DE102023123929B3

DE102023123929B3 - Verfahren zum Bereitstellen hoher Leistung am Nebenversorgungsabgriff eines modularen Multilevelkonverters

Info

Publication number: DE102023123929B3
Application number: DE102023123929.5A
Authority: DE
Inventors: Janni Dürr; Daniel Simon; René Wattenberg; Olivier Villard; Hamit Hacioglu; Stepan Matejka; Eduard Specht
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2023-09-06
Filing date: 2023-09-06
Publication date: 2024-09-12
Anticipated expiration: 2043-09-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen hoher Leistung am Nebenversorgungsabgriff (104) eines modularen Multilevelkonverters, der eine Zentralsteuerung und mindestens zwei Stränge (110, 120, 130) mit jeweils mindestens drei Modulen (111-116, 121-126, 131-136) umfasst. Ein jeweiliger Eingangsanschluss des zweiadrigen Eingangsanschlusses der jeweilig ersten Module (111, 121, 131) wird zu einem jeweiligen Sternpunkt (140) verbunden, wobei an den daraus resultierenden zwei Sternpunkten ein Nebenversorgungsanschluss angeordnet wird. In einem ersten Schritt werden von einem Steuergerät der Zentralsteuerung die Energiespeicher der jeweils ersten Module über die beiden Sternpunkte parallel verschaltet (105), wobei in einem zweiten Schritt in den jeweiligen Strängen ein Ladungsausgleich (106, 107, 108, 109) zwischen mindestens zwei benachbarten Energiespeichern, welche einen vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zwischen ihnen nicht überschreiten, ausgeführt wird, und wobei in einem dritten Schritt, beginnend mit dem jeweilig ersten Energiespeicher und einer Aneinanderreihung der jeweiligen Module im jeweiligen Strang folgend, fortgeführt jeweilig benachbarte Energiespeicher parallel verbunden werden, solange der vorgegebene Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zu einem weiteren parallel zu verbindenden Energiespeicher nicht überschritten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen hoher Leistung am Nebenversorgungsabgriff eines modularen Multilevelkonverters. Ferner wird ein Steuergerät beansprucht, welches die hohe Leistung am Nebenversorgungsabgriff des modularen Multilevelkonverters bereitstellt.
In einem Traktionssystem für ein Elektrofahrzeug dient ein modularer Multilevelkonverter als Energieversorgung. Ein solcher modularer Multilevelkonverter wird bspw. durch einen in „Goetz, S.M.; Peterchev, A.V.; Weyh, T., Modular Multilevel Converter With Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control, Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 30, no. 1, pp. 203-215, 2015. doi: 10.1109/TPEL.2014.2310225“ beschriebenen MMSPC, d. h. einem modularen Multilevelkonverter mit serieller und paralleler Konnektivität, dargestellt. Ein jeweiliges Modul eines solchen MMSPCs weist einen mit vier Halbbrücken parallel verbundenen Energiespeicher als Gleichspannungsquelle auf, bspw. eine wiederaufladbare Batteriezelle oder einen Kondensator, wobei jeweilig zwei Halbbrücken durch Mittenabgriff einen Eingangsanschluss bzw. einen Ausgangsanschluss bilden. In solchen Modulen ist der jeweilige Energiespeicher seriell oder parallel mit jeweiligen Energiespeichern in Nachbarmodulen verschaltbar. Durch mehrere in jeweiligen Strängen angeordnete Module werden in einem Hochvoltbereich, bspw. 400 V, jeweilige Phasen zur Stromversorgung einer mehrphasigen elektrischen Traktionsmaschine gebildet. Zudem wird an einem doppelten Sternpunkt des MMSPCs, d. h. einem Zusammenschluss der jeweiligen (zweiadrigen) Stränge, ein Nebenversorgungsabgriff in einem Niedervoltbereich, bspw. 12 V oder 48 V, für sonstige Verbraucher im Elektrofahrzeug bereitgestellt.
Der Wechselstrom des MMSPC wird durch eine von einem zentralen Kontroller gesteuerte Konfiguration einer elektrischen Verschaltung der Energiespeicher in den Modulen und durch eine Schaltmodulation zwischen Schaltzuständen zur Generierung beliebiger Zwischenzustände erzeugt. Ein jeweiliger Schaltzustand entspricht dabei einer jeweiligen Schaltstellung der Halbbrücken im Modul. Die Schaltzustände werden durch einen sogenannten Scheduler bereitgestellt, der diese bspw. auf einem FPGA bei einer Schaltfrequenz von bis zu 140 kHz berechnet. Um solch hohe Schaltfrequenzen zu gewährleisten, lehrt bspw. die Druckschrift DE 10 2018 125 728 B3 eine Aufteilung des Steueralgorithmus in einen Offline-Teil, in dem die gemäß einer Kostenfunktion jeweils optimierten Schaltzustände für die Module in Tabellen hinterlegt werden, und einen Online-Teil, in welchem in Realzeit ein Gesamtschaltzustand pro Schalttakt bereitgestellt wird. Dies ist jedoch nur ein Beispiel für eine Vielzahl ausgereifter Verfahren bzw. Algorithmen, welche dem Scheduler zur Verfügung stehen, um Module untereinander gezielt zu verschalten und damit neben anderen Zielgrößen, wie bspw. eine gleichmäßige Entladung/Aufladung oder eine Minimierung von Schaltverlusten, auch einen Ladungsausgleich zu bewirken. Allerdings ist zu beachten, dass ein solcher Scheduler nur in Funktion ist, wenn bei zeitkritischen Vorgängen im Motorbetrieb oder bei einer Aufladung, bspw. an einer Ladesäule, Motor oder Ladegerät mit dem modularen Multilevelkonverter elektrisch verbunden sind und Energie zu- oder abfließen kann. Bei anderen Betriebszuständen, wie bspw. einem „Idle“-Zustand oder einem Zustand „Systemstart“ bzw. „Power-On“, ist der Scheduler ausgeschaltet und die schnelle Schaltzustandsänderung in den Modulen ist nicht aktiv.
Jederzeit ausgeglichene Ladezustände aller Module gelten als Idealzustand, um eine möglichst lange Lebensdauer der Energiespeicher zu erreichen. Um Energiespeicher in ihrer Ladung bzw. ihrem Ladezustand auszugleichen, wäre es zwar am effektivsten, die betreffenden Energiespeicher alle parallel zu schalten. Jedoch kann eine einfache Parallelschaltung aller Energiespeicher - je nach deren unterschiedlichen Ladezuständen und damit verbundenen Spannungsunterschieden - solch große Ausgleichsströme hervorrufen, dass die Energiespeicher und/oder Halbleiterschalter in den Modulen Schaden nehmen würden. Es ist daher darauf zu achten, dass bei Parallelverschaltung von Energiespeichern Vorgaben für erlaubte Spannungsunterschiede nicht überschritten werden.
Die Druckschrift DE 10 2019 208 042 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, wobei diejenigen (betriebsbereiten) Energiespeichermodule mit Anschlussmitteln verbunden werden, deren Spannung innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs unterhalb der Spannung des betriebsbereiten Energiespeichermoduls mit der höchsten Spannung liegt.
Die Druckschrift DE 10 2019 208 047 A1 beschreibt ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, wobei diejenigen (betriebsbereiten) Energiespeichermodule geladen werden, deren Spannung innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs oberhalb der Spannung des betriebsbereiten Energiespeichermoduls mit der geringsten Spannung liegt.
Aus der DE 10 2019 102 306 A1 ist ein modularer Stromrichter mit kaskadierten Modulen in drei, ein Drehstromsystem bildenden Strängen bekannt.
Aus A. Mashayekh et al., „Proactive SoC Balancing Strategy for Battery Modular Multilevel Management (BM3) Converter Systems and Reconfigurable Batteries," 2021 23rd European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'21 ECCE Europe), Ghent, Belgium, 2021, pp. P.1-P.10, doi: 10.23919/EPE21ECCEEurope50061.2021.9570543. ist bekannt, eine Parallelschaltung von Modulen in einem Strang kaskadierter Module nur vorzunehmen, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Spannungen an den Modulkondensator ein vorgegebenes Maß nicht überschreitet.
Bei den beispielhaft vorgenannten Betriebszuständen „Power-On“ oder „Idle“ ist der Motor zwar ausgeschaltet, eine Vielzahl von weiteren Verbrauchern, welche am Nebenversorgungsabgriff des modularen Multilevelkonverters hängen, ist jedoch im Betrieb. Es ist dabei gängige Praxis, dass jeweils erste Module eines jeweiligen Stranges über den doppelten Sternpunkt parallel geschaltet sind und über deren Energiespeicher die Nebenversorgung stattfindet. Da der Scheduler in diesem Fall nicht aktiv ist, würden auch keine weiteren, zu den jeweils ersten Modulen im Strang benachbarte Module der Nebenversorgung hinzugenommen bzw. deren jeweilige Energiespeicher zu der Parallelschaltung im Sternpunkt hinzugefügt werden können. Dies bedeutet aber auch, dass auf weiteren im jeweiligen Strang befindlichen Modulen kein Ladungsausgleich aktiv ist und deren jeweilige Energiespeicher untereinander, aber insbesondere auch zu den jeweils ersten Energiespeichern, welche durch die Nebenversorgung entladen werden, Spannungsunterschiede aufweisen können. Jedenfalls ist nach dieser Praxis eine den Verbrauchern am Nebenversorgungsanschluss bereitgestellte elektrische Leistung auf eine relativ kleine Anzahl an Energiespeichern begrenzt, insbesondere ist die elektrische Leistung in der Anzahl der Module individuell je Phase begrenzt.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches mittels Hinzuschalten weiterer Module eine möglichst hohe elektrische Leistung am Nebenversorgungsabgriff eines modularen Multilevelkonverters bereitstellt. Die bereitzustellende Leistung soll insbesondere höher sein, als die standardmäßig durch die jeweils ersten Module im Strang bereitgestellte Leistung. Ferner soll auch ein Steuergerät beansprucht werden, welches das Verfahren auf dem modularen Multilevelkonverter ausführt.
Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zum Bereitstellen hoher Leistung am Nebenversorgungsabgriff eines modularen Multilevelkonverters vorgeschlagen, wobei der modulare Multilevelkonverter eine Zentralsteuerung und mindestens zwei Stränge mit jeweils mindestens drei Modulen umfasst. Ein jeweiliges Modul wird mit mindestens einer ersten, einer zweiten, einer dritten und einer vierten Halbbrücke und einem Energiespeicher gebildet, wobei die jeweiligen Halbbrücken von der Zentralsteuerung gesteuerte Schaltzustände einnehmen und mit dem Energiespeicher parallel verschaltet werden. Im jeweiligen Modul werden ein zweiadriger Eingangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf die erste Halbbrücke und die zweite Halbbrücke und ein zweiadriger Ausgangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf die dritte Halbbrücke und die vierte Halbbrücke gebildet. An dem zweiadrigen Ausgangsanschluss des letzten Moduls der mindestens zwei Stränge wird ein jeweiliger Phasenanschluss gebildet. Der jeweilige Eingangsanschluss des zweiadrigen Eingangsanschlusses der jeweilig ersten Module der mindestens zwei Stränge wird zu einem jeweiligen Sternpunkt verbunden, wobei an den daraus resultierenden zwei Sternpunkten ein Nebenversorgungsanschluss angeordnet wird. In einem ersten Schritt werden von einem Steuergerät der Zentralsteuerung die Energiespeicher der jeweils ersten Module über die beiden Sternpunkte parallel verschaltet. In einem zweiten Schritt wird von dem Steuergerät in den jeweiligen Strängen ein Ladungsausgleich zwischen mindestens zwei benachbarten Energiespeichern, welche einen vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zu einem erwarteten Spannungsmittelwert zwischen ihnen nicht überschreiten, ausgeführt. In einem dritten Schritt werden von dem Steuergerät, beginnend mit dem jeweilig ersten Energiespeicher und einer Aneinanderreihung der jeweiligen Module im jeweiligen Strang folgend, fortgeführt jeweilig benachbarte Energiespeicher parallel verbunden, solange der vorgegebene Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert mit einem weiteren parallel zu verbindenden Energiespeicher nicht überschritten wird.
Aus Datenblättern zu elektronischen Bauteilen eines jeweiligen Moduls, insbesondere zu Energiespeichern und den durch Halbleiterschaltern gebildeten Halbbrücken, ist ein maximal erlaubter Stromwert vorgegeben, woraus sich der vorgegebene Schwellenwert für den Spannungsunterschied, der dann bei einer jeweiligen Parallelschaltung durch den Ausgleichsstrom ausgeglichen wird, bemisst.
Ist bspw. in einem Datenblatt für die in den Modulen angeordneten Energiespeicher ein maximaler Stromwert I_max von $I_{max} = \pm 36 A$
erlaubt, so würde sich daraus bei einem Innenwiderstand des jeweiligen Moduls von bspw. R_modul=14 mΩ ein maximal erlaubter Spannungsabfall ΔU_modul von etwa $Δ U_{modul} = R_{modul} \cdot I_{max} \leq 0,5 V$
ergeben, der damit den Schwellenwert vorgibt. Im erfindungsgemäßen Verfahren achtet das Steuergerät darauf, dass bei den auftretenden Spannungsunterschieden zwischen den Energiespeichern, in den erfindungsgemäß gebildeten Gruppen von parallelgeschalteten Energiespeichern dieser Schwellenwert nicht überschritten wird, bzw. leitet vor einer Überschreitung den erfindungsgemäßen Ladezustandsausgleich ein.
Die parallele Verschaltung der Energiespeicher der jeweils ersten Module über die beiden Sternpunkte im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Regel grundsätzlich möglich, da diese jeweilig ersten Energiespeicher aufgrund ihrer im Motorbetrieb vorrangig stattfindenden parallelen Verschaltung einen ähnlichen oder angeglichenen Ladezustand aufweisen und somit deren Spannungsunterschiede zum erwarteten Spannungsmittelwert den vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreiten. Denkbar ist auch, dass die Eingangshalbbrücken dauerhaft die Energiespeicher der jeweilig ersten Module parallel verschalten oder statt der hier betrachteten symmetrischen Ausführungsform eines jeweiligen Modules mit um einen zentralen Energiespeicher gruppierte Halbbrücken, an denen durch Mittenabgriff die Modulanschlüsse gebildet werden, eine asymmetrische Ausführungsform gewählt ist, bei der der Energiespeicher direkt mit den beiden Eingangsanschlüssen verbunden ist und jeweilige Halbbrückenpaare innerhalb des Moduls über Mittenabgriff miteinander vernetzt sind.
Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren angestrebter Zielzustand für den modularen Multilevelkonverter ist, dass so viele Module wie möglich einen ähnlichen oder annähernd gleichen Ladezustand aufweisen und daher auch nur geringe Spannungsunterschiede zwischen ihren jeweiligen Energiespeicher zeigen. All diese Module können parallel geschaltet werden und erhöhen damit vorteilhaft eine bereitgestellte Leistung am Nebenversorgungsabgriff. Dieser Zielzustand wird durch Ladezustandsausgleichsverfahren bewirkt, welche in mehreren Ausführungsformen im Folgenden beschrieben werden.
Jedoch kann auch ein Fall vorliegen, bei dem ein Energiespeicher in einem jeweiligen Strang gegenüber allen anderen Energiespeichern in diesem Strang eine Spannungsdifferenz zum erwarteten Spannungsmittelwert oberhalb des vorgegebenen Schwellenwertes aufweist. In einem solchen Fall kann durch im Folgenden beschriebene Ladungsausgleichsverfahren eine parallele Verschaltung mit dem jeweilig ersten Energiespeicher im jeweiligen Strang nur über alle jene Energiespeicher ermöglicht werden, welche in der Abfolge der Module im jeweiligen Strang vor diesem Energiespeicher angeordnet sind.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem jeweiligen Strang mindestens eine erste Gruppe von zwei benachbarten Energiespeichern parallel verschaltet, wobei in einem jeweiligen Strang mindestens drei benachbarte Energiespeicher in mindestens einer Kombination von zwei Energiespeichern der mindestens drei Energiespeicher den vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen ihnen nicht überschreiten. Eine Auswahl der jeweiligen zwei benachbarten Energiespeicher wird solange unter den mindestens drei Energiespeichern in der mindestens einen ersten Gruppe in fortgeführter Ausführung permutiert, bis ein jeweiliger Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen den mindestens drei Energiespeichern den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet und mindestens eine zweite Gruppe von drei Energiespeichern gebildet wird. Die Energiespeicher der mindestens einen zweiten Gruppe von drei Energiespeichern werden parallel verschaltet. Bei noch weiteren Energiespeichern mit unterschiedlichen Ladezuständen werden diese iterativ in weiteren ersten, zweiten oder sukzessiv anwachsenden weiteren Gruppen, welche sukzessiv immer mehr Energiespeicher aufweisen, parallel verschaltet, bis alle Energiespeicher gleiche Ladezustände aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei Energiespeicher benachbarter Module miteinander parallel verschaltet, indem die zwischen den beiden Energiespeichern befindlichen Halbbrücken der beiden Module die parallele Verschaltung ausführen, und die jeweils anderen zwei Halbbrücken im jeweiligen Modul eine elektrische Verbindung zu weiteren Modulen unterbrechen. Es ist möglich, bei ausreichender Anzahl an Modulen im jeweiligen Strang, dass in gleicher Weise mindestens zwei weitere Energiespeicher in weiteren miteinander benachbarten Modulen im jeweiligen Strang parallel verschaltet werden.
In einer fortgesetzt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach erfolgtem jeweiligem Ladezustandsausgleich zwischen benachbarten Paaren von Energiespeichern, durch die zwischen diesen jeweiligen Energiespeichern befindlichen Halbbrücken im jeweiligen Modul die elektrische Verbindung zwischen diesen jeweiligen Energiespeichern unterbrochen. Diese jeweiligen Energiespeicher werden durch die jeweilig anderen Halbbrücken im jeweiligen Modul mit den jeweiligen Energiespeichern im jeweilig auf der anderen Seite befindlichen Modul parallel verschaltet.
In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in fortgeführter Ausführung jeweilige Spannungsunterschiede zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen allen Energiespeichern überwacht, indem jeweilige lastfreie Spannungswerte jeweilige Energiespeicher einer Größe nach geordnet werden und festgestellt wird, ob ein jeweiliger Spannungsunterschied zwischen aufeinanderfolgenden der Größe nach geordneten Spannungswerten kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist oder ob der Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert von mindestens drei aufeinanderfolgenden Modulen kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist. Wenn dies der Fall ist, wird der Ladezustandsausgleich durchgeführt.
Damit werden erfindungsgemäß nacheinander jeweils definierte Teilmengen der Energiespeicher eines jeweiligen Strangs des modularen Multilevelkonverters parallel geschaltet. Dies wird so lange durchgeführt, bis alle Module - oder zumindest die im jeweiligen Strang bis zu einem Energiespeicher mit zu hoher Spannungsdifferenz aneinander gereihten Module - im Wesentlichen einen gleichen Spannungswert aufweisen. Eine zusätzliche Anordnung von Widerständen, um bspw. einen Ausgleichsstrom zu begrenzen, wird vorteilhaft vermieden. Dabei werden vorteilhaft die Spannungsunterschiede unter den Energiespeichern benachbarter Module durch den erfindungsgemäßen Ladezustandsausgleich dergestalt nivelliert, ohne dass zu große, die Energiespeicher und/oder Halbleiterschalter gefährdende Ströme auftreten.
Ferner wird ein Steuergerät zum Bereitstellen hoher Leistung am Nebenversorgungsabgriff eines modularen Multilevelkonverters beansprucht. Der modulare Multilevelkonverter umfasst eine Zentralsteuerung und mindestens zwei Stränge mit jeweils mindestens drei Modulen. Ein jeweiliges Modul weist mindestens vier mit einem Energiespeicher parallel geschaltete Halbbrücken auf, wobei die jeweiligen Halbbrücken von der Zentralsteuerung gesteuerte Schaltzustände einnehmen. Im jeweiligen Modul sind ein zweiadriger Eingangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf eine erste und eine zweite Halbbrücke der mindestens vier Halbbrücken und ein zweiadriger Ausgangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf eine dritte und eine vierte Halbbrücke der mindestens vier Halbbrücken gebildet. An dem zweiadrigen Ausgangsanschluss des letzten Moduls der mindestens zwei Stränge ist ein jeweiliger Phasenanschluss gebildet. Der jeweilige Eingangsanschluss des zweiadrigen Eingangsanschlusses der jeweilig ersten Module der mindestens zwei Stränge ist zu einem jeweiligen Sternpunkt verbunden, wobei an den daraus resultierenden zwei Sternpunkten ein Nebenversorgungsanschluss angeordnet ist. Das Steuergerät umfasst einen Mikroprozessor an der Zentralsteuerung des modularen Multilevelkonverters und ist dazu konfiguriert, folgende Schritte auszuführen: In einem ersten Schritt die Energiespeicher der jeweils ersten Module über die beiden Sternpunkte parallel zu verschalten, in einem zweiten Schritt in den jeweiligen Strängen ein Ladungsausgleich zwischen mindestens zwei benachbarten Energiespeichern, welche einen vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zu einem erwarteten Spannungsmittelwert zwischen ihnen nicht überschreiten, auszuführen, und in einem dritten Schritt, beginnend mit dem jeweilig ersten Energiespeicher und einer Aneinanderreihung der jeweiligen Module im jeweiligen Strang folgend, fortgeführt jeweilig benachbarte Energiespeicher parallel zu verbinden, solange der vorgegebener Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert mit einem weiteren parallel zu verbindenden Energiespeicher nicht überschritten wird.
Da nach dem Stand der Technik ohne Betrieb einer vom modularen Multilevelkonverter versorgten elektrischen Maschine und ohne einen Aufladungsvorgang, bspw. an einer Ladesäule, keine Bereitstellung von Schaltzuständen durch einen Scheduler erfolgt, werden erfindungsgemäß die für den Ladungsausgleich notwenigen Schaltzustände auf einem Mikroprozessor an der Zentralsteuerung des modularen Multilevelkonverters ausgeführt. Zwar ist ein solcher Mikroprozessor bzgl. einer Rechenleistung nicht so schnell wie ein mit bspw. 140 kHz getakteter FPGA, auf dem der Scheduler implementiert ist, für die für den Ladungsausgleich auszuführenden Wechseln in den Schaltzuständen ist er jedoch vorteilhaft ausreichend, da schnelle Wechsel hierbei nicht notwendig sind, da Ladungsausgleichvorgänge bei weitem nicht so schnell ablaufen wie vergleichsweise eine Schaltmodulation für eine Wechselstromversorgung einer elektrischen Maschine in einem Elektrofahrzeug.
Eine Zeitdauer für die jeweilige Parallelschaltung zur Angleichung der Ladezustände während des zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens bemisst sich dabei aus einer Abklingzeit für den jeweilig fließenden Ausgleichsstrom. Diese Abklingzeit kann bspw. aus einer Messreihe vor einer Inbetriebnahme des modularen Multilevelkonverters ermittelt werden, oder ein jeweilig abgeklungener Ausgleichstrom kann durch in den jeweiligen Modulen angeordneten Stromsensoren festgestellt werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergerätes ist das Steuergerät dazu konfiguriert, falls in einem jeweiligen Strang mindestens drei benachbarte Energiespeicher in mindestens einer Kombination von zwei Energiespeichern der mindestens drei Energiespeicher den vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen ihnen nicht überschreiten, in dem jeweiligen Strang mindestens eine erste Gruppe von zwei benachbarten Energiespeichern parallel zu verschalten, eine Auswahl der jeweiligen zwei benachbarten Energiespeicher unter den mindestens drei Energiespeichern in der mindestens einen ersten Gruppe in fortgeführter Ausführung solange zu permutieren, bis ein jeweiliger Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen den mindestens drei Energiespeichern den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet und daraus mindestens eine zweite Gruppe von drei Energiespeichern zu bilden, die mindestens eine zweite Gruppe von drei Energiespeichern parallel zu verschalten, und bei noch weiteren Energiespeichern mit unterschiedlichen Ladezuständen diese iterativ in weiteren ersten, zweiten oder sukzessiv anwachsenden weiteren Gruppen, welche sukzessiv immer mehr Energiespeicher aufweisen, parallel zu verschalten, bis alle Energiespeicher gleiche Ladezustände aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergerätes ist das Steuergerät dazu konfiguriert, zwei Energiespeicher benachbarter Module miteinander parallel zu verschalten, indem die zwischen den beiden Energiespeichern befindlichen Halbbrücken der beiden Module die parallele Verschaltung ausführen, und die jeweils anderen zwei Halbbrücken im jeweiligen Modul eine elektrische Verbindung zu weiteren Modulen unterbrechen.
In einer fortgesetzt weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergerätes ist das Steuergerät dazu konfiguriert, nach erfolgtem jeweiligem Ladezustandsausgleich zwischen benachbarten Paaren von Energiespeichern, durch die zwischen diesen jeweiligen Energiespeichern befindlichen Halbbrücken im jeweiligen Modul die elektrische Verbindung zwischen diesen jeweiligen Energiespeichern zu unterbrechen und diese jeweiligen Energiespeicher durch die jeweilig anderen Halbbrücken im jeweiligen Modul mit den jeweiligen Energiespeichern im jeweilig auf der anderen Seite befindlichen Modul parallel zu verschalten.
In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergerätes ist das Steuergerät dazu konfiguriert, in fortgeführter Ausführung jeweilige Spannungsunterschiede zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen allen Energiespeichern zu überwachen, indem jeweilige lastfreie Spannungswerte jeweiliger Energiespeicher einer Größe nach geordnet werden und festgestellt wird, ob ein jeweiliger Spannungsunterschied zwischen aufeinanderfolgenden der Größe nach geordneten Spannungswerten kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist oder ob der Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert von mindestens drei aufeinanderfolgenden Modulen kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, und, wenn dies der Fall ist, den Ladezustandsausgleich durchzuführen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.

1 zeigt eine erste Schaltung mit einem Ladezustandsausgleich zwischen Energiespeichern in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt eine zweite Schaltung mit zu einem Nebenversorgungsanschluss parallel geschalteten Energiespeichern in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 wird eine erste Schaltung 100 mit einem Ladezustandsausgleich zwischen Modulen 112, 113, 122, 123, 124, 125, 126, 133, 134 eines modularen Multilevelkonverters in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In einem jeweiligen Modul 111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136 ist eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte zu einem Energiespeicher parallel geschaltete Halbbrücke angeordnet, wobei ein zweiadriger Eingangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf die erste Halbbrücke und die zweite Halbbrücke und ein zweiadriger Ausgangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf die dritte Halbbrücke und die vierte Halbbrücke gebildet ist. Die jeweiligen Halbbrücken sind mit Halbleiterschalter gebildet, welche im Modul Schaltstellungen entsprechend einem von einer Zentralsteuerung des modularen Halbleiterschalters vorgegebenen Schaltzustand einnehmen. Der in der Schaltung 100 dargestellte modulare Multilevelkonverter umfasst drei Stränge 110, 120, 130 solcher Module 111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136, wobei jeder Strang 110, 120, 130 eine jeweilige Phase 101, 102, 103 für eine Wechselstromversorgung bspw. eines Traktionsmotors in einem Elektrofahrzeug bildet. Die jeweiligen Eingangsanschlüsse des zweiadrigen Eingangsanschlusses der jeweilig ersten Module 111, 121, 131 der drei Stränge 110, 120, 130 sind zu einem jeweiligen Sternpunkt 140 verbunden. Um an einem Nebenversorgungsanschluss 104 eine elektrische Leistung bereitzustellen, werden erfindungsgemäß in einem ersten Schritt die Energiespeicher der jeweils ersten Module 111, 121, 131 über die beiden Sternpunkte 140 in einer ersten Parallelschaltung 105 parallel verschaltet. Um die bereitgestellte elektrische Leistung zu erhöhen, sollen zu den jeweils ersten Modulen 111, 121, 131 im jeweiligen Strang 110, 120, 130 benachbarte Module 112, 122, 132 und im jeweiligen Strangverlauf weitere Module fortgeführt dieser ersten Parallelschaltung 105 hinzugefügt werden. Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass Spannungsunterschiede zu einem erwarteten Spannungsmittelwert zwischen jeweiligen parallel zu verschaltenden Energiespeichern unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegen müssen. In dem hier betrachteten Beispiel der Schaltung 100, soll hierfür zunächst in einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Ladungsausgleich zwischen den Modulen 112, 113, welcher durch eine zweite Parallelschaltung 106 bewirkt wird, ein Ladungsausgleich zwischen den Modulen 122, 123, 124, welcher durch eine dritte Parallelschaltung 107 bewirkt wird, ein Ladungsausgleich zwischen den Modulen 125, 126, welcher durch eine vierte Parallelschaltung 108 bewirkt wird, und ein Ladungsausgleich zwischen den Modulen 133, 134, welcher durch eine fünfte Parallelschaltung 109 bewirkt wird, erfolgen. In einem Zahlenbeispiel soll der Energiespeicher des Moduls 111 einen Spannungswert von 42 V aufweisen, der Energiespeicher des benachbarten Moduls 112 jedoch 42,8 V betragen, so dass diese beiden Energiespeicher einen Spannungsunterschied zu einem erwarteten Spannungsmittelwert von 0,4 V - und damit höher als ein bspw. vorgegebener Schwellenwert von 0,3 V - aufweisen. Der Energiespeicher des Moduls 113 soll einen Spannungswert von 42,2 V haben. Durch die erfindungsgemäße zweite Parallelschaltung 106 wird ein Ladungsausgleich durchgeführt, so dass die Energiespeicher der beiden Module 112, 113 einen Spannungswert von 42,5 V aufweisen und damit mit dem Energiespeicher des Moduls 111 verschaltet werden können (s. 2). Demgegenüber soll der Energiespeicher des Moduls 114 einen Spannungswert von 41 V und der Energiespeicher des Moduls 115 einen Spannungswert von 42 V aufweisen. Da jeweilige mögliche Parallelschaltungen des Energiespeichers aus Modul 114 mit Nachbarmodulen 113 oder 115 einen zu hohen Spannungsunterschied zum jeweilig erwarteten Mittelwert aufweisen, ist bei diesem Beispiel ein weiterer Ladungsausgleich in dem ersten Strang 110 erst wieder möglich, sobald die Spannungswerte der Module 111, 112 oder 113, bspw, durch Lastbetrieb, genügend absinken.
In 2 wird eine zweite Schaltung 200 mit zu einem Nebenversorgungsanschluss 104 parallel geschalteten Energiespeichern der Module 111, 112, 113, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134 in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Nachdem im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens möglichst viele Module 112, 113, 122, 123, 124, 125, 126, 133, 134 in einen gleichen oder zumindest ähnlichen Ladungszustand überführt wurden, werden diese nun im dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Energiespeichern der jeweilig ersten Module 111, 121, 131 und mit Modul 132 in jeweiligen Parallelschaltungen 201, 202, 203 verbunden. Damit ist vorteilhaft am Nebenversorgungsanschluss 104 eine möglichst hohe elektrische Leistung bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

100: Erste Schaltung im modularen Multilevelkonverter
101: Erste Phase
102: Zweite Phase
103: Dritte Phase
104: Nebenversorgungsanschluss
105: Strompfad für Nebenversorgung
106: Erster Ladungsausgleich-Strompfad
107: Zweiter Ladungsausgleich-Strompfad
108: Dritter Ladungsausgleich-Strompfad
109: Vierter Ladungsausgleich-Strompfad
110: Erster Modulstrang
111: Erstes Modul im ersten Modulstrang
112: Zweites Modul im ersten Modulstrang
113: Drittes Modul im ersten Modulstrang
114: Viertes Modul im ersten Modulstrang
115: Fünftes Modul im ersten Modulstrang
116: Sechstes Modul im ersten Modulstrang
120: Zweiter Modulstrang
121: Erstes Modul im zweiten Modulstrang
122: Zweites Modul im zweiten Modulstrang
123: Drittes Modul im zweiten Modulstrang
124: Viertes Modul im zweiten Modulstrang
125: Fünftes Modul im zweiten Modulstrang
126: Sechstes Modul im zweiten Modulstrang
130: Dritter Modulstrang
131: Erstes Modul im dritten Modulstrang
132: Zweites Modul im dritten Modulstrang
133: Drittes Modul im dritten Modulstrang
134: Viertes Modul im dritten Modulstrang
135: Fünftes Modul im dritten Modulstrang
136: Sechstes Modul im ers dritten ten Modulstrang
140: Doppelter Neutralpunkt
200: Zweite Schaltung im modularen Multilevelkonverter
201: Strompfad im ersten Modulstrang
202: Strompfad im zweiten Modulstrang
203: Strompfad im dritten Modulstrang

Claims

Verfahren zum Bereitstellen hoher Leistung am Nebenversorgungsabgriff (104) eines modularen Multilevelkonverters, wobei der modulare Multilevelkonverter eine Zentralsteuerung und mindestens zwei Stränge (110, 120, 130) mit jeweils mindestens drei Modulen (111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) umfasst, wobei ein jeweiliges Modul (111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) mit mindestens einer ersten, einer zweiten, einer dritten und einer vierten Halbbrücke und einem Energiespeicher gebildet wird, wobei die jeweiligen Halbbrücken von der Zentralsteuerung gesteuerte Schaltzustände einnehmen und mit dem Energiespeicher parallel verschaltet werden, wobei im jeweiligen Modul (111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) ein zweiadriger Eingangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf die erste Halbbrücke und die zweite Halbbrücke und ein zweiadriger Ausgangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf die dritte Halbbrücke und die vierte Halbbrücke gebildet wird, wobei an dem zweiadrigen Ausgangsanschluss des letzten Moduls (116, 126, 136) der mindestens zwei Stränge (110, 120, 130) ein jeweiliger Phasenanschluss (101, 102, 103) gebildet wird, wobei der jeweilige Eingangsanschluss des zweiadrigen Eingangsanschlusses der jeweilig ersten Module (111, 121, 131) der mindestens zwei Stränge (110, 120, 130) zu einem jeweiligen Sternpunkt (140) verbunden wird, wobei an den daraus resultierenden zwei Sternpunkten (140) ein Nebenversorgungsanschluss (104) angeordnet wird, wobei in einem ersten Schritt von einem Steuergerät der Zentralsteuerung die Energiespeicher der jeweils ersten Module (111, 121, 131) über die beiden Sternpunkte (140) parallel verschaltet werden, wobei in einem zweiten Schritt von dem Steuergerät in den jeweiligen Strängen (110, 120, 130) ein Ladungsausgleich zwischen mindestens zwei benachbarten Energiespeichern, welche einen vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zu einem erwarteten Spannungsmittelwert zwischen ihnen nicht überschreiten, ausgeführt wird, und wobei in einem dritten Schritt von dem Steuergerät, beginnend mit dem jeweilig ersten Energiespeicher und einer Aneinanderreihung der jeweiligen Module (111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) im jeweiligen Strang (110, 120, 130) folgend, fortgeführt jeweilig benachbarte Energiespeicher parallel verbunden werden, solange der vorgegebene Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert mit einem weiteren parallel zu verbindenden Energiespeicher nicht überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem jeweiligen Strang (110, 120, 130) mindestens drei benachbarte Energiespeicher in mindestens einer Kombination von zwei Energiespeichern der mindestens drei Energiespeicher den vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen ihnen nicht überschreiten, wobei in einem jeweiligen Strang (110, 120, 130) mindestens eine erste Gruppe von zwei benachbarten Energiespeichern parallel verschaltet wird, wobei eine Auswahl der jeweiligen zwei benachbarten Energiespeicher unter den mindestens drei Energiespeichern in der mindestens einen ersten Gruppe in fortgeführter Ausführung permutiert wird, bis ein jeweiliger Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen den mindestens drei Energiespeichern den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet und daraus mindestens eine zweite Gruppe von drei Energiespeichern gebildet wird, wobei die mindestens eine zweite Gruppe von drei Energiespeichern parallel verschaltet wird, und wobei bei noch weiteren Energiespeichern mit unterschiedlichen Ladezuständen diese iterativ in weiteren ersten, zweiten oder sukzessiv anwachsenden weiteren Gruppen, welche sukzessiv immer mehr Energiespeicher aufweisen, parallel verschaltet werden, bis alle Energiespeicher gleiche Ladezustände aufweisen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei zwei Energiespeicher benachbarter Module (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) miteinander parallel verschaltet werden, indem die zwischen den beiden Energiespeichern befindlichen Halbbrücken der beiden Module (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) die parallele Verschaltung ausführen, und die jeweils anderen zwei Halbbrücken im jeweiligen Modul (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) eine elektrische Verbindung zu weiteren Modulen (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) unterbrechen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei, nach erfolgtem jeweiligem Ladezustandsausgleich zwischen benachbarten Paaren von Energiespeichern, durch die zwischen diesen jeweiligen Energiespeichern befindlichen Halbbrücken im jeweiligen Modul (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) die elektrische Verbindung zwischen diesen jeweiligen Energiespeichern unterbrochen wird, und wobei diese jeweiligen Energiespeicher durch die jeweilig anderen Halbbrücken im jeweiligen Modul (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) mit den jeweiligen Energiespeichern im jeweilig auf der anderen Seite befindlichen Modul (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) parallel verschaltet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei in fortgeführter Ausführung jeweilige Spannungsunterschiede zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen allen Energiespeichern überwacht werden, indem jeweilige lastfreie Spannungswerte jeweilige Energiespeicher einer Größe nach geordnet werden und festgestellt wird, ob ein jeweiliger Spannungsunterschied zwischen aufeinanderfolgenden der Größe nach geordneten Spannungswerten kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist oder ob der Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert von mindestens drei aufeinanderfolgenden Modulen kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, und, wenn dies der Fall ist, der Ladezustandsausgleich durchgeführt wird.
Steuergerät zum Bereitstellen hoher Leistung am Nebenversorgungsabgriff (104) eines modularen Multilevelkonverters, wobei der modulare Multilevelkonverter eine Zentralsteuerung und mindestens zwei Stränge (110, 120, 130) mit jeweils mindestens drei Modulen (111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) umfasst, wobei ein jeweiliges Modul (111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) mindestens vier mit einem Energiespeicher parallel geschaltete Halbbrücken aufweist, wobei die jeweiligen Halbbrücken von der Zentralsteuerung gesteuerte Schaltzustände einnehmen, wobei im jeweiligen Modul (111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) ein zweiadriger Eingangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf eine erste und eine zweite Halbbrücke der mindestens vier Halbbrücken und ein zweiadriger Ausgangsanschluss durch jeweiligen Mittenabgriff auf eine dritte und eine vierte Halbbrücke der mindestens vier Halbbrücken gebildet sind, wobei an dem zweiadrigen Ausgangsanschluss des letzten Moduls (116, 126, 136) der mindestens zwei Stränge (110, 120, 130) ein jeweiliger Phasenanschluss (101, 102, 103) gebildet ist, wobei der jeweilige Eingangsanschluss des zweiadrigen Eingangsanschlusses der jeweilig ersten Module (111, 121, 131) der mindestens zwei Stränge (110, 120, 130) zu einem jeweiligen Sternpunkt (140) verbunden ist, wobei an den daraus resultierenden zwei Sternpunkten (140) ein Nebenversorgungsanschluss (104) angeordnet ist, wobei das Steuergerät einen Mikroprozessor an der Zentralsteuerung des modularen Multilevelkonverters umfasst und das Steuergerät dazu konfiguriert ist, in einem ersten Schritt die Energiespeicher der jeweils ersten Module (111, 121, 131) über die beiden Sternpunkte (140) parallel zu verschalten, in einem zweiten Schritt in den jeweiligen Strängen (110, 120, 130) ein Ladungsausgleich zwischen mindestens zwei benachbarten Energiespeichern, welche einen vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zu einem erwarteten Spannungsmittelwert zwischen ihnen nicht überschreiten, auszuführen, und in einem dritten Schritt, beginnend mit dem jeweilig ersten Energiespeicher und einer Aneinanderreihung der jeweiligen Module (111, 112, 113, 114, 115, 116, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) im jeweiligen Strang (110, 120, 130) folgend, fortgeführt jeweilig benachbarte Energiespeicher parallel zu verbinden (201, 202, 203), solange der vorgegebener Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert mit einem weiteren parallel zu verbindenden Energiespeicher nicht überschritten wird.
Steuergerät nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, falls in einem jeweiligen Strang (110, 120, 130) mindestens drei benachbarte Energiespeicher in mindestens einer Kombination von zwei Energiespeichern der mindestens drei Energiespeicher den vorgegebenen Schwellenwert für einen Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen ihnen nicht überschreiten, in dem jeweiligen Strang (110, 120, 130) mindestens eine erste Gruppe von zwei benachbarten Energiespeichern parallel zu verschalten, eine Auswahl der jeweiligen zwei benachbarten Energiespeicher unter den mindestens drei Energiespeichern in der mindestens einen ersten Gruppe in fortgeführter Ausführung solange zu permutieren, bis ein jeweiliger Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen den mindestens drei Energiespeichern den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet und daraus mindestens eine zweite Gruppe von drei Energiespeichern zu bilden, die mindestens eine zweite Gruppe von drei Energiespeichern parallel zu verschalten, und bei noch weiteren Energiespeichern mit unterschiedlichen Ladezuständen diese iterativ in weiteren ersten, zweiten oder sukzessiv anwachsenden weiteren Gruppen, welche sukzessiv immer mehr Energiespeicher aufweisen, parallel zu verschalten, bis alle Energiespeicher gleiche Ladezustände aufweisen.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, zwei Energiespeicher benachbarter Module (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) miteinander parallel zu verschalten, indem die zwischen den beiden Energiespeichern befindlichen Halbbrücken der beiden Module (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) die parallele Verschaltung ausführen, und die jeweils anderen zwei Halbbrücken im jeweiligen Modul (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) eine elektrische Verbindung zu weiteren Modulen (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) unterbrechen.
Steuergerät nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, nach erfolgtem jeweiligem Ladezustandsausgleich zwischen benachbarten Paaren von Energiespeichern, durch die zwischen diesen jeweiligen Energiespeichern befindlichen Halbbrücken im jeweiligen Modul (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) die elektrische Verbindung zwischen diesen jeweiligen Energiespeichern zu unterbrechen und diese jeweiligen Energiespeicher durch die jeweilig anderen Halbbrücken im jeweiligen Modul (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) mit den jeweiligen Energiespeichern im jeweilig auf der anderen Seite befindlichen Modul (112, 113, 114, 115, 116, 122, 123, 124, 125, 126, 132, 133, 134, 135, 136) parallel zu verschalten.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, in fortgeführter Ausführung jeweilige Spannungsunterschiede zum erwarteten Spannungsmittelwert zwischen allen Energiespeichern zu überwachen, indem jeweilige lastfreie Spannungswerte jeweilige Energiespeicher einer Größe nach geordnet werden und festgestellt wird, ob ein jeweiliger Spannungsunterschied zwischen aufeinanderfolgenden der Größe nach geordneten Spannungswerten kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist oder ob der Spannungsunterschied zum erwarteten Spannungsmittelwert von mindestens drei aufeinanderfolgenden Modulen kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, und, wenn dies der Fall ist, den Ladezustandsausgleich durchzuführen.