der Phasenstrom stellt sich dann entsprechend einer angeschlossenen Last ein. Auf einer höheren Steuerungsebene (Software im Mikrokontroller) findet eigentlich eine Stromregelung mit der jeweiligen Phasenspannung als Stellgröße statt. Mittels Scheduling wird der Schaltzustand der jeweiligen Batteriemodule gesteuert und dadurch direkt die jeweilige Phasenspannung geregelt, aber nur indirekt der Phasenstrom geregelt.The scheduler sets the phase voltage on the at least one strand or the at least one phase, and the phase current is then set according to a connected load. At a higher control level (software in the microcontroller), current control actually takes place with the respective phase voltage as the manipulated variable. The switching state of the respective battery modules is controlled by means of scheduling and the respective phase voltage is thereby directly regulated, but the phase current is only indirectly regulated.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kostenfunktion mit einem Kriterium aus folgender Liste gebildet: Temperatur des jeweiligen Batteriemoduls, Ripple jeweiliger Batteriemodulströme.In one embodiment of the method according to the invention, the cost function is formed using a criterion from the following list: temperature of the respective battery module, ripple of respective battery module currents.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kostenfunktion als eine Summe über jeweilige Batteriemodulströme ik, welche durch eine jeweilige Abweichung Δqk = (SoCk - SOCAV) eines jeweiligen Batteriemodulladezustands SoCk gegenüber einem gemittelten Batterieladezustand SOCAV gewichtet werden, gebildet. Für einen Beispielfall mit sechs Batteriemodulen (N=6) in einem jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges lautet die Kostenfunktion SBsp: S B s p = Σ k = 1 N = 6 i k Δ q k = i 1 Δ q 1 + i 2 Δ q 2 + i 3 Δ q 3 + i 4 Δ q 4 + i 5 Δ q 5 + i 6 Δ q 6 .

Figure DE102020129136A1_0001
Verbunden mit der Berechnung von Gl. (1) ist damit eine Kenntnis der jeweiligen Batteriemodulströme zu dem jeweiligen Gesamtschaltzustand, bezeichnet auch als eine jeweilige Zustandsstromverteilung. Obwohl die jeweilige Zustandsstromverteilung zu jedem Gesamtschaltzustand völlig individuell ist, zeigen sich doch strenge Regelmäßigkeiten, welche in nachfolgenden Ausführungsformen vorteilhaft zur Vereinfachung in der Berechnung der Kostenfunktion Gl. (1) verwendet werden.In another embodiment of the method according to the invention, the cost function is formed as a sum over respective battery module currents i k , which are weighted by a respective deviation Δq k = (SoC k - SOC AV ) of a respective battery module state of charge SoC k compared to an average battery state of charge SOC AV . For an example with six battery modules (N=6) in a respective string of at least one string, the cost function S Bsp is: S B s p = Σ k = 1 N = 6 i k Δ q k = i 1 Δ q 1 + i 2 Δ q 2 + i 3 Δ q 3 + i 4 Δ q 4 + i 5 Δ q 5 + i 6 Δ q 6 .
Figure DE102020129136A1_0001
Associated with the calculation of Eq. (1) is thus knowledge of the respective battery module currents for the respective overall switching state, also referred to as a respective state current distribution. Although the respective state current distribution for each overall switching state is completely individual, there are strict regularities which are advantageous in the following embodiments to simplify the calculation of the cost function Eq. (1) are used.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch jeweilig miteinander parallel verschaltete Batteriemodule ein jeweiliger Substrangabschnitt gebildet. Dabei fließt durch alle Substrangabschnitte des jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges der gleiche Phasenstrom, da die Substrangabschnitte innerhalb des jeweiligen Stranges in Reihe miteinander verbunden sind. Während also der jeweilige durch den jeweiligen Strang fließende Phasenstrom durch alle seriell miteinander verbundenen jeweiligen Substrangabschnitte fließt, teilt er sich innerhalb der jeweiligen Substrangabschnitte auf die jeweilig von diesen umfassten Batteriemodule auf.In a further embodiment of the method according to the invention, a respective substring section is formed by battery modules connected in parallel with one another. In this case, the same phase current flows through all sub-strand sections of the respective strand of the at least one strand, since the sub-strand sections are connected to one another in series within the respective strand. Thus, while the respective phase current flowing through the respective string flows through all the respective substring sections connected to one another in series, it is distributed within the respective substring sections to the battery modules respectively comprised by them.

Innerhalb eines jeweiligen Stranges wird ein jeweiliger Substrangabschnitt mit einer gleichen Last beaufschlagt, wobei im jeweiligen Strang die jeweilige Last dem jeweiligen Phasenstrom entspricht. Jeder Substrangabschnitt mit parallel verschalteten Batteriemodulen trägt den gesamten Anteil des jeweiligen Phasenstroms und verteilt diesen dann auf seine parallel verschalteten Batteriemodule.Within a respective string, a respective sub-string section is subjected to the same load, with the respective load corresponding to the respective phase current in the respective string. Each substring section with battery modules connected in parallel carries the entire proportion of the respective phase current and then distributes this to its battery modules connected in parallel.

In einer weiter fortgesetzten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Verteilung des sich auf jeweilig miteinander parallel verschaltete Batteriemodule aufteilenden Phasenstroms in dem jeweiligen Substrangabschnitt durch jeweilige Verteilungskoeffizienten beschrieben.In a further developed embodiment of the method according to the invention, a distribution of the phase current divided among battery modules that are respectively connected in parallel with one another in the respective substring section is described by respective distribution coefficients.

Die Verteilung des sich in einem jeweiligen Substrangabschnitt auf die jeweilig miteinander parallel verschalteten Batteriemodule verteilenden Phasenstroms ist jeweilig völlig unabhängig von Batteriemodulen anderer Substrangabschnitte bzw. unabhängig von jeweiligen Verteilungen des jeweiligen Phasenstroms in anderen Substrangabschnitten des jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges, da durch alle Substrangabschnitte des jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges der gleiche jeweilige Phasenstrom fließt. Aus der Unabhängigkeit folgt, dass die Verteilung des jeweiligen Phasenstroms nicht auf Ebene des jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges zu behandeln ist, sondern dass die jeweilige Verteilung für jeden Substrangabschnitt einzeln gebildet werden kann. Dies wird erfindungsgemäß durch Einführung von Verteilungskoeffizienten für den jeweiligen Substrangabschnitt erreicht, wobei die Verteilungskoeffizienten den jeweiligen durch das jeweilige Batteriemodul der parallel verschalteten Batteriemodule fließenden Anteil des Phasenstroms beschreiben.The distribution of the phase current distributed in a respective sub-string section to the battery modules connected in parallel with each other is completely independent of battery modules of other sub-string sections or independent of the respective distributions of the respective phase current in other sub-string sections of the respective string of the at least one string, since all sub-string sections of the respective strand of the at least one strand of the same respective phase current flows. The independence means that the distribution of the respective phase current does not have to be dealt with at the level of the respective branch of the at least one branch, but that the respective distribution can be formed individually for each sub-strand section. According to the invention, this is achieved by introducing distribution coefficients for the respective substring section, the distribution coefficients describing the respective proportion of the phase current flowing through the respective battery module of the battery modules connected in parallel.

Das erfindungsgemäße Verfahren nützt damit vorteilhaft aus, dass zur Berechnung der Kostenfunktion der jeweilige Gesamtschaltzustand in voneinander unabhängige Subschaltzustände zerlegt werden kann. Eine Zahl möglicher Subschaltzustände ist dabei wesentlich kleiner als eine Zahl möglicher Gesamtschaltzustände.The method according to the invention thus makes advantageous use of the fact that, in order to calculate the cost function, the respective overall switching state can be broken down into mutually independent sub-switching states. A number of possible sub-switching states is significantly smaller than a number of possible overall switching states.

Seien in dem voranstehenden Beispiel mit sechs Batteriemodulen bspw. das dritte, vierte und fünfte Batteriemodul zu einem Substrangabschnitt parallel verschaltet, so kann eine Kostenfunktion S3-5 für diesen Substrangabschnitt mit jeweiligen Verteilungskoeffizienten dk geschrieben werden als: s 3 5 = i 3 Δ q 3 + i 4 Δ q 4 + i 5 Δ q 5 = I p h a s e ( d 3 + Δ q 3 + d 4 + Δ q 4 + d 5 + Δ q 5 ) .

Figure DE102020129136A1_0002
mit dem Batteriemodulstrom ik=Iphase·dk (mit k=3,4,5) und Iphase als der in dem jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges fließende Phasenstrom.If, in the above example with six battery modules, for example the third, fourth and fifth battery module are connected in parallel to form a sub-string section, a cost function S 3-5 for this sub-string section with the respective distribution coefficients d k can be written as: s 3 5 = i 3 Δ q 3 + i 4 Δ q 4 + i 5 Δ q 5 = I p H a s e ( i.e 3 + Δ q 3 + i.e 4 + Δ q 4 + i.e 5 + Δ q 5 ) .
Figure DE102020129136A1_0002
with the battery module current i k =I phase *d k (with k=3,4,5) and I phase as the phase current flowing in the respective phase of the at least one phase.

Die Verteilungskoeffizienten dk sind rein skalare Größen mit einem Wertebereich zwischen null und eins. Ein Wert dk =0 würde bedeuten, dass das k-te Batteriemodul umgangen wird, während bei einem Wert dk =1 durch das k-te Batteriemodul der volle Anteil des Phasenstroms im jeweiligen Strang fließt. Innerhalb des jeweiligen Substrangabschnitts summieren sich die Verteilungskoeffizienten zu eins (d3+d4+d5=1 im voranstehenden Beispiel), was dem Umstand entspricht, dass der volle jeweilige Phasenstrom durch den betrachteten Substrangabschnitt fließt. Eine funktionale Beschreibung eines Verteilungskoeffizienten ist durch mehrere Parameter, wie bspw. jeweilige Batteriemodulspannung, Innenwiderstand eines jeweiligen Batteriemoduls, oder ein Verhältnis zwischen Innenwiderstand und Modulverbindungswiderstand, bestimmt.The distribution coefficients d k are purely scalar quantities with a value range between zero and one. A value d k =0 would mean that the kth battery module is bypassed, while a value d k =1 flows through the kth battery module through the full portion of the phase current in the respective string. Within the respective sub-string section, the distribution coefficients add up to one (d 3 +d 4 +d 5 =1 in the example above), which corresponds to the fact that the full respective phase current flows through the sub-string section under consideration. A functional description of a distribution coefficient is determined by a number of parameters, such as the respective battery module voltage, the internal resistance of a respective battery module, or a ratio between the internal resistance and the module connection resistance.

In einer noch weiter fortgesetzten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Batteriemodulen des jeweiligen Strangabschnittes, welche einen vollständigen Ladungsausgleich aufweisen, der Phasenstrom auf die jeweilig miteinander parallel verschalteten Batteriemodule gleichmäßig aufgeteilt. Dadurch nehmen die jeweiligen Verteilungskoeffizienten des jeweiligen Substrangabschnittes einen gleichen konstanten Wert an, wobei der Wert invers proportional zur Zahl der Batteriemodule des jeweiligen Substrangabschnittes ist. Im voranstehenden Beispiel bedeutet dies dk = Iphase/N, so dass sich die Kostenfunktion s3-5 für den Substrangabschnitt des Beispiels reduzieren lässt auf (N=3): s 3 5 = I p h a s e 1 N ( Δ q 3 + Δ q 4 + Δ q 5 ) 1 3 ( Δ q 3 + Δ q 4 + Δ q 5 ) .

Figure DE102020129136A1_0003
wobei zusätzlich der Phasenstrom Iphase normalisiert wurde.In an even further developed embodiment of the method according to the invention, in the case of battery modules of the respective string section which have complete charge equalization, the phase current is evenly divided between the respective battery modules which are connected in parallel with one another. As a result, the respective distribution coefficients of the respective substring section assume the same constant value, the value being inversely proportional to the number of battery modules of the respective substring section. In the example above, this means d k = I phase /N, so that the cost function s 3-5 for the substring section of the example can be reduced to (N=3): s 3 5 = I p H a s e 1 N ( Δ q 3 + Δ q 4 + Δ q 5 ) 1 3 ( Δ q 3 + Δ q 4 + Δ q 5 ) .
Figure DE102020129136A1_0003
where the phase current I phase was also normalized.

Die Kostenfunktion SBsp für einen jeweiligen Gesamtschaltzustand ergibt sich dann aus der Summe der Werte der Kostenfunktionen der den jeweiligen Gesamtschaltzustand bildenden Substrangabschnitte. Seien im voranstehenden Beispiel mit dem ersten und dem zweiten Batteriemodul ein Substrangabschnitt mit Kostenfunktion s1-2 und dem sechsten Batteriemodul ein Substrangabschnitt mit Kostenfunktion s6-6 gebildet, so ergibt sich die Kostenfunktion SBsp zu: S B s p = s 1 2 + s 3 5 + s 6 6 .

Figure DE102020129136A1_0004
The cost function S Bsp for a respective overall switching state then results from the sum of the values of the cost functions of the substring sections forming the respective overall switching state. If, in the example above, a substring section with cost function s 1-2 is formed with the first and second battery module and a substring section with cost function s 6-6 is formed with the sixth battery module, the cost function S Bsp results in: S B s p = s 1 2 + s 3 5 + s 6 6 .
Figure DE102020129136A1_0004

Die Unabhängigkeit der Substrangabschnitte bildet den entscheidenden Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, die laufzeitrelevante Komplexität des Steuerungsalgorithmus zu reduzieren. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, alle parallelen Verschaltungsmöglichkeiten der Substrangabschnitte zusammen mit ihrem Wert der zugehörigen Kostenfunktion in einem Verzeichnis aufzuführen, wobei deren Zahl vorteilhaft kleiner ist, als eine Anzahl aller Verschaltungsmöglichkeiten eines jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges. Ein beliebig oft durchführbarer Zugriff auf in dem Verzeichnis bereits berechnete Werte schafft einen wesentlichen Zeitvorteil des erfindungsgemäßen Memoisierungsalgorithmus.The independence of the substring sections forms the decisive advantage of the method according to the invention, namely reducing the complexity of the control algorithm that is relevant to runtime. This advantageously makes it possible to list all parallel connection options of the sub-string sections together with their value of the associated cost function in a list, the number of which is advantageously smaller than a number of all connection options of a respective string of the at least one string. Access to values already calculated in the directory, which can be carried out as often as required, creates a significant time advantage for the memoization algorithm according to the invention.

Eine Komplexität T des Steuerungsalgorithmus beschreibt eine Rechenzeit bzw. einen Rechenaufwand für eine Ausführung des Steuerungsalgorithmus. Die Rechenzeit ist hierbei proportional zu einer Anzahl an Rechenoperationen zur Berechnung der Kostenfunktion. Bei einer naiven Betrachtung eines nicht aufgeteilten Stranges ist die Komplexität TStrang proportional zu einer Anzahl an Termen bei der Berechnung der Kostenfunktion, welche einer Zahl N an Batteriemodulen im Strang entspricht, und der Zahl an möglichen Schaltzuständen: T S t r a n g = 2 N Σ k = 0 N ( N k ) = 2 N 2 N 2 N .

Figure DE102020129136A1_0005
A complexity T of the control algorithm describes a computing time or a computing effort for an execution of the control algorithm. In this case, the computing time is proportional to a number of computing operations for calculating the cost function. In a naive view of an undivided string, the complexity T string is proportional to a number of terms in the calculation of the cost function, which corresponds to a number N of battery modules in the string, and the number of possible switching states: T S t right a n G = 2 N Σ k = 0 N ( N k ) = 2 N 2 N 2 N .
Figure DE102020129136A1_0005

Damit wächst die Komplexität TStrang eines nicht aufgeteilten Stranges in etwa exponentiell an.The complexity T strand of an undivided strand thus grows approximately exponentially.

Demgegenüber zeigt die Komplexität Tmem für den Memoisierungsalgorithmus des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft ein lediglich kubisches Anwachsen mit einer Anzahl N an Batteriemodulen innerhalb eines jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges der Wechselstrombatterie: T m e m = Σ k = 0 N ( k ( N + 1 k ) ) = N 3 + 3 N 2 + 2 N 6 N 3 .

Figure DE102020129136A1_0006
In contrast, the complexity Tmem for the memoization algorithm of the method according to the invention advantageously shows a merely cubic increase with a number N of battery modules within a respective string of the at least one string of the AC battery: T m e m = Σ k = 0 N ( k ( N + 1 k ) ) = N 3 + 3 N 2 + 2 N 6 N 3 .
Figure DE102020129136A1_0006

Da der Memoisierungsalgorithmus alle Substrangabschnitte mit parallel verschalteten Batteriemodulen zusammen mit ihrem jeweiligen Wert der Kostenfunktion auflistet, ist der Rechenaufwand proportional zu der Anzahl an möglichen Substrangabschnitten und eine Anzahl an Termen bei der Berechnung der Kostenfunktion für den jeweiligen Substrangabschnitt, wobei die Anzahl an Termen der Zahl an Batteriemodulen im Substrangabschnitt entspricht.Since the memoization algorithm lists all substring sections with battery modules connected in parallel together with their respective value of the cost function, the computational effort is proportional to the number of possible substring sections and a number of terms when calculating the costs function for the respective substring section, with the number of terms corresponding to the number of battery modules in the substring section.

Durch das nur noch kubische Anwachsen der Komplexität und damit des Rechenaufwandes kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft eine Realzeitsteuerung auch größerer Stränge an Batteriemodulen stattfinden, während hier die naive Herangehensweise am Rechenaufwand scheitert. Auch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren weitergehende Untersuchungen zu vorzuschlagenden Gesamtschaltzuständen auf Grundlage von Vorausberechnungen verschiedener Schaltverläufe. Solches „prediction base scheduling“ ist besonders zeitkritisch, da sich mit jedem Schalttakt Systemparameter (bspw. Ladezustand) ändern und damit auch eine Berechnungsgrundlage für die Kostenfunktion ständig neu entsteht.Due to the only cubic increase in complexity and thus the computational effort, the method according to the invention can advantageously also be used to control larger strings of battery modules in real time, while the naive approach here fails due to the computational effort. The method according to the invention also enables further investigations into proposed overall switching states on the basis of precalculations of various switching profiles. Such "prediction base scheduling" is particularly time-critical, since system parameters (e.g. state of charge) change with each switching cycle and thus a calculation basis for the cost function is constantly created.

In einer fortgesetzt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Gesamtheit aller möglichen Subschaltzustände auf eine Untermenge realisierbarer Parallelverschaltungen von Batteriemodulen beschränkt.In a continued further embodiment of the method according to the invention, a total of all possible sub-switching states is restricted to a subset of battery modules that can be connected in parallel.

In einer fortgesetzt noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Memoisierungsalgorithums kaskadierend auf mehreren Ebenen eingesetzt, indem mindestens aus einem Verzeichnis von Werten der Kostenfunktion zu einer einzelnen Verschaltung des jeweiligen Batteriemoduls die Werte der Kostenfunktion zu jeweiligen Subschaltzuständen zusammengesetzt werden.In a continued yet further embodiment of the method according to the invention, the memoization algorithm is used cascadingly on several levels, in that the values of the cost function for the respective sub-switching states are assembled from at least one list of values of the cost function for an individual interconnection of the respective battery module.

Ferner wird ein System zur Reduzierung laufzeitrelevanter Komplexität eines Steuerungsalgorithmus einer Wechselstrombatterie beansprucht, bei dem das System eine Wechselstrombatterie umfasst, wobei die Wechselstrombatterie einen Zentralkontroller mit einem Scheduler und mindestens einen Strang mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen aufweist. Ein jeweiliges Batteriemodul der Mehrzahl an Batteriemodulen weist mindestens einen Energiespeicher und eine Mehrzahl an Leistungshalbleiterschaltern, welche das jeweilige Batteriemodul seriell oder parallel oder in Bypass zu einem anderen Batteriemodul verschalten, auf. Der Zentralkontroller ist dazu konfiguriert, dem Scheduler eine Phasenspannung, welche an einem Ausgang der Wechselstrombatterie zu einem gewünschten Phasenstrom führt, vorzugeben. Der Scheduler ist dazu konfiguriert, zur Realisierung der Phasenspannung zu jedem Schalttakt einen jeweiligen Gesamtschaltzustand der Mehrzahl an Batteriemodulen vorzugeben, wobei der Scheduler in einen Realzeit-Teil und einen Offline-Teil aufgeteilt ist. Der Realzeit-Teil ist dazu konfiguriert, zu jedem Schalttakt auf eine Schaltzustandstabelle, welche alle Gesamtschaltzustände zusammen mit einem jeweilig durch eine Kostenfunktion für eine Umsetzung des jeweiligen Gesamtschaltzustandes zugeordneten Wert enthält, zuzugreifen und daraus für den mindestens einen Strang den jeweiligen Gesamtschaltzustand mit dem kleinsten Wert der Kostenfunktion zu bilden. Der Offline-Teil ist dazu konfiguriert, durch einen Memoisierungsalgorithmus in kontinuierlicher Abfolge die Kostenfunktion zu allen Gesamtschaltzuständen des mindestens einen Stranges zu berechnen, wobei der Memoisierungsalgorithmus dazu konfiguriert ist, einen jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen als in kleinere Substrangabschnitte mit einem jeweiligen Subschaltzustand aufgeteilt zu betrachten, die Kostenfunktion zu allen Subschaltzuständen zu berechnen, die jeweiligen Subschaltzustände zusammen mit dem jeweiligen Wert der Kostenfunktion in einem Verzeichnis abzulegen, und den Wert der Kostenfunktion des jeweiligen Gesamtschaltzustandes aus den Werten der Kostenfunktion zu Subschaltzuständen von den den jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges bildenden Substrangabschnitten zusammenzusetzen.Furthermore, a system for reducing runtime-relevant complexity of a control algorithm of an AC battery is claimed, in which the system comprises an AC battery, the AC battery having a central controller with a scheduler and at least one string with a plurality of battery modules. A respective battery module of the plurality of battery modules has at least one energy store and a plurality of power semiconductor switches, which connect the respective battery module in series or in parallel or in bypass to another battery module. The central controller is configured to provide the scheduler with a phase voltage that results in a desired phase current at an output of the AC battery. In order to implement the phase voltage, the scheduler is configured to specify a respective overall switching state of the plurality of battery modules for each switching cycle, with the scheduler being divided into a real-time part and an offline part. The real-time part is configured to access a switching state table for each switching cycle, which contains all the overall switching states together with a value assigned by a cost function for a conversion of the respective overall switching state, and from this, for the at least one phase, the respective overall switching state with the smallest value to form the cost function. The offline part is configured to use a memoization algorithm to calculate the cost function for all overall switching states of the at least one string in a continuous sequence, with the memoization algorithm being configured to divide a respective string of the at least one string with a plurality of battery modules into smaller substring sections a respective sub-switching state, to calculate the cost function for all sub-switching states, to store the respective sub-switching states together with the respective value of the cost function in a directory, and the value of the cost function of the respective overall switching state from the values of the cost function for sub-switching states of the respective branch of the substrand sections forming at least one strand.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Kostenfunktion mit einem Kriterium aus folgender Liste gebildet: Summe über jeweilige Batteriemodulströme, welche mit einer jeweiligen Abweichung eines jeweiligen Batteriemodulladezustands gegenüber einem gemittelten Batterieladezustand gewichtet sind, Temperatur des jeweiligen Batteriemoduls, Ripple jeweiliger Batteriemodulströme.In one embodiment of the system according to the invention, the cost function is formed with a criterion from the following list: sum over respective battery module currents, which are weighted with a respective deviation of a respective battery module state of charge compared to an average battery state of charge, temperature of the respective battery module, ripple of respective battery module currents.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist durch jeweilig miteinander parallel verschaltete Batteriemodule ein jeweiliger Substrangabschnitt gebildet. Durch alle Substrangabschnitte des jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges fließt der gleiche Phasenstrom.In a further refinement of the system according to the invention, a respective substring section is formed by battery modules which are respectively connected in parallel with one another. The same phase current flows through all sub-strand sections of the respective strand of the at least one strand.

In einer weiter fortgesetzten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems beschreiben jeweilige Verteilungskoeffizienten eine Verteilung des sich auf jeweilig miteinander parallel verschaltete Batteriemodule aufteilenden Phasenstroms in dem jeweiligen Substrangabschnitt.In a further refinement of the system according to the invention, the respective distribution coefficients describe a distribution of the phase current in the respective substring section, which is distributed among battery modules that are respectively connected in parallel with one another.

In einer noch weiter fortgesetzten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist bei Batteriemodulen des jeweiligen Substrangabschnittes, welche einen vollständigen Ladungsausgleich aufweisen, der Phasenstrom auf die jeweilig miteinander parallel verschalteten Batteriemodule gleichmäßig aufgeteilt. Dadurch nehmen die jeweiligen Verteilungskoeffizienten des jeweiligen Substrangabschnittes einen gleichen konstanten Wert an, wobei der Wert invers proportional zur Zahl der Batteriemodule des jeweiligen Substrangabschnittes ist.In an even further developed embodiment of the system according to the invention, in the case of battery modules of the respective substring section which have complete charge equalization, the phase current is evenly divided between the respective battery modules which are connected in parallel with one another. As a result, the respective distribution coefficients of the respective substring section assume the same constant value, the value being inversely proportional to the number of battery modules of the respective substring section.

In einer fortgesetzt weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist der Scheduler zusätzlich dazu konfiguriert, den Memoisierungsalgorithums kaskadierend auf mehreren Ebenen einzusetzen, indem mindestens aus einem Verzeichnis von Werten der Kostenfunktion zu einer einzelnen Verschaltung des jeweiligen Batteriemoduls die Werte der Kostenfunktion zu jeweiligen Subschaltzuständen zusammengesetzt werden.In a continued further embodiment of the system according to the invention, the scheduler is additionally configured to use the memoization algorithm in a cascading manner on several levels by assembling the values of the cost function for the respective sub-switching states from at least one directory of values of the cost function for an individual interconnection of the respective battery module.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

  • 1 zeigt schematisch ein erstes Verschaltungsbeispiel in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2 zeigt schematisch ein zweites Verschaltungsbeispiel in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
  • 1 shows schematically a first interconnection example in an embodiment of the method according to the invention.
  • 2 shows schematically a second interconnection example in a further embodiment of the method according to the invention.

In 1 wird schematisch ein erstes Verschaltungsbeispiel 100 in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Verschaltungsbeispiel 100 umfasst sechs Batteriemodule N=6 in einem jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges einer Wechselstrombatterie. Ein dargestellter erster Gesamtschaltzustand 140 des betrachteten Stranges wird durch einen ersten Subschaltzustand 110 eines ersten Substrangabschnittes, einen zweiten Subschaltzustand 120 eines zweiten Substrangabschnittes und einen dritten Subschaltzustand 130 eines dritten Substrangabschnittes gebildet. Da die gezeigten drei Substrangabschnitte in Reihe geschaltet sind, fließt jeweilig durch alle drei Substrangabschnitte ein gleicher Phasenstrom 101, 102, 103, 104. Innerhalb des ersten Substrangabschnittes mit dem ersten Subschaltzustand 110 fließt ein erster Strom i1 111, der, da es sich um ein einzelnes Batteriemodul handelt, dem Phasenstrom 101, 102, 103, 104 entspricht. Innerhalb des zweiten Substrangabschnittes mit dem zweiten Subschaltzustand 120 sind drei Batteriemodule parallel geschaltet. Zwischen jeweiligen Energiespeichern der drei Batteriemodule soll Ladungsausgleich bestehen. Dem folgend teilt sich der Phasenstrom 101, 102, 103, 104 zu jeweilig einem Drittel auf einen zweiten Strom i2 121, einen dritten Strom i3 122 und einen vierten Strom i4 123 durch das jeweilige Batteriemodul im zweiten Substrangabschnitt auf. Schließlich sind Innerhalb des dritten Substrangabschnittes mit dem dritten Subschaltzustand 130 zwei Batteriemodule parallel geschaltet. Zwischen jeweiligen Energiespeichern der zwei Batteriemodule soll Ladungsausgleich bestehen. Dem folgend teilt sich der Phasenstrom 101, 102, 103, 104 zu jeweilig der Hälfte auf einen fünften Strom i5 131 und einen sechsten Strom i6 132 durch das jeweilige Batteriemodul im dritten Substrangabschnitt auf. Damit lautet die Kostenfunktion SVB1 für den ersten Gesamtschaltzustand 140: S V B 1 = ( i 1 Δ q 1 ) + ( i 2 Δ q 2 + i 3 Δ q 3 + i 4 Δ q 4 ) + ( i 5 Δ q 5 + i 6 Δ q 6 ) .

Figure DE102020129136A1_0007
In 1 a first interconnection example 100 is shown schematically in an embodiment of the method according to the invention. The interconnection example 100 includes six battery modules N=6 in a respective string of the at least one string of an AC battery. A first overall switching state 140 of the train under consideration is formed by a first sub-switching state 110 of a first sub-chain section, a second sub-switching state 120 of a second sub-chain section and a third sub-switching state 130 of a third sub-chain section. Since the three substring sections shown are connected in series, the same phase current 101, 102, 103, 104 flows through all three substring sections a single battery module is involved, the phase current corresponds to 101, 102, 103, 104. Within the second substring section with the second subswitching state 120, three battery modules are connected in parallel. There should be charge equalization between the respective energy stores of the three battery modules. Following this, the phase current 101, 102, 103, 104 is divided one third into a second current i 2 121, a third current i 3 122 and a fourth current i 4 123 through the respective battery module in the second substring section. Finally, within the third substring section with the third subswitching state 130, two battery modules are connected in parallel. There should be charge equalization between the respective energy stores of the two battery modules. Following this, the phase current 101, 102, 103, 104 is divided equally between a fifth current i 5 131 and a sixth current i 6 132 through the respective battery module in the third substring section. The cost function S VB1 for the first overall switching state 140 is thus: S V B 1 = ( i 1 Δ q 1 ) + ( i 2 Δ q 2 + i 3 Δ q 3 + i 4 Δ q 4 ) + ( i 5 Δ q 5 + i 6 Δ q 6 ) .
Figure DE102020129136A1_0007

Erfindungsgemäß kann die Kostenfunktion in Gl. (7) als Summe von jeweiligen Kostenfunktionen der Substrangabschnitte dargestellt werden: S V B 1 = s 1 2 + s 2 4 + s 5 6 .

Figure DE102020129136A1_0008
mit s1-1=Δq1, s2-4=(Δq2+Δq3+Δq4)/3 und s5-6=(Δq5+Δq6)/2.According to the invention, the cost function in Eq. (7) can be represented as the sum of the respective cost functions of the substrand sections: S V B 1 = s 1 2 + s 2 4 + s 5 6 .
Figure DE102020129136A1_0008
with s 1-1 =Δq 1 , s 2-4 =(Δq 2 +Δq 3 +Δq 4 )/3 and s 5-6 =(Δq 5 +Δq 6 )/2.

In 2 wird schematisch ein zweites Verschaltungsbeispiel 200 in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Verschaltungsbeispiel 200 umfasst sechs Batteriemodule N=6 in einem jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges einer Wechselstrombatterie. Ein dargestellter zweiter Gesamtschaltzustand 240 des betrachteten Stranges wird durch einen vierten Subschaltzustand 210 eines vierten Substrangabschnittes, einen fünften Subschaltzustand 220 eines fünften Substrangabschnittes und einen sechsten Subschaltzustand 230 eines sechsten Substrangabschnittes gebildet. Da die gezeigten drei Substrangabschnitte in Reihe geschaltet sind, fließt jeweilig durch alle drei Substrangabschnitte ein gleicher Phasenstrom 201, 202, 203, 204. Innerhalb des vierten Substrangabschnittes mit dem vierten Subschaltzustand 210 sind zwei Batteriemodule parallel geschaltet. Zwischen jeweiligen Energiespeichern der beiden Batteriemodule soll Ladungsausgleich bestehen. Dem folgend teilt sich der Phasenstrom 201, 202, 203, 204 zu jeweilig der Hälfte auf einen ersten Strom i1 211 und einen zweiten Strom i2 212 durch das jeweilige Batteriemodul im vierten Substrangabschnitt auf. Innerhalb des fünften Substrangabschnittes mit dem fünften Subschaltzustand 220 sind zwei weitere Batteriemodule parallel geschaltet. Zwischen jeweiligen Energiespeichern der beiden weiteren Batteriemodule soll Ladungsausgleich bestehen. Dem folgend teilt sich der Phasenstrom 201, 202, 203, 204 zu jeweilig der Hälfte auf einen dritten Strom i3 221 und einen vierten Strom i4 222 durch das jeweilige Batteriemodul im fünften Substrangabschnitt auf. Schließlich sind innerhalb des sechsten Substrangabschnittes mit dem sechsten Subschaltzustand 230 zwei Batteriemodule parallel geschaltet. Zwischen jeweiligen Energiespeichern der zwei Batteriemodule soll Ladungsausgleich bestehen. Dem folgend teilt sich der Phasenstrom 201, 202, 203, 204 zu jeweilig der Hälfte auf einen fünften Strom i5 231 und einen sechsten Strom i6 232 durch das jeweilige Batteriemodul im sechsten Substrangabschnitt auf. Damit lautet die Kostenfunktion SVB1 für den zweiten Gesamtschaltzustand 240: S V B 2 = ( i 1 Δ q 1 + i 2 Δ q 2 ) + ( i 3 Δ q 3 + i 4 Δ q 4 ) + ( i 5 Δ q 5 + i 6 Δ q 6 ) .

Figure DE102020129136A1_0009
Erfindungsgemäß kann die Kostenfunktion in Gl. (9) als Summe von jeweiligen Kostenfunktionen der Substrangabschnitte dargestellt werden: S V B 2 = s 1 2 + s 3 4 + s 5 6 .
Figure DE102020129136A1_0010
mit s1-2=(Δq1+Δq2)/2, s3-4=(Δq3+Δq4)/2 und s5-6=(Δq5q6)/2.In 2 a second interconnection example 200 is shown schematically in a further embodiment of the method according to the invention. The interconnection example 200 includes six battery modules N=6 in a respective string of the at least one string of an AC battery. An illustrated second overall switching state 240 of the train under consideration is formed by a fourth sub-switching state 210 of a fourth sub-chain section, a fifth sub-switching state 220 of a fifth sub-chain section and a sixth sub-switching state 230 of a sixth sub-chain section. Since the three sub-string sections shown are connected in series, the same phase current 201, 202, 203, 204 flows through all three sub-string sections. Within the fourth sub-string section with the fourth sub-switching state 210, two battery modules are connected in parallel. Between the respective energy stores Both battery modules should be charge balanced. Following this, the phase current 201, 202, 203, 204 is divided equally between a first current i 1 211 and a second current i 2 212 through the respective battery module in the fourth substring section. Two further battery modules are connected in parallel within the fifth substring section with the fifth subswitching state 220 . There should be charge equalization between the respective energy stores of the two other battery modules. Following this, the phase current 201, 202, 203, 204 is divided equally between a third current i 3 221 and a fourth current i 4 222 through the respective battery module in the fifth substring section. Finally, two battery modules are connected in parallel within the sixth substring section with the sixth subswitching state 230 . There should be charge equalization between the respective energy stores of the two battery modules. Following this, the phase current 201, 202, 203, 204 is divided equally between a fifth current i 5 231 and a sixth current i 6 232 through the respective battery module in the sixth substring section. The cost function S VB1 for the second overall switching state 240 is thus: S V B 2 = ( i 1 Δ q 1 + i 2 Δ q 2 ) + ( i 3 Δ q 3 + i 4 Δ q 4 ) + ( i 5 Δ q 5 + i 6 Δ q 6 ) .
Figure DE102020129136A1_0009
According to the invention, the cost function in Eq. (9) can be represented as the sum of the respective cost functions of the substrand sections: S V B 2 = s 1 2 + s 3 4 + s 5 6 .
Figure DE102020129136A1_0010
with s 1-2 =(Δq 1 +Δq 2 )/2, s 3-4 =(Δ q3 +Δq 4 )/2 and s 5-6 =(Δ q5q6 )/2.

Die Kostenfunktion für den dritten Substrangabschnitt mit dem dritten Subschaltzustand 130 in 1 und die Kostenfunktion für den sechsten Substrangabschnitt mit dem sechsten Subschaltzustand 230 werden durch gleiche Parameter bestimmt. Damit können nach Berechnung der Kostenfunkton s5-6 und Ablegung im Verzeichnis, die Gl. (7) und Gl. (9) ohne jeweilige Neuberechnung dieses Beitrages zur Kostenfunktion des jeweiligen Gesamtschaltzustandes zeitsparend mit dem gleichen Wert bedient werden.The cost function for the third substring section with the third subswitching state 130 in 1 and the cost function for the sixth substring section with the sixth subswitching state 230 are determined by the same parameters. After calculating the cost function s 5-6 and storing it in the directory, Eq. (7) and Eq. (9) can be used to save time with the same value without recalculating this contribution to the cost function of the respective overall switching state.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102015112512 A1 [0003]DE 102015112512 A1 [0003]
  • DE 102018125728 [0007]DE 102018125728 [0007]

Claims (13)

Verfahren zur Reduzierung laufzeitrelevanter Komplexität eines Steuerungsalgorithmus einer Wechselstrombatterie, bei dem die Wechselstrombatterie einen Zentralkontroller mit einem Scheduler und mindestens einen Strang mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen umfasst, bei dem ein jeweiliges Batteriemodul der Mehrzahl an Batteriemodulen mindestens einen Energiespeicher und eine Mehrzahl an Leistungshalbleiterschaltern, welche das jeweilige Batteriemodul seriell oder parallel oder in Bypass zu einem anderen Batteriemodul verschalten, aufweist, bei dem durch den Zentralkontroller dem Scheduler eine Phasenspannung, welche an einem Ausgang der Wechselstrombatterie zu einem gewünschten Phasenstrom (104, 204) führt, vorgegeben wird, bei dem zur Realisierung der Phasenspannung durch den Scheduler ein jeweiliger Gesamtschaltzustand (140, 240) der Mehrzahl an Batteriemodulen zu jedem Schalttakt vorgegeben wird, bei dem der Scheduler in einen Realzeit-Teil und einen Offline-Teil aufgeteilt wird, bei dem im Realzeit-Teil zu jedem Schalttakt auf eine Schaltzustandstabelle, welche alle Gesamtschaltzustände (140, 240) zusammen mit einem jeweilig durch eine Kostenfunktion für eine Umsetzung des jeweiligen Gesamtschaltzustandes (140, 240) zugeordneten Wert enthält, zugegriffen wird und daraus für den mindestens einen Strang der jeweilige Gesamtschaltzustand (140, 240) mit dem kleinsten Wert der Kostenfunktion gebildet wird, wobei im Offline-Teil durch einen Memoisierungsalgorithmus in kontinuierlicher Abfolge die Kostenfunktion zu allen Gesamtschaltzuständen (140, 240) des mindestens einen Stranges berechnet wird, indem • ein jeweiliger Strang des mindestens einen Stranges mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen als in kleinere Substrangabschnitte mit einem jeweiligen Subschaltzustand (110, 120, 130, 210, 220, 230) aufgeteilt betrachtet wird, • die Kostenfunktion zu allen Subschaltzuständen (110, 120, 130, 210, 220, 230) berechnet wird, • die jeweiligen Subschaltzustände (110, 120, 130, 210, 220, 230) zusammen mit dem jeweiligen Wert der Kostenfunktion in einem Verzeichnis abgelegt werden, und • der Wert der Kostenfunktion des jeweiligen Gesamtschaltzustandes (140, 240) aus den Werten der Kostenfunktion zu Subschaltzuständen (110, 120, 130, 210, 220, 230) von den den jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges bildenden Substrangabschnitten zusammengesetzt wird.Method for reducing runtime-relevant complexity of a control algorithm of an AC battery, in which the AC battery comprises a central controller with a scheduler and at least one string with a plurality of battery modules, in which a respective battery module of the plurality of battery modules has at least one energy store and a plurality of power semiconductor switches, which respective battery module connected in series or in parallel or in bypass to another battery module, in which the central controller specifies to the scheduler a phase voltage which leads to a desired phase current (104, 204) at an output of the AC battery, in which for realizing a respective overall switching state (140, 240) of the plurality of battery modules is specified for the phase voltage by the scheduler for each switching cycle, in which the scheduler is divided into a real-time part and an offline part which in the real-time part for each switching cycle accesses a switching state table, which contains all the overall switching states (140, 240) together with a value assigned by a cost function for a conversion of the respective overall switching state (140, 240), and from this for the at least one Line the respective overall switching status (140, 240) is formed with the smallest value of the cost function, with the cost function for all overall switching states (140, 240) of the at least one line being calculated in the offline part using a memoization algorithm in continuous sequence by • a respective string of the at least one string with a plurality of battery modules is considered to be divided into smaller sub-string sections with a respective sub-switching state (110, 120, 130, 210, 220, 230), • the cost function is calculated for all sub-switching states (110, 120, 130, 210, 220, 230), • the respective sub-switching states (110, 120, 130, 210, 220, 230) are stored in a directory together with the respective value of the cost function, and • the value of the cost function of the respective overall switching state (140, 240) is composed of the values of the cost function for sub-switching states (110, 120, 130, 210, 220, 230) of the sub-strand sections forming the respective strand of the at least one strand. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kostenfunktion mit einem Kriterium aus folgender Liste gebildet wird: Summe über jeweilige Batteriemodulströme gewichtet durch eine jeweilige Abweichung eines jeweiligen Batteriemodulladezustands gegenüber einem gemittelten Batterieladezustand, Temperatur des jeweiligen Batteriemoduls, Ripple jeweiliger Batteriemodulströme.procedure after claim 1 , in which the cost function is formed with a criterion from the following list: sum over respective battery module currents weighted by a respective deviation of a respective battery module state of charge compared to an average battery state of charge, temperature of the respective battery module, ripple of respective battery module currents. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem durch jeweilig miteinander parallel verschaltete Batteriemodule ein jeweiliger Substrangabschnitt gebildet wird, wobei durch alle Substrangabschnitte des jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges der gleiche Phasenstrom (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) fließt.Method according to one of the preceding claims, in which a respective sub-string section is formed by battery modules connected in parallel with one another, the same phase current (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) flows. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem eine Verteilung des sich auf jeweilig miteinander parallel verschaltete Batteriemodule aufteilenden Phasenstroms (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) in dem jeweiligen Substrangabschnitt durch jeweilige Verteilungskoeffizienten beschrieben wird.procedure after claim 3 , in which a distribution of the phase current (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) in the respective substring section, which is divided between battery modules connected in parallel with one another, is described by respective distribution coefficients. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem bei Batteriemodulen des jeweiligen Substrangabschnittes, welche einen vollständigen Ladungsausgleich aufweisen, der Phasenstrom (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) auf die jeweilig miteinander parallel verschalteten Batteriemodule gleichmäßig aufgeteilt wird, wodurch die jeweiligen Verteilungskoeffizienten des jeweiligen Substrangabschnittes einen gleichen konstanten Wert annehmen und der Wert invers proportional zur Zahl der Batteriemodule des jeweiligen Substrangabschnittes ist.procedure after claim 4 , in which, in the case of battery modules of the respective substring section, which have complete charge equalization, the phase current (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) is evenly divided between the battery modules that are connected in parallel with one another, as a result of which the respective distribution coefficients of the each substring section assume the same constant value and the value is inversely proportional to the number of battery modules of the respective substring section. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine Gesamtheit aller möglichen Subschaltzustände auf eine Untermenge realisierbarer Parallelverschaltungen von Batteriemodulen beschränkt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a total of all possible sub-switching states is restricted to a subset of battery modules which can be connected in parallel. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Memoisierungsalgorithums kaskadierend auf mehreren Ebenen eingesetzt wird, indem mindestens aus einem Verzeichnis von Werten der Kostenfunktion zu einer einzelnen Verschaltung des jeweiligen Batteriemoduls die Werte der Kostenfunktion zu jeweiligen Subschaltzuständen zusammengesetzt werden.Method according to one of the preceding claims, in which the memoization algorithm is used cascadingly on several levels, in that the values of the cost function for the respective sub-switching states are assembled from at least one list of values of the cost function for an individual connection of the respective battery module. System zur Reduzierung laufzeitrelevanter Komplexität eines Steuerungsalgorithmus einer Wechselstrombatterie, bei dem das System eine Wechselstrombatterie umfasst, wobei die Wechselstrombatterie einen Zentralkontroller mit einem Scheduler und mindestens einen Strang mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen aufweist, bei dem ein jeweiliges Batteriemodul der Mehrzahl an Batteriemodulen mindestens einen Energiespeicher und eine Mehrzahl an Leistungshalbleiterschaltern, welche das jeweilige Batteriemodul seriell oder parallel oder in Bypass zu einem anderen Batteriemodul verschalten, aufweist, bei dem der Zentralkontroller dazu konfiguriert ist, dem Scheduler eine Phasenspannung, welche an einem Ausgang der Wechselstrombatterie zu einem gewünschten Phasenstrom (104, 204) führt, vorzugeben, bei dem der Scheduler dazu konfiguriert ist, zur Realisierung der Phasenspannung zu jedem Schalttakt einen jeweiliger Gesamtschaltzustand (140, 240) der Mehrzahl an Batteriemodulen vorzugeben, bei dem der Scheduler in einen Realzeit-Teil und einen Offline-Teil aufgeteilt ist, bei dem der Realzeit-Teil dazu konfiguriert ist, zu jedem Schalttakt auf eine Schaltzustandstabelle, welche alle Gesamtschaltzustände (140, 240) zusammen mit einem jeweilig durch eine Kostenfunktion für eine Umsetzung des jeweiligen Gesamtschaltzustandes (140, 240) zugeordneten Wert enthält, zuzugreifen und daraus für den mindestens einen Strang den jeweiligen Gesamtschaltzustand (140, 240) mit dem kleinsten Wert der Kostenfunktion zu bilden, wobei der Offline-Teil dazu konfiguriert ist, durch einen Memoisierungsalgorithmus in kontinuierlicher Abfolge die Kostenfunktion zu allen Gesamtschaltzuständen (140, 240) des mindestens einen Stranges zu berechnen, bei dem der Memoisierungsalgorithmus dazu konfiguriert ist, • einen jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen als in kleinere Substrangabschnitte mit einem jeweiligen Subschaltzustand (110, 120, 130, 210, 220, 230) aufgeteilt zu betrachten, • die Kostenfunktion zu allen Subschaltzuständen (110, 120, 130, 210, 220, 230) zu berechnen, • die jeweiligen Subschaltzustände (110, 120, 130, 210, 220, 230) zusammen mit dem jeweiligen Wert der Kostenfunktion in einem Verzeichnis abzulegen, und • den Wert der Kostenfunktion des jeweiligen Gesamtschaltzustandes (110, 120, 130, 210, 220, 230) aus den Werten der Kostenfunktion zu Subschaltzuständen von den den jeweiligen Strang des mindestens einen Stranges bildenden Substrangabschnitten zusammenzusetzen.A system for reducing runtime related complexity of an AC battery control algorithm, the system comprising an AC battery, the AC battery has a central controller with a scheduler and at least one string with a plurality of battery modules, in which a respective battery module of the plurality of battery modules has at least one energy store and a plurality of power semiconductor switches, which connect the respective battery module in series or in parallel or in bypass to another battery module, has, in which the central controller is configured to specify the scheduler a phase voltage, which leads to a desired phase current (104, 204) at an output of the AC battery, in which the scheduler is configured to implement the phase voltage for each switching cycle to specify the respective overall switching state (140, 240) of the plurality of battery modules, in which the scheduler is divided into a real-time part and an offline part, in which the real-time part is configured to access a switching state table for each switching cycle, which lists all overall switching t states (140, 240) together with a value assigned in each case by a cost function for a conversion of the respective overall switching state (140, 240), and from this for the at least one strand the respective overall switching state (140, 240) with the smallest value of the cost function to form, wherein the offline part is configured to calculate the cost function for all total switching states (140, 240) of the at least one line in a continuous sequence using a memoization algorithm, in which the memoization algorithm is configured to • a respective line of the at least one Strings with a plurality of battery modules to be considered divided into smaller substring sections with a respective subswitching state (110, 120, 130, 210, 220, 230), • the cost function for all subswitching states (110, 120, 130, 210, 220, 230) to calculate, • the respective sub-switching states (110, 120, 130, 210, 220, 230) together with the to store the respective value of the cost function in a directory, and • to compile the value of the cost function of the respective overall switching state (110, 120, 130, 210, 220, 230) from the values of the cost function for sub-switching states of the sub-strand sections forming the respective strand of the at least one strand . System nach Anspruch 8, bei dem die Kostenfunktion mit einem Kriterium aus folgender Liste gebildet ist: Summe über jeweilige Batteriemodulströme gewichtet durch eine jeweilige Abweichung eines jeweiligen Batteriemodulladezustands gegenüber einem gemittelten Batterieladezustand, Temperatur des jeweiligen Batteriemoduls, Ripple jeweiliger Batteriemodulströme.system after claim 8 , in which the cost function is formed with a criterion from the following list: sum over respective battery module currents weighted by a respective deviation of a respective battery module state of charge compared to an average battery state of charge, temperature of the respective battery module, ripple of respective battery module currents. System nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem durch jeweilig miteinander parallel verschaltete Batteriemodule ein jeweiliger Substrangabschnitt gebildet ist, wobei durch alle Substrangabschnitte des jeweiligen Stranges des mindestens einen Stranges der gleiche Phasenstrom (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) fließt.system according to one of the Claims 8 or 9 , in which a respective sub-string section is formed by battery modules connected in parallel with one another, with the same phase current (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) flowing through all sub-string sections of the respective string of the at least one string. System nach Anspruch 10, bei dem jeweilige Verteilungskoeffizienten eine Verteilung des sich auf jeweilig miteinander parallel verschaltete Batteriemodule aufteilenden Phasenstroms (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) in dem jeweiligen Substrangabschnitt beschreiben.system after claim 10 , in which the respective distribution coefficients describe a distribution of the phase current (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) in the respective substring section, which is distributed among battery modules that are respectively connected in parallel. System nach Anspruch 11, bei dem bei Batteriemodulen des jeweiligen Substrangabschnittes, welche einen vollständigen Ladungsausgleich aufweisen, der Phasenstrom (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) auf die jeweilig miteinander parallel verschalteten Batteriemodule gleichmäßig aufgeteilt ist, wodurch die jeweiligen Verteilungskoeffizienten des jeweiligen Substrangabschnittes einen gleichen konstanten Wert annehmen und der Wert invers proportional zur Zahl der Batteriemodule des jeweiligen Substrangabschnittes ist.system after claim 11 , in which, in the case of battery modules of the respective substring section, which have complete charge equalization, the phase current (101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204) is divided evenly among the battery modules that are connected in parallel with one another, as a result of which the respective distribution coefficients of the each substring section assume the same constant value and the value is inversely proportional to the number of battery modules of the respective substring section. System nach einem Ansprüche 8 bis 12, bei dem der Scheduler zusätzlich dazu konfiguriert ist, den Memoisierungsalgorithums kaskadierend auf mehreren Ebenen einzusetzen, indem mindestens aus einem Verzeichnis von Werten der Kostenfunktion zu einer einzelnen Verschaltung des jeweiligen Batteriemoduls die Werte der Kostenfunktion zu jeweiligen Subschaltzuständen zusammengesetzt werden.system after one Claims 8 until 12 , in which the scheduler is additionally configured to use the memoization algorithm cascadingly on several levels, in that the values of the cost function for the respective sub-switching states are assembled from at least one directory of values of the cost function for a single interconnection of the respective battery module.
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