WO2013124079A1 - System and method for actuating an energy storage device - Google Patents

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WO2013124079A1
WO2013124079A1 PCT/EP2013/050085 EP2013050085W WO2013124079A1 WO 2013124079 A1 WO2013124079 A1 WO 2013124079A1 EP 2013050085 W EP2013050085 W EP 2013050085W WO 2013124079 A1 WO2013124079 A1 WO 2013124079A1
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modules
storage modules
storage device
electric machine
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PCT/EP2013/050085
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Peter Feuerstack
Erik Weissenborn
Martin Kessler
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
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    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for driving a
  • Energy storage device in particular in an energy storage device with a modular battery system for generating a stepped output voltage.
  • Electric vehicles increasingly electronic systems are used, which combine new energy storage technologies with electric drive technology.
  • DC voltage in a multi-phase AC voltage for example, a three-phase AC voltage to be reversed.
  • the DC link is fed by a string of serially connected battery modules.
  • multiple battery modules are often connected in series in a traction battery.
  • the publications DE 10 2010 027 857 A1 and DE 10 2010 027 861 A1 disclose modularly connected battery cells in energy storage devices, which can be selectively connected or disconnected via a suitable control of coupling units in the strand of serially connected battery cells. Systems of this type are known as the Battery Direct Converter (BDC).
  • BDC Battery Direct Converter
  • Such systems include DC sources in an energy storage module string connected to a DC link for supplying electrical power to an electrical machine or electrical network via a DC link
  • Pulse inverter can be connected.
  • the energy storage module string has in this case a plurality of energy storage modules connected in series, each energy storage module having at least one battery cell and an associated controllable coupling unit, which allows depending on control signals to bridge the respectively associated at least one battery cell or the respectively associated at least one battery cell to switch the respective energy storage module string.
  • the coupling unit can be designed such that it additionally allows the respectively associated at least one battery cell with inverse polarity in the respective
  • Coupling units can be switched out of the power supply line.
  • the total output voltage of the energy storage module string can be varied by appropriate activation of the coupling units and in particular be set in stages.
  • the gradation of the output voltage results from the voltage of a single energy storage module, the maximum possible
  • Energy storage modules of the energy storage module string is determined.
  • a pulse width modulated (PWM) control of the coupling units can take place. This makes it possible to output a desired mean value as energy storage module voltage by specific variation of the on or off times.
  • PWM pulse width modulated
  • Such BDCs have a need for control methods and control systems that can implement a control strategy that is optimal
  • the present invention in one aspect, provides a method of driving an energy storage device having a plurality of in one
  • Power supply string connected in series energy storage modules, each comprising an energy storage cell module, which has at least one energy storage cell, and a coupling device with coupling elements, which are adapted to selectively connect or bypass the energy storage cell module in the respective power supply line.
  • the method has the steps of detecting operating parameters of an electrical machine, a pulse inverter coupled to the electrical machine and the energy storage device, selecting a number of energy storage modules depending on at least one of the detected operating parameters, driving the coupling elements of
  • Coupling devices of the selected energy storage modules for switching the energy storage cell modules of the selected energy storage modules in the
  • the present invention provides a system comprising an energy storage device having a plurality of energy storage modules connected in series in a power supply string, each of which
  • Energy storage cell module which has at least one energy storage cell, and a coupling device with coupling elements, which are adapted to selectively switch the energy storage cell module in the respective power supply line or to bridge.
  • the system also has a
  • DC link which is coupled to the energy storage device
  • a pulse inverter which is coupled to the DC link, and which is fed from the DC link with an input voltage
  • an electric machine which is coupled to the pulse inverter, and which supplies from the pulse inverter with a phase voltage is
  • a control device which is coupled to the coupling means, and which is adapted to a method according to the invention for driving the
  • Power loss in the entire system, in individual system components or the state of charge of the battery cells of the energy storage device can be done by capturing various relevant operating parameters in the system and in the
  • the detection of operating parameters may comprise detecting the rotational speed of the electric machine and the torque of the electric machine, and selecting the number of energy storage modules depending on the detected rotational speed and the detected torque.
  • the recording of operating parameters can be the detection of the state of charge of
  • Energy storage cells include, and selecting the number of
  • the selection of a number of energy storage modules can be done by determining a number of energy storage modules
  • the method may further comprise the steps of detecting an operating mode of the electric machine, and limiting the selected number of energy storage modules to a maximum number depending on the detected operating mode.
  • the system the system according to the invention
  • Coupling devices have power MOSFET switches or IGBT switches.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a system with a
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Energy storage module of an energy storage device according to Fig. 1; a schematic representation of another embodiment of an energy storage module of an energy storage device of FIG. 1; a schematic representation of a diagram for the efficiency of an energy storage device as a function of the number of connected energy storage modules; a schematic representation of a diagram for the power loss in a system with an energy storage device in dependence on the number of connected energy storage modules; a schematic representation of a map for the loss-optimal number switched energy storage modules a
  • Energy storage device according to another embodiment of the present invention.
  • a schematic representation of a method for driving an energy storage device according to another embodiment of the present invention.
  • the system 100 comprises an energy storage device 1 with energy storage modules 3, which are connected in series in a power supply train.
  • the power supply line is coupled between two output terminals 1a and 1b of the energy storage device 1, which are each coupled to a DC voltage intermediate circuit 2b.
  • the system 100 in FIG. 1 is used to supply a three-phase electrical machine 6.
  • the energy storage device 1 via a coupling inductance 2a with the
  • the coupling inductance 2a can be any suitable coupling inductance 2a coupled.
  • the coupling inductance 2a can be any suitable coupling inductance 2a.
  • the coupling inductance 2 a may be present through parasitic inductances in the interconnection that are present anyway
  • the DC voltage intermediate circuit 2b feeds a pulse inverter 4, which from the DC voltage of the DC intermediate circuit 2b a three-phase
  • the system 100 may further include a controller 8, which is connected to the energy storage device 1, and by means of which the
  • Energy storage device 1 can be controlled to the desired
  • Output terminals 1a, 1 b provide.
  • the control device 8 can be designed to charge the energy storage cells during charging
  • the power supply line of the energy storage device 1 has at least two energy storage modules 3 connected in series.
  • the number of energy storage modules 3 in FIG. 1 is four, but any other number of
  • Energy storage modules 3 is also possible.
  • the energy storage modules 3 each have two output terminals 3a and 3b, via which a
  • Module output voltage of the energy storage modules 3 can be provided. Since the energy storage modules 3 are primarily connected in series, add up the
  • the energy storage modules 3 each comprise a coupling device 7 with a plurality of coupling elements 7a, 7c and 7b and 7d.
  • Energy storage modules 3 furthermore each comprise an energy storage cell module 5 with one or more energy storage cells 5a to 5k connected in series.
  • the energy storage cell module 5 can, for example, have cells 5a to 5k connected in series, for example lithium-ion cells. In this case, the number of energy storage cells 5 a to 5 k in those shown in Fig. 2 and Fig. 3
  • Energy storage modules 3 exemplified two, but any other number of
  • Energy storage cells 5a to 5k is also possible.
  • the energy storage cell modules 5 have a terminal voltage of U M and are connected via connecting lines with input terminals of the associated coupling device 7. To the
  • Input terminals of the associated coupling device 7 is thus the voltage U M on.
  • the coupling device 7 is formed in Fig. 2 as a full bridge circuit with two coupling elements 7a, 7c and two coupling elements 7b, 7d.
  • Coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d can each have an active switching element, for example a semiconductor switch, and a free-wheeling diode connected in parallel therewith. It may be provided that the coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d are designed as MOSFET switches, which already have an intrinsic diode.
  • the coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d can be controlled in such a way, for example with the aid of the control device 9 shown in FIG.
  • Energy storage cell module 5 is selectively connected between the output terminals 3a and 3b or that the energy storage cell module 5 is bridged.
  • the power storage cell module 5 may be connected in the forward direction between the output terminals 3a and 3b by putting the active switching element of the coupling element 7d and the active switching element of the coupling element 7a in a closed state, while the other two active switching elements of FIG Coupling elements 7b and 7c are set in an open state.
  • the voltage U M is present between the output terminals 3a and 3b of the coupling device 7.
  • a lock-up state can be set, for example, by putting the two active switching elements of the coupling elements 7a and 7b in the closed state, while keeping the two active switching elements of the coupling elements 7c and 7d in the open state.
  • a second lock-up state can be set, for example, by putting the two active switching elements of the coupling elements 7a and 7b in the closed state, while keeping the two active switching elements of the coupling elements 7c and 7d in the open
  • Bridging state for example, be set by the two active switches of the coupling elements 7c and 7d are placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7b in open Condition are kept.
  • the voltage 0 is present between the two output terminals 3a and 3b of the coupling device 7.
  • the energy storage cell module 5 in the reverse direction between the
  • Output terminals 3a and 3b of the coupling device 7 are switched by the active switching elements of the coupling elements 7b and 7c are placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7d are set in the open state.
  • the voltage -U M is applied between the two output terminals 3a and 3b of the coupling device 7.
  • a total output voltage can be provided, which depends on the individual output voltages of the energy storage cell modules 5 of the
  • Energy storage modules 3 is dependent.
  • the total output voltage can be set in each case in stages, wherein the number of stages with the number of
  • Energy storage modules 3 scaled. For a number of n energy storage modules 3, the total output voltage of the power supply string can be set in 2n + 1 stages between -n-U M , ..., 0, ..., + n ⁇ U M.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of another exemplary
  • the coupling device 7 comprises only the coupling elements 7a and 7c, the half-bridge circuit as the
  • Energy storage cell module 5 can be switched either in a bridging state or a switching state in the forward direction in the power supply line. Incidentally, similar control rules apply as explained in connection with FIG. 3 for the energy storage module 3 shown in full bridge circuit.
  • the full voltage on the electric machine 6 is usually not required. Therefore, it is sufficient to set the voltage of the DC intermediate circuit 2b to a correspondingly lower value.
  • the lower value can be obtained, for example, by appropriately selecting a reduced number of energy storage modules 3 in the
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a diagram 40 for the efficiency ⁇ of an energy storage device 1 as a function of the number N of connected energy storage modules 3.
  • two characteristic curves 41 and 42 for various operating parameters of the system 100 are entered in qualitative form.
  • Curve 41 now shows the decrease of the efficiency ⁇ with increasing number N of connected energy storage modules 3 at low speed D of the electric machine 6.
  • the speed D for the characteristic 41 may be about 500 rpm.
  • the characteristic 42 shows the increase of the efficiency ⁇ with increasing number N of connected energy storage modules 3 at high speed D of the electric machine 6.
  • the speed D for the characteristic 42 may be about 10000 rpm.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a diagram 50 for the power loss P in a system 100 with an energy storage device 1 in FIG
  • the characteristic curve 52 shows, by way of example, the switching losses of the pulse-controlled inverter 4, which increase as the number of connected energy storage modules 3 increases.
  • the shows Characteristic 51 the switching losses within the energy storage device 1, which decrease with increasing number of connected energy storage modules 3, since the current load on the coupling devices of the individual energy storage modules 3 by the distribution to several energy storage modules 3 decreases overall.
  • the characteristic curve 53 shows an exemplary overall switching loss curve, which depends inter alia on the sum of the characteristic curves 51 and 52. This characteristic 53 has a minimum for a certain number N of energy storage modules 3, in which the sum of all power losses in the system 100 is minimal. From this behavior can be a first driving strategy for the
  • Derive energy storage device 1 by, to minimize the system power loss or to optimize the system efficiency in each case depending on the instantaneous speed D, current load of the electric machine 6 and / or the
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a map 60 for the
  • the map 60 can be formed, for example, depending on the two system parameters speed D and torque M (i.e., power consumption) of the electric machine 6. For each point of the map 60 can be an optimal number of zuzuthroughden energy storage modules 3 in the
  • Energy supply strand of the energy storage device 1 can be determined.
  • four areas 61, 62, 63 and 64 are entered in the map 60.
  • region 61 it may be optimal to switch on only two energy storage modules 3 while in region 64 it is optimal to switch on four energy storage modules 3.
  • FIG. 6 is merely exemplary in nature and actual map lines may differ from the selected illustration.
  • the determined map 60 with the corresponding drive strategy can then be carried out or rasterized by measurements, the map.
  • the determined map 60 with the corresponding drive strategy can then be carried out or rasterized by measurements, the map.
  • control device 8 It may also be possible to set up in the control device 8 a loss model in the form of functional relationships between operating parameters of the system 100, so that the calculation of the energy storage modules 3 to be switched on optimally in the Control device 8 at run time of the system 100, that is, online can be performed.
  • the control device 8 can determine the operating parameters of the respective system components, for example the energy storage device 1, the pulse-controlled inverter 4 and / or the electric machine 6, for example via sensor device or measuring devices.
  • DC intermediate circuit 2b be. This can be advantageous insofar as the design of the electric machine 6 is based on the minimum input voltage.
  • Output voltage of a single energy storage cell only about 60% of the maximum possible rated voltage.
  • the electric machine 6 is designed for a lower minimum voltage level, fewer turns are usually provided to keep the induced Polradbeginn low.
  • the total output voltage of the energy storage device 1 can be maintained at a constant, in particular higher level, the
  • Winding number of the electric machine 6 can not be reduced or the electric machine 6 can be designed for a higher minimum voltage level. As a result, the current load on the energy storage device 1, the
  • Pulse inverter 4 and all other electrical connection components such as plugs, leads, connections and the like.
  • the transition from the basic area to the field weakening area of the electric machine 6 can be kept independent of the state of charge of the energy storage device 1.
  • the voltage spread of the components that are fed by the DC voltage intermediate circuit 2b for example vehicle electrical system voltage converter or similar components, low, so that the design of these components can be made simpler or more efficient.
  • Energy storage device 1 is selected so that the total output voltage of the energy storage device 1 with respect to the state of charge of the
  • Energy storage modules 3 remains constant. Even at low charge state of Energy storage modules 3 to be able to offer a constant (high) voltage, the number of energy storage modules 3 can be selected to be higher. For example, the number of energy storage modules 3 can be selected such that when the charge state of all energy storage modules 3 is full, the total output voltage of the energy storage device 1 is higher than necessary for the operation of the pulse inverter 4. This can with decreasing charge state of
  • Energy storage modules 3 the number of zuzuschapenden energy storage modules 3 are successively increased by the energy storage modules 3 held in reserve. Finally, switching off energy storage modules 3 in operating modes of electric machine 6, in which only a low input voltage or a low rotational speed is required, brings about an advantage in terms of switching losses in pulse-controlled inverter 4. For example, in electric vehicles, an operating mode in which electric motor 6 has a low speed, starting on a slope. In these operating modes, the pulse-controlled inverter 4 limits the permissible maximum phase current.
  • a third driving strategy is therefore the number of zuzudiumden
  • Energy storage modules 3 in predetermined operating modes of the electric machine 6 to limit so that the input voltage to the pulse inverter 4 is reduced so much that it no longer limits the maximum permissible phase current.
  • the switching losses decrease, in particular in the pulse inverter 4, which leads in consequence to an improved design of the electric machine 6, since the axial length of the electric machine 6 for the realization of a sufficiently high torque, for example, for starting on the mountain, no longer to the limited phase current of the pulse inverter 4 must be adjusted.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a method 70 for activating an energy storage device, for example the energy storage device 1 in FIG. 1.
  • the method 70 can be implemented by the control device 8 in FIG. 1, for example.
  • control device 8 via
  • the method 70 may include, as a first step 71, detecting operating parameters of an electric machine coupled to the electric machine Pulse inverter and the energy storage device 1 have.
  • the operating parameters may include the speed of the electric machine and the torque of the electric machine.
  • the state of charge of the energy storage cells of the energy storage device 1 can be detected as an operating parameter.
  • a number is selected from
  • step 74 providing a total output voltage of the power supply string for one
  • Pulse inverter feeding DC voltage intermediate circuit done.
  • detection of an operating mode of the electric machine and limiting of the selected number of energy storage modules to a maximum number depending on the detected operating mode can continue to take place.
  • Limiting the maximum number may be prioritized over the number of energy storage modules selected in step 72, that is, the number of energy storage modules is capped over a maximum function depending on the detected operating mode.

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Abstract

The invention relates to a method for actuating an energy storage device having a large number of energy storage modules, which are connected in series in an energy supply line and which each comprise an energy storage cell module, which has at least one energy storage cell, and a coupling device having coupling elements which are designed to selectively connect the energy storage cell module into the respective energy supply line or to bridge said energy storage cell module. In this case, the method comprises the steps of detecting operating parameters of an electrical machine, a pulse-controlled inverter, which is coupled to the electrical machine, and the energy storage device, of selecting a number of energy storage modules as a function of at least one of the detected operating parameters, of actuating the coupling elements of the coupling devices of the selected energy storage modules for connecting the energy storage cell modules of the selected energy storage modules into the energy supply line, and of providing a total output voltage of the energy supply line for a DC voltage intermediate circuit which feeds the pulse-controlled inverter.

Description

Beschreibung Titel  Description title
System und Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung  System and method for driving an energy storage device
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Ansteuern einer The invention relates to a system and a method for driving a
Energiespeichereinrichtung, insbesondere in einer Energiespeichereinrichtung mit modularem Batteriesystem zur Erzeugung einer stufigen Ausgangsspannung. Energy storage device, in particular in an energy storage device with a modular battery system for generating a stepped output voltage.
Stand der Technik State of the art
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Solaranlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder It is becoming apparent that in the future both stationary applications, e.g. Wind turbines or solar systems, as well as in vehicles such as hybrid or
Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren.  Electric vehicles, increasingly electronic systems are used, which combine new energy storage technologies with electric drive technology.
Die Einspeisung von mehrphasigem Strom in eine elektrische Maschine wird The feeding of multiphase electricity into an electric machine becomes
üblicherweise durch einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters bewerkstelligt. Dazu kann eine von einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellte Usually accomplished by a converter in the form of a pulse inverter. For this purpose, one provided by a DC voltage intermediate circuit
Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet werden. Der Gleichspannungszwischenkreis wird dabei von einem Strang aus seriell verschalteten Batteriemodulen gespeist. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden häufig mehrere Batteriemodule in einer Traktionsbatterie in Serie geschaltet. DC voltage in a multi-phase AC voltage, for example, a three-phase AC voltage to be reversed. The DC link is fed by a string of serially connected battery modules. In order to meet the power and energy requirements of a particular application, multiple battery modules are often connected in series in a traction battery.
Die Druckschriften DE 10 2010 027 857 A1 und DE 10 2010 027 861 A1 offenbaren modular verschaltete Batteriezellen in Energiespeichereinrichtungen, die über eine geeignete Ansteuerung von Koppeleinheiten selektiv in den Strang aus seriell verschalteten Batteriezellen zu- oder abgekoppelt werden können. Systeme dieser Art sind unter dem Namen Battery Direct Converter (Batteriedirektwandler, BDC) bekannt.The publications DE 10 2010 027 857 A1 and DE 10 2010 027 861 A1 disclose modularly connected battery cells in energy storage devices, which can be selectively connected or disconnected via a suitable control of coupling units in the strand of serially connected battery cells. Systems of this type are known as the Battery Direct Converter (BDC).
Solche Systeme umfassen Gleichstromquellen in einem Energiespeichermodulstrang, welche an einen Gleichspannungszwischenkreis zur elektrischen Energieversorgung einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Netzes über einen Such systems include DC sources in an energy storage module string connected to a DC link for supplying electrical power to an electrical machine or electrical network via a DC link
Pulswechselrichter anschließbar sind. Der Energiespeichermodulstrang weist dabei eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen auf, wobei jedes Energiespeichermodul mindestens eine Batteriezelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt, in Abhängigkeit von Steuersignalen die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle in den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu schalten. Optional kann die Koppeleinheit derart gestaltet sein, dass sie es zusätzlich erlaubt, die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle auch mit inverser Polarität in den jeweiligen Pulse inverter can be connected. The energy storage module string has in this case a plurality of energy storage modules connected in series, each energy storage module having at least one battery cell and an associated controllable coupling unit, which allows depending on control signals to bridge the respectively associated at least one battery cell or the respectively associated at least one battery cell to switch the respective energy storage module string. Optionally, the coupling unit can be designed such that it additionally allows the respectively associated at least one battery cell with inverse polarity in the respective
Energiespeichermodulstrang zu schalten oder auch den jeweiligen Energy storage module strand to switch or the respective
Energiespeichermodulstrang zu unterbrechen. Interrupt energy storage module string.
BDCs weisen üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere BDCs usually have higher efficiency and higher
Ausfallsicherheit gegenüber herkömmlichen Systemen auf. Die Ausfallsicherheit wird unter anderem dadurch gewährleistet, dass defekte, ausgefallene oder nicht voll leistungsfähige Batteriezellen durch geeignete Überbrückungsansteuerung der Reliability against conventional systems. The reliability is ensured, inter alia, that defective, failed or not fully efficient battery cells by suitable bridging control of the
Koppeleinheiten aus dem Energieversorgungsstrang herausgeschaltet werden können. Die Gesamtausgangsspannung des Energiespeichermodulstrangs kann durch entsprechendes Ansteuern der Koppeleinheiten variiert und insbesondere stufig eingestellt werden. Die Stufung der Ausgangsspannung ergibt sich dabei aus der Spannung eines einzelnen Energiespeichermoduls, wobei die maximal mögliche  Coupling units can be switched out of the power supply line. The total output voltage of the energy storage module string can be varied by appropriate activation of the coupling units and in particular be set in stages. The gradation of the output voltage results from the voltage of a single energy storage module, the maximum possible
Gesamtausgangsspannung durch die Summe der Spannungen aller Total output voltage by the sum of the voltages of all
Energiespeichermodule des Energiespeichermodulstrangs bestimmt wird. Energy storage modules of the energy storage module string is determined.
Zur Einstellung einer Ausgangsspannung eines Energiespeichermoduls kann eine pulsbreitenmodulierte (PWM) Ansteuerung der Koppeleinheiten erfolgen. Dadurch ist es möglich, durch gezielte Variation der Ein- bzw. Ausschaltzeiten einen gewünschten Mittelwert als Energiespeichermodulspannung auszugeben. To set an output voltage of an energy storage module, a pulse width modulated (PWM) control of the coupling units can take place. This makes it possible to output a desired mean value as energy storage module voltage by specific variation of the on or off times.
Für derartige BDCs besteht ein Bedarf nach Ansteuerverfahren und AnSteuersystemen, mithilfe derer eine Steuerstrategie implementiert werden kann, die eine optimale Such BDCs have a need for control methods and control systems that can implement a control strategy that is optimal
Einstellung der Spannung im Gleichspannungszwischenkreis unter Minimierung der Systemverlustleistung, der Verlustleistungen in einzelnen Systemkomponenten und/oder der Stabilität der Spannung im Gleichspannungszwischenkreis unabhängig vom  Adjusting the voltage in the DC intermediate circuit while minimizing the system power loss, the power losses in individual system components and / or the stability of the voltage in the DC link independent of
Ladezustand der Batteriezellen des BDCs gewährleistet. Charge state of the battery cells of the BDCs guaranteed.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt ein Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung mit einer Vielzahl von in einem Disclosure of the invention The present invention, in one aspect, provides a method of driving an energy storage device having a plurality of in one
Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, welche jeweils ein Energiespeicherzellenmodul, welches mindestens eine Energiespeicherzelle aufweist, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen umfassen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken. Das Verfahren weist dabei die Schritte des Erfassens von Betriebsparametern einer elektrischen Maschine, eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Pulswechselrichters und der Energiespeichereinrichtung, des Auswählens einer Anzahl von Energiespeichermodulen in Abhängigkeit von mindestens einem der erfassten Betriebsparameter, des Ansteuerns der Koppelelemente der  Power supply string connected in series energy storage modules, each comprising an energy storage cell module, which has at least one energy storage cell, and a coupling device with coupling elements, which are adapted to selectively connect or bypass the energy storage cell module in the respective power supply line. The method has the steps of detecting operating parameters of an electrical machine, a pulse inverter coupled to the electrical machine and the energy storage device, selecting a number of energy storage modules depending on at least one of the detected operating parameters, driving the coupling elements of
Koppeleinrichtungen der ausgewählten Energiespeichermodule zum Schalten der Energiespeicherzellenmodule der ausgewählten Energiespeichermodule in den Coupling devices of the selected energy storage modules for switching the energy storage cell modules of the selected energy storage modules in the
Energieversorgungsstrang, und des Bereitstellens einer Gesamtausgangsspannung des Energieversorgungsstrangs für einen den Pulswechselrichter speisenden Power supply line, and providing a total output voltage of the power supply line for a pulse inverter feeding
Gleichspannungszwischenkreis auf. DC voltage intermediate circuit.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein System, mit einer Energiespeichereinrichtung mit einer Vielzahl von in einem Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, welche jeweils ein According to another aspect, the present invention provides a system comprising an energy storage device having a plurality of energy storage modules connected in series in a power supply string, each of which
Energiespeicherzellenmodul, welches mindestens eine Energiespeicherzelle aufweist, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen umfassen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken. Das System weist weiterhin einen  Energy storage cell module, which has at least one energy storage cell, and a coupling device with coupling elements, which are adapted to selectively switch the energy storage cell module in the respective power supply line or to bridge. The system also has a
Gleichspannungszwischenkreis, welcher mit der Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist, einen Pulswechselrichter, welcher mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelt ist, und welcher aus dem Gleichspannungszwischenkreis mit einer Eingangsspannung gespeist wird, eine elektrische Maschine, welche mit dem Pulswechselrichter gekoppelt ist, und welche von dem Pulswechselrichter mit einer Phasenspannung versorgt wird, und einer Steuereinrichtung auf, welche mit den Koppeleinrichtungen gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßen Verfahren zum Ansteuern der DC link, which is coupled to the energy storage device, a pulse inverter, which is coupled to the DC link, and which is fed from the DC link with an input voltage, an electric machine, which is coupled to the pulse inverter, and which supplies from the pulse inverter with a phase voltage is, and a control device which is coupled to the coupling means, and which is adapted to a method according to the invention for driving the
Energiespeichereinrichtung durchzuführen. Perform energy storage device.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Es ist Idee der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeichereinrichtung, die über modular in einem Strang aus seriell verschalteten Batteriezellen verfügt, derart anzusteuern, dass die Zwischenkreisspannung eines durch die Energiespeichereinrichtung gespeisten Gleichspannungszwischenkreis optimiert wird, insbesondere im Hinblick auf die It is an idea of the present invention to control an energy storage device which has a modular series in a string of serially connected battery cells, such that the intermediate circuit voltage of a powered by the energy storage device DC intermediate circuit is optimized, in particular with regard to
Verlustleistung im gesamten System, in einzelnen Systemkomponenten oder den Ladungszustand der Batteriezellen der Energiespeichereinrichtung. Dies kann über die Erfassung verschiedener relevanter Betriebsparameter im System und in den Power loss in the entire system, in individual system components or the state of charge of the battery cells of the energy storage device. This can be done by capturing various relevant operating parameters in the system and in the
Systemkomponenten geschehen, deren Auswertung eine Auswahl einer geeigneten Anzahl von zuzuschaltenden Batteriezellen und damit das Einstellen einer geeigneten Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung ermöglicht. System components happen whose evaluation allows a selection of a suitable number of zuzuschaltenden battery cells and thus the setting of a suitable output voltage of the energy storage device.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Erfassen von Betriebsparametern das Erfassen der Drehzahl der elektrischen Maschine und des Drehmoments der elektrischen Maschine umfassen, und das Auswählen der Anzahl von Energiespeichermodulen in Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl und des erfassten Drehmoments erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Erfassen von Betriebsparametern das Erfassen des Ladungszustands der According to one embodiment of the method according to the invention, the detection of operating parameters may comprise detecting the rotational speed of the electric machine and the torque of the electric machine, and selecting the number of energy storage modules depending on the detected rotational speed and the detected torque. In accordance with a further embodiment of the method according to the invention, the recording of operating parameters can be the detection of the state of charge of
Energiespeicherzellen umfassen, und das Auswählen der Anzahl von Energy storage cells include, and selecting the number of
Energiespeichermodulen in Abhängigkeit von dem Ladungszustand erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Auswählen einer Anzahl von Energiespeichermodulen durch Ermitteln einer Energy storage modules depending on the state of charge done. According to a further embodiment of the method according to the invention, the selection of a number of energy storage modules can be done by determining a number of energy storage modules
vorgegebenen Anzahl von Energiespeichermodulen in einem von der erfassten Drehzahl und des erfassten Drehmoments aufgespannten Kennfeld erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Verfahren weiterhin die Schritte des Erfassens eines Betriebsmodus der elektrischen Maschine, und des Begrenzens der ausgewählten Anzahl von Energiespeichermodulen auf eine Maximalanzahl in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsmodus aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können die predetermined number of energy storage modules carried out in a spanned by the detected speed and the detected torque map. According to another embodiment of the method according to the invention, the method may further comprise the steps of detecting an operating mode of the electric machine, and limiting the selected number of energy storage modules to a maximum number depending on the detected operating mode. According to one embodiment of the system according to the invention, the
Koppeleinrichtungen Leistungs-MOSFET-Schalter oder IGBT-Schalter aufweisen.  Coupling devices have power MOSFET switches or IGBT switches.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einerShow it: Fig. 1 is a schematic representation of a system with a
Energiespeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Energy storage device according to an embodiment of the
vorliegenden Erfindung;  present invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a
Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung nach Fig. 1 ; eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung nach Fig. 1 ; eine schematische Darstellung eines Diagramms für den Wirkungsgrad einer Energiespeichereinrichtung in Abhängigkeit von der Anzahl zugeschalteter Energiespeichermodule; eine schematische Darstellung eines Diagramms für die Verlustleistung in einem System mit einer Energiespeichereinrichtung in Abhängigkeit von der Anzahl zugeschalteter Energiespeichermodule; eine schematische Darstellung eines Kennfelds für die verlustoptimale Anzahl zugeschalteter Energiespeichermodule einer  Energy storage module of an energy storage device according to Fig. 1; a schematic representation of another embodiment of an energy storage module of an energy storage device of FIG. 1; a schematic representation of a diagram for the efficiency of an energy storage device as a function of the number of connected energy storage modules; a schematic representation of a diagram for the power loss in a system with an energy storage device in dependence on the number of connected energy storage modules; a schematic representation of a map for the loss-optimal number switched energy storage modules a
Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.  Energy storage device according to another embodiment of the present invention; and a schematic representation of a method for driving an energy storage device according to another embodiment of the present invention.
Fig. 1 zeigt ein System 100 zur Spannungswandlung von durch Energiespeichermodule 3 bereitgestellter Gleichspannung in eine n-phasige Wechselspannung. Das System 100 umfasst eine Energiespeichereinrichtung 1 mit Energiespeichermodulen 3, welche in einem Energieversorgungsstrang in Serie geschaltet sind. Der Energieversorgungsstrang ist zwischen zwei Ausgangsanschlüsse 1a und 1 b der Energiespeichereinrichtung 1 gekoppelt, die jeweils an einen Gleichspannungszwischenkreis 2b gekoppelt sind. 1 shows a system 100 for voltage conversion of DC voltage provided by energy storage modules 3 into an n-phase AC voltage. The system 100 comprises an energy storage device 1 with energy storage modules 3, which are connected in series in a power supply train. The power supply line is coupled between two output terminals 1a and 1b of the energy storage device 1, which are each coupled to a DC voltage intermediate circuit 2b.
Beispielhaft dient das System 100 in Fig. 1 zur Speisung einer dreiphasigen elektrischen Maschine 6. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung 1 zur Erzeugung von elektrischem Strom für ein Energieversorgungsnetz 6 verwendet wird. Dazu ist die Energiespeichereinrichtung 1 über eine Koppelinduktivität 2a mit dem By way of example, the system 100 in FIG. 1 is used to supply a three-phase electrical machine 6. However, provision may also be made for the energy storage device 1 to be used for generating electrical current for a power supply network 6. For this purpose, the energy storage device 1 via a coupling inductance 2a with the
Gleichspannungszwischenkreis 2b gekoppelt. Die Koppelinduktivität 2a kann DC intermediate circuit 2b coupled. The coupling inductance 2a can
beispielsweise eine gezielt zwischen den Gleichspannungszwischenkreis 2b und den Ausgangsanschluss 1a der Energiespeichereinrichtung 1 geschaltete induktive Drossel sein. Alternativ kann es auch möglich sein, dass die Koppelinduktivität 2a durch ohnehin vorhandene parasitäre Induktivitäten in der Verschaltung zwischen For example, be a selectively connected between the DC voltage intermediate circuit 2b and the output terminal 1a of the energy storage device 1 inductive throttle. Alternatively, it may also be possible for the coupling inductance 2 a to be present through parasitic inductances in the interconnection that are present anyway
Energiespeichereinrichtung 1 und Gleichspannungszwischenkreis 2b gebildet wird. Der Gleichspannungszwischenkreis 2b speist einen Pulswechselrichter 4, welcher aus der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises 2b eine dreiphasige Energy storage device 1 and DC intermediate circuit 2b is formed. The DC voltage intermediate circuit 2b feeds a pulse inverter 4, which from the DC voltage of the DC intermediate circuit 2b a three-phase
Wechselspannung für die elektrische Maschine 6 bereitstellt. AC voltage for the electric machine 6 provides.
Das System 100 kann weiterhin eine Steuereinrichtung 8 umfassen, welche mit der Energiespeichereinrichtung 1 verbunden ist, und mithilfe derer die The system 100 may further include a controller 8, which is connected to the energy storage device 1, and by means of which the
Energiespeichereinrichtung 1 gesteuert werden kann, um die gewünschte  Energy storage device 1 can be controlled to the desired
Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 an den jeweiligen Total output voltage of the energy storage device 1 to the respective
Ausgangsanschlüssen 1a, 1 b bereitzustellen. Zudem kann die Steuereinrichtung 8 dazu ausgelegt sein, bei einem Laden der Energiespeicherzellen der Output terminals 1a, 1 b provide. In addition, the control device 8 can be designed to charge the energy storage cells during charging
Energiespeichereinrichtung 1 die jeweiligen aktiven Schaltelemente der Energy storage device 1, the respective active switching elements of
Energiespeichereinrichtung 1 anzusteuern. To drive energy storage device 1.
Der Energieversorgungsstrang der Energiespeichereinrichtung 1 weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule 3 auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energiespeichermodule 3 in Fig. 1 vier, wobei jedoch jede andere Anzahl von The power supply line of the energy storage device 1 has at least two energy storage modules 3 connected in series. By way of example, the number of energy storage modules 3 in FIG. 1 is four, but any other number of
Energiespeichermodulen 3 ebenso möglich ist. Die Energiespeichermodule 3 weisen jeweils zwei Ausgangsanschlüsse 3a und 3b auf, über welche eine  Energy storage modules 3 is also possible. The energy storage modules 3 each have two output terminals 3a and 3b, via which a
Modulausgangsspannung der Energiespeichermodule 3 bereitgestellt werden kann. Da die Energiespeichermodule 3 primär in Reihe geschaltet sind, summieren sich die Module output voltage of the energy storage modules 3 can be provided. Since the energy storage modules 3 are primarily connected in series, add up the
Modulausgangsspannungen der Energiespeichermodule 3 zu der Module output voltages of the energy storage modules 3 to the
Gesamtausgangsspannung, welche an den Ausgangsanschlüssen 1 a, 1 b der  Total output voltage, which at the output terminals 1 a, 1 b the
Energiespeichereinrichtung 1 bereitgestellt wird. Energy storage device 1 is provided.
Zwei beispielhafte Aufbauformen der Energiespeichermodule 3 sind in den Fig. 2 und Fig. 3 in größerem Detail gezeigt. Die Energiespeichermodule 3 umfassen dabei jeweils eine Koppeleinrichtung 7 mit mehreren Koppelelementen 7a, 7c sowie 7b und 7d. Die Two exemplary construction forms of the energy storage modules 3 are shown in greater detail in FIGS. 2 and 3. The energy storage modules 3 each comprise a coupling device 7 with a plurality of coupling elements 7a, 7c and 7b and 7d. The
Energiespeichermodule 3 umfassen weiterhin jeweils ein Energiespeicherzellenmodul 5 mit einem oder mehreren in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 5a bis 5k. Das Energiespeicherzellenmodul 5 kann dabei beispielsweise in Reihe geschaltete Zellen 5a bis 5k, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen aufweisen. Dabei beträgt die Anzahl der Energiespeicherzellen 5a bis 5k in den in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Energy storage modules 3 furthermore each comprise an energy storage cell module 5 with one or more energy storage cells 5a to 5k connected in series. The energy storage cell module 5 can, for example, have cells 5a to 5k connected in series, for example lithium-ion cells. In this case, the number of energy storage cells 5 a to 5 k in those shown in Fig. 2 and Fig. 3
Energiespeichermodulen 3 beispielhaft zwei, wobei jedoch jede andere Zahl von Energy storage modules 3 exemplified two, but any other number of
Energiespeicherzellen 5a bis 5k ebenso möglich ist. Die Energiespeicherzellenmodule 5 weisen eine Klemmenspannung von UM auf und sind über Verbindungsleitungen mit Eingangsanschlüssen der zugehörigen Koppeleinrichtung 7 verbunden. An den Energy storage cells 5a to 5k is also possible. The energy storage cell modules 5 have a terminal voltage of U M and are connected via connecting lines with input terminals of the associated coupling device 7. To the
Eingangsklemmen der zugehörigen Koppeleinrichtung 7 liegt also die Spannung UM an. Input terminals of the associated coupling device 7 is thus the voltage U M on.
In Fig. 2 bilden die in Reihe geschalteten Koppelelemente 7a und 7c, deren Mittelabgriff mit der Ausgangsklemmen 3a verbunden ist, den so genannten linken Zweig der In Fig. 2, the series-connected coupling elements 7a and 7c, the center tap is connected to the output terminals 3a, the so-called left branch of
Vollbrücke und es bilden die in Reihe geschalteten Koppelelemente 7b und 7d, deren Mittelabgriff mit der Ausgangsklemme 3b verbunden ist, den so genannten rechten Zweig der Vollbrücke. Die Koppeleinrichtung 7 ist in Fig. 2 als Vollbrückenschaltung mit je zwei Koppelelementen 7a, 7c und zwei Koppelelementen 7b, 7d ausgebildet. Die Full bridge and it form the series-connected coupling elements 7b and 7d, whose center tap is connected to the output terminal 3b, the so-called right branch of the full bridge. The coupling device 7 is formed in Fig. 2 as a full bridge circuit with two coupling elements 7a, 7c and two coupling elements 7b, 7d. The
Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d können dabei jeweils ein aktives Schaltelement, beispielsweise einen Halbleiterschalter, und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode aufweisen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d als MOSFET-Schalter ausgebildet sind, welche bereits eine intrinsische Diode aufweisen. Coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d can each have an active switching element, for example a semiconductor switch, and a free-wheeling diode connected in parallel therewith. It may be provided that the coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d are designed as MOSFET switches, which already have an intrinsic diode.
Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d können derart angesteuert werden, beispielsweise mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung 9, dass das jeweilige The coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d can be controlled in such a way, for example with the aid of the control device 9 shown in FIG
Energiespeicherzellenmodul 5 selektiv zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet wird oder dass das Energiespeicherzellenmodul 5 überbrückt wird. Mit Bezug auf Fig. 2 kann das Energiespeicherzellenmodul 5 beispielsweise in Vorwärtsrichtung zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet werden, indem das aktive Schaltelement des Koppelelements 7d und das aktive Schaltelement des Koppelelements 7a in einen geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden übrigen aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7b und 7c in einen offenen Zustand versetzt werden. In diesem Fall liegt zwischen den Ausgangsklemmen 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 die Spannung UM an. Ein Überbrückungszustand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7b in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7c und 7d in offenem Zustand gehalten werden. Ein zweiter Energy storage cell module 5 is selectively connected between the output terminals 3a and 3b or that the energy storage cell module 5 is bridged. For example, referring to FIG. 2, the power storage cell module 5 may be connected in the forward direction between the output terminals 3a and 3b by putting the active switching element of the coupling element 7d and the active switching element of the coupling element 7a in a closed state, while the other two active switching elements of FIG Coupling elements 7b and 7c are set in an open state. In this case, the voltage U M is present between the output terminals 3a and 3b of the coupling device 7. A lock-up state can be set, for example, by putting the two active switching elements of the coupling elements 7a and 7b in the closed state, while keeping the two active switching elements of the coupling elements 7c and 7d in the open state. A second
Überbrückungszustand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die beiden aktiven Schalter der Koppelelemente 7c und 7d in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7b in offenem Zustand gehalten werden. In beiden Überbrückungszuständen liegt zwischen den beiden Ausgangsklemmen 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 die Spannung 0 an. Ebenso kann das Energiespeicherzellenmodul 5 in Rückwärtsrichtung zwischen die Bridging state, for example, be set by the two active switches of the coupling elements 7c and 7d are placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7b in open Condition are kept. In both bridging states, the voltage 0 is present between the two output terminals 3a and 3b of the coupling device 7. Similarly, the energy storage cell module 5 in the reverse direction between the
Ausgangsanschlüsse 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 geschaltet werden, indem die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7b und 7c in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7d in offenen Zustand versetzt werden. In diesem Fall liegt zwischen den beiden Ausgangsklemmen 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 die Spannung -UM an. Durch geeignetes Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 können daher einzelne Output terminals 3a and 3b of the coupling device 7 are switched by the active switching elements of the coupling elements 7b and 7c are placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7d are set in the open state. In this case, the voltage -U M is applied between the two output terminals 3a and 3b of the coupling device 7. By suitable activation of the coupling devices 7 can therefore individual
Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichermodule 3 gezielt in die Energy storage cell modules 5 of the energy storage modules 3 targeted in the
Reihenschaltung des Energieversorgungsstrangs integriert werden. Dadurch kann durch eine gezielte Ansteuerung der Koppeleinrichtungen 7 zum selektiven Schalten der Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichermodule 3 in den Series connection of the power supply line to be integrated. This can be achieved by a selective control of the coupling devices 7 for selective switching of the energy storage cell modules 5 of the energy storage modules 3 in the
Energieversorgungsstrang eine Gesamtausgangsspannung bereitgestellt werden, die von den einzelnen Ausgangsspannungen der Energiespeicherzellenmodule 5 der Power supply line, a total output voltage can be provided, which depends on the individual output voltages of the energy storage cell modules 5 of the
Energiespeichermodule 3 abhängig ist. Die Gesamtausgangsspannung kann dabei jeweils in Stufen eingestellt werden, wobei die Anzahl der Stufen mit der Anzahl der Energy storage modules 3 is dependent. The total output voltage can be set in each case in stages, wherein the number of stages with the number of
Energiespeichermodule 3 skaliert. Bei einer Anzahl von n Energiespeichermodulen 3 kann die Gesamt-Ausgangsspannung des Energieversorgungsstrangs in 2n+1 Stufen zwischen - n - UM,...,0,...,+n UM eingestellt werden. Energy storage modules 3 scaled. For a number of n energy storage modules 3, the total output voltage of the power supply string can be set in 2n + 1 stages between -n-U M , ..., 0, ..., + n U M.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Fig. 3 shows a schematic representation of another exemplary
Ausgestaltungsform für ein Energiespeichermodul 3. Dabei umfasst die Koppeleinrichtung 7 nur die Koppelelemente 7a und 7c, die als Halbbrückenschaltung das Embodiment for an energy storage module 3. In this case, the coupling device 7 comprises only the coupling elements 7a and 7c, the half-bridge circuit as the
Energiespeicherzellenmodul 5 entweder in einen Überbrückungszustand oder einen Schaltzustand in Vorwärtsrichtung in den Energieversorgungsstrang geschaltet werden können. Im Übrigen gelten ähnliche Ansteuerregeln wie im Zusammenhang mit Fig. 3 für das dort gezeigte Energiespeichermodul 3 in Vollbrückenschaltung erläutert.  Energy storage cell module 5 can be switched either in a bridging state or a switching state in the forward direction in the power supply line. Incidentally, similar control rules apply as explained in connection with FIG. 3 for the energy storage module 3 shown in full bridge circuit.
Im Bereich niedriger Drehzahlen der elektrischen Maschine 6 wird üblicherweise nicht die volle Spannung am der elektrischen Maschine 6 benötigt. Daher ist es ausreichend, die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises 2b auf einen entsprechend niedrigeren Wert einzustellen. Der niedrigere Wert kann beispielsweise durch entsprechende Auswahl einer verringerten Anzahl von Energiespeichermodulen 3 in der In the region of low rotational speeds of the electric machine 6, the full voltage on the electric machine 6 is usually not required. Therefore, it is sufficient to set the voltage of the DC intermediate circuit 2b to a correspondingly lower value. The lower value can be obtained, for example, by appropriately selecting a reduced number of energy storage modules 3 in the
Energiespeichereinrichtung 1 erfolgen. Dies führt zum einen dazu, dass die Schaltverluste in dem Pulswechselrichter 4, die zum Beispiel durch das Schalten von IGBT-Schaltern in dem Pulswechselrichter 4 und entsprechende Freilaufströme in den den IGBT-Schaltern zugeordneten Dioden erzeugt werden, verringert werden, da diese Verluste näherungsweise mit der anliegenden Eingangsspannung an dem Pulswechselrichter 4 skalieren. Zum anderen könnenEnergy storage device 1 done. On the one hand, this results in that the switching losses in the pulse-controlled inverter 4, which are generated, for example, by the switching of IGBT switches in the pulse-controlled inverter 4 and corresponding freewheeling currents in the diodes assigned to the IGBT switches, are reduced, since these losses are approximated scale the applied input voltage to the pulse inverter 4. For another
Wirbelstromverluste in der elektrischen Maschine 6 verringert werden, da das Auftreten von Wrbelströmen maßgeblich vom Oberwellengehalt der Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 abhängig ist. Zudem sinken die Eddy current losses in the electric machine 6 are reduced because the occurrence of Wrbelströmen is significantly dependent on the harmonic content of the total output voltage of the energy storage device 1. In addition, the sink
Wechselspannungsverluste in den Wcklungen der elektrischen Maschine 6 aufgrund dieser Gesetzmäßigkeit. AC losses in the Wcklungen the electric machine 6 due to this law.
Demgegenüber stehen erhöhte Leitverluste in der Energiespeichereinrichtung 1 , da der Gleichstromanteil in der Energiespeichereinrichtung 1 mit verringerter Anzahl an zugeschalteten Energiespeichermodulen 1 zunimmt. Da der Gleichstromanteil quadratisch in die Berechnung der Leitverluste in der Energiespeichereinrichtung 1 eingeht, werden die Verluste an den Energiespeicherzellenmodulen 5 mit abnehmender Anzahl von zugeschalteten Energiespeichermodulen 3 steigen. In contrast, there are increased conductivities in the energy storage device 1, since the DC component in the energy storage device 1 increases with a reduced number of connected energy storage modules 1. Since the direct current component is included quadratically in the calculation of the conduction losses in the energy storage device 1, the losses on the energy storage cell modules 5 will increase as the number of connected energy storage modules 3 decreases.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Diagramms 40 für den Wirkungsgrad η einer Energiespeichereinrichtung 1 in Abhängigkeit von der Anzahl N zugeschalteter Energiespeichermodule 3. In dem Diagramm 40 sind zwei Kennlinien 41 und 42 für verschiedene Betriebsparameter des Systems 100 in qualitativer Form eingetragen. 4 shows a schematic representation of a diagram 40 for the efficiency η of an energy storage device 1 as a function of the number N of connected energy storage modules 3. In the diagram 40, two characteristic curves 41 and 42 for various operating parameters of the system 100 are entered in qualitative form.
Beispielhaft wird ein bestimmter Ladungszustand aller Energiespeicherzellen 5a bis 5k angenommen, sowie eine von der elektrischen Maschine 6 beanspruchte Last. DieBy way of example, a certain state of charge of all energy storage cells 5a to 5k is assumed, as well as a load claimed by the electric machine 6. The
Kennlinie 41 zeigt nun die Abnahme des Wirkungsgrads η mit steigender Anzahl N von zugeschalteten Energiespeichermodulen 3 bei geringer Drehzahl D der elektrischen Maschine 6. Beispielsweise kann die Drehzahl D für die Kennlinie 41 etwa 500 U/min betragen. Umgekehrt zeigt die Kennlinie 42 die Zunahme des Wirkungsgrads η mit steigender Anzahl N von zugeschalteten Energiespeichermodulen 3 bei hoher Drehzahl D der elektrischen Maschine 6. Beispielsweise kann die Drehzahl D für die Kennlinie 42 etwa 10000 U/min betragen. Curve 41 now shows the decrease of the efficiency η with increasing number N of connected energy storage modules 3 at low speed D of the electric machine 6. For example, the speed D for the characteristic 41 may be about 500 rpm. Conversely, the characteristic 42 shows the increase of the efficiency η with increasing number N of connected energy storage modules 3 at high speed D of the electric machine 6. For example, the speed D for the characteristic 42 may be about 10000 rpm.
In ähnlicher Weise zeigt Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Diagramms 50 für die Verlustleistung P in einem System 100 mit einer Energiespeichereinrichtung 1 in Similarly, FIG. 5 shows a schematic representation of a diagram 50 for the power loss P in a system 100 with an energy storage device 1 in FIG
Abhängigkeit von der Anzahl N zugeschalteter Energiespeichermodule 3. Die Kennlinie 52 zeigt beispielhaft die Schaltverluste des Pulswechselrichters 4, die mit steigender Anzahl der zugeschalteten Energiespeichermodule 3 zunehmen. Dagegen zeigt die Kennlinie 51 die Schaltverluste innerhalb der Energiespeichereinrichtung 1 , die mit zunehmender Anzahl an zugeschalteten Energiespeichermodule 3 abnehmen, da die Strombelastung auf die Koppeleinrichtungen der einzelnen Energiespeichermodule 3 durch die Verteilung auf mehrere Energiespeichermodule 3 insgesamt sinkt. Die Kennlinie 53 zeigt eine beispielhafte Gesamtschaltverlustkurve, die unter anderem von der Summe der Kennlinien 51 und 52 abhängig ist. Diese Kennlinie 53 weist ein Minimum bei einer bestimmten Anzahl N von Energiespeichermodulen 3 auf, bei der die Summe aller Verlustleistungen in dem System 100 minimal ist. Aus diesem Verhalten lässt sich eine erste Ansteuerstrategie für die Dependent on the number N of connected energy storage modules 3. The characteristic curve 52 shows, by way of example, the switching losses of the pulse-controlled inverter 4, which increase as the number of connected energy storage modules 3 increases. In contrast, the shows Characteristic 51, the switching losses within the energy storage device 1, which decrease with increasing number of connected energy storage modules 3, since the current load on the coupling devices of the individual energy storage modules 3 by the distribution to several energy storage modules 3 decreases overall. The characteristic curve 53 shows an exemplary overall switching loss curve, which depends inter alia on the sum of the characteristic curves 51 and 52. This characteristic 53 has a minimum for a certain number N of energy storage modules 3, in which the sum of all power losses in the system 100 is minimal. From this behavior can be a first driving strategy for the
Energiespeichereinrichtung 1 ableiten, indem zur Minimierung der Systemverlustleistung bzw. zur Optimierung des Systemwirkungsgrads jeweils in Abhängigkeit von momentaner Drehzahl D, momentaner Last der elektrischen Maschine 6 und/oder des  Derive energy storage device 1 by, to minimize the system power loss or to optimize the system efficiency in each case depending on the instantaneous speed D, current load of the electric machine 6 and / or the
Ladungszustands der Energiespeicherzellen 5a bis 5k eine optimale Anzahl von zuzuschaltenden Energiespeichermodulen 3 in den Energieversorgungsstrang der Energiespeichereinrichtung 1 ausgewählt wird. Charge state of the energy storage cells 5a to 5k an optimal number of zuzuschaltenden energy storage modules 3 in the power supply line of the energy storage device 1 is selected.
Fig. 6 zeigt hierzu eine schematische Darstellung eines Kennfelds 60 für die 6 shows a schematic representation of a map 60 for the
verlustoptimale Anzahl zugeschalteter Energiespeichermodule 3 einer loss-optimal number of connected energy storage modules 3 a
Energiespeichereinrichtung 1. Das Kennfeld 60 kann beispielsweise in Abhängigkeit der beiden Systemparameter Drehzahl D und Drehmoment M (d.h. Leistungsaufnahme) der elektrischen Maschine 6 gebildet werden. Für jeden Punkt des Kennfelds 60 kann dabei eine optimale Anzahl von zuzuschaltenden Energiespeichermodulen 3 in den Energy storage device 1. The map 60 can be formed, for example, depending on the two system parameters speed D and torque M (i.e., power consumption) of the electric machine 6. For each point of the map 60 can be an optimal number of zuzuschaltenden energy storage modules 3 in the
Energieversorgungsstrang der Energiespeichereinrichtung 1 ermittelt werden. Beispielhaft sind vier Bereiche 61 , 62, 63 und 64 in dem Kennfeld 60 eingetragen. Zum Beispiel kann es in dem Bereich 61 optimal sein, lediglich zwei Energiespeichermodule 3 zuzuschalten, während es in dem Bereich 64 optimal ist, vier Energiespeichermodule 3 zuzuschalten. Es versteht sich dabei, dass die Darstellung in Fig. 6 nur beispielhafter Natur ist, und tatsächliche Kennfeldlinien von der gewählten Illustration abweichen können. Energy supply strand of the energy storage device 1 can be determined. By way of example, four areas 61, 62, 63 and 64 are entered in the map 60. For example, in region 61, it may be optimal to switch on only two energy storage modules 3 while in region 64 it is optimal to switch on four energy storage modules 3. It should be understood that the illustration in FIG. 6 is merely exemplary in nature and actual map lines may differ from the selected illustration.
Zur Bestimmung der Kennfeldlinien 61 bis 64 im Vorfeld können Simulationen To determine the map lines 61 to 64 in advance can simulations
durchgeführt werden oder anhand von Messungen das Kennfeld gerastert werden. Das ermittelte Kennfeld 60 mit der entsprechenden Ansteuerstrategie kann dann be carried out or rasterized by measurements, the map. The determined map 60 with the corresponding drive strategy can then
beispielsweise in der Steuereinrichtung 8 der Fig. 1 gespeichert werden. stored for example in the control device 8 of FIG. 1.
Es kann auch möglich sein, in der Steuereinrichtung 8 ein Verlustmodell in Form von funktionalen Beziehungen zwischen Betriebsparametern des Systems 100 einzurichten, so dass die Berechnung der optimal zuzuschaltenden Energiespeichermodule 3 in der Steuereinrichtung 8 zur Laufzeit des Systems 100, das heißt online durchgeführt werden kann. Zur Ermittlung der Betriebsparameter des Systems 100 kann die Steuereinrichtung 8 beispielsweise über Sensoreinrichtung oder Messeinrichtungen die Betriebsparameter der jeweiligen Systemkomponenten, zum Beispiel der Energiespeichereinrichtung 1 , des Pulswechselrichters 4 und/oder der elektrischen Maschine 6 bestimmen. It may also be possible to set up in the control device 8 a loss model in the form of functional relationships between operating parameters of the system 100, so that the calculation of the energy storage modules 3 to be switched on optimally in the Control device 8 at run time of the system 100, that is, online can be performed. For determining the operating parameters of the system 100, the control device 8 can determine the operating parameters of the respective system components, for example the energy storage device 1, the pulse-controlled inverter 4 and / or the electric machine 6, for example via sensor device or measuring devices.
Ein weiteres Kriterium bei der Auswahl der zuzuschaltenden Energiespeichermodule 3 kann die Einstellung einer Spannungsstabilisierung der Spannung in dem Another criterion in the selection of the zuzuschaltenden energy storage modules 3, the setting of a voltage stabilization of the voltage in the
Gleichspannungszwischenkreis 2b sein. Dies kann insofern vorteilhaft sein, da sich die Auslegung der elektrischen Maschine 6 an der minimalen Eingangsspannung orientiert. Bei vollständig entladenen Energiespeicherzellen 5a bis 5k beträgt die DC intermediate circuit 2b be. This can be advantageous insofar as the design of the electric machine 6 is based on the minimum input voltage. When fully discharged energy storage cells 5a to 5k is the
Ausgangsspannung einer einzelnen Energiespeicherzelle lediglich etwa 60% der maximal möglichen Nennspannung. Wenn die elektrische Maschine 6 für eine niedrigere minimale Spannungslage ausgelegt wird, werden üblicherweise weniger Windungen vorgesehen, um die induzierte Polradspannung gering zu halten. Output voltage of a single energy storage cell only about 60% of the maximum possible rated voltage. When the electric machine 6 is designed for a lower minimum voltage level, fewer turns are usually provided to keep the induced Polradspannung low.
Wenn die Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 jedoch auf einem konstanten, insbesondere höheren Niveau gehalten werden kann, muss die However, if the total output voltage of the energy storage device 1 can be maintained at a constant, in particular higher level, the
Windungszahl der elektrischen Maschine 6 nicht verringert werden bzw. die elektrische Maschine 6 kann für eine höhere minimale Spannungslage ausgelegt werden. Dadurch sinkt auch die Strombelastung auf die Energiespeichereinrichtung 1 , den Winding number of the electric machine 6 can not be reduced or the electric machine 6 can be designed for a higher minimum voltage level. As a result, the current load on the energy storage device 1, the
Pulswechselrichter 4 und alle sonstigen elektrischen Verbindungskomponenten wie Stecker, Zuleitungen, Anschlüsse und dergleichen. Zusätzlich kann der Übergang vom Grundbereich in den Feldschwächbereich der elektrischen Maschine 6 unabhängig vom Ladungszustand der Energiespeichereinrichtung 1 gehalten werden. Außerdem ist die Spannungsspreizung der Komponenten, die von dem Gleichspannungszwischenkreis 2b gespeist werden, zum Beispiel Bordnetzspannungswandler oder ähnliche Komponenten, gering, so dass die Auslegung dieser Komponenten einfacher bzw. effizienter gestaltet werden kann. Pulse inverter 4 and all other electrical connection components such as plugs, leads, connections and the like. In addition, the transition from the basic area to the field weakening area of the electric machine 6 can be kept independent of the state of charge of the energy storage device 1. In addition, the voltage spread of the components that are fed by the DC voltage intermediate circuit 2b, for example vehicle electrical system voltage converter or similar components, low, so that the design of these components can be made simpler or more efficient.
Daher besteht eine zweite Ansteuerstrategie für die Energiespeichereinrichtung 1 darin, dass zur Stabilisierung der Spannungslage in dem Gleichspannungszwischenkreis 2b in Abhängigkeit von dem Ladungszustand der Energiespeicherzellen 5a bis 5k in den Energiespeichermodulen 3 eine optimale Anzahl von zuzuschaltenden Therefore, there is a second drive strategy for the energy storage device 1 is that for stabilizing the voltage level in the DC voltage intermediate circuit 2b in response to the state of charge of the energy storage cells 5a to 5k in the energy storage modules 3 an optimal number zuzuschaltenden
Energiespeichermodulen 3 in den Energieversorgungsstrang der Energy storage modules 3 in the power supply of the
Energiespeichereinrichtung 1 ausgewählt wird, so dass die Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 mit Bezug auf den Ladungszustand der  Energy storage device 1 is selected so that the total output voltage of the energy storage device 1 with respect to the state of charge of the
Energiespeichermodule 3 konstant bleibt. Um auch bei niedrigem Ladungszustand der Energiespeichermodule 3 eine konstante (hohe) Spannung anbieten zu können, kann dazu die Anzahl der Energiespeichermodule 3 höher gewählt werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Energiespeichermodule 3 derart gewählt werden, dass bei vollem Ladungszustand aller Energiespeichermodule 3 die Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 höher als für den Betrieb des Pulswechselrichters 4 nötig bzw. zulässig ist. Dadurch kann mit abnehmendem Ladungszustand der Energy storage modules 3 remains constant. Even at low charge state of Energy storage modules 3 to be able to offer a constant (high) voltage, the number of energy storage modules 3 can be selected to be higher. For example, the number of energy storage modules 3 can be selected such that when the charge state of all energy storage modules 3 is full, the total output voltage of the energy storage device 1 is higher than necessary for the operation of the pulse inverter 4. This can with decreasing charge state of
Energiespeichermodule 3 die Zahl der zuzuschaltenden Energiespeichermodule 3 sukzessive um die in Reserve vorgehaltenen Energiespeichermodule 3 erhöht werden. Schließlich bringt das Abschalten von Energiespeichermodulen 3 in Betriebsmodi der elektrischen Maschine 6, in denen nur ein niedrige Eingangsspannung bzw. ein geringe Drehzahl benötigt wird, Vorteil bezüglich der Schaltverluste in dem Pulswechselrichter 4. Beispielsweise ist in Elektrofahrzeugen ein Betriebsmodus, in dem der elektrische Motor 6 eine geringe Drehzahl aufweist, das Anfahren an einer Steigung. In diesen Betriebsmodi begrenzt der Pulswechselrichter 4 den zulässigen maximalen Phasenstrom. Energy storage modules 3, the number of zuzuschapenden energy storage modules 3 are successively increased by the energy storage modules 3 held in reserve. Finally, switching off energy storage modules 3 in operating modes of electric machine 6, in which only a low input voltage or a low rotational speed is required, brings about an advantage in terms of switching losses in pulse-controlled inverter 4. For example, in electric vehicles, an operating mode in which electric motor 6 has a low speed, starting on a slope. In these operating modes, the pulse-controlled inverter 4 limits the permissible maximum phase current.
Eine dritte Ansteuerstrategie besteht also darin, die Anzahl der zuzuschaltenden A third driving strategy is therefore the number of zuzuschaltenden
Energiespeichermodule 3 in vorgegebenen Betriebsmodi der elektrischen Maschine 6 so zu begrenzen, dass die Eingangsspannung an dem Pulswechselrichter 4 so weit verringert wird, dass dieser den zulässigen maximalen Phasenstrom nicht mehr begrenzt. Dadurch sinken die Schaltverluste insbesondere in dem Pulswechselrichter 4, was in Konsequenz zu einer verbesserten Auslegung der elektrischen Maschine 6 führt, da die axiale Länge der elektrischen Maschine 6 für die Realisierung eines ausreichend hohen Drehmoments, beispielsweise für das Anfahren am Berg, nicht mehr an den begrenzten Phasenstrom des Pulswechselrichters 4 angepasst werden muss. Energy storage modules 3 in predetermined operating modes of the electric machine 6 to limit so that the input voltage to the pulse inverter 4 is reduced so much that it no longer limits the maximum permissible phase current. As a result, the switching losses decrease, in particular in the pulse inverter 4, which leads in consequence to an improved design of the electric machine 6, since the axial length of the electric machine 6 for the realization of a sufficiently high torque, for example, for starting on the mountain, no longer to the limited phase current of the pulse inverter 4 must be adjusted.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 70 zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung, beispielsweise der Energiespeichereinrichtung 1 in Fig. 1. Das Verfahren 70 kann dabei beispielsweise durch die Steuereinrichtung 8 in Fig. 1 implementiert werden. In dem Verfahren werden die weiter oben erläuterten drei 7 shows a schematic representation of a method 70 for activating an energy storage device, for example the energy storage device 1 in FIG. 1. The method 70 can be implemented by the control device 8 in FIG. 1, for example. In the method, the above-mentioned three
Ansteuerstrategien berücksichtigt. Dazu kann die Steuereinrichtung 8 über Ansteuerstrategien considered. For this purpose, the control device 8 via
Erfassungsleitungen 8a, 8b und 8c verfügen, mit welchen die Steuereinrichtung 8 mit den Energiespeichermodulen 3, dem Pulswechselrichter 4 und der elektrischen Maschine 6 verbunden sind, und über welche Betriebsparameter der jeweiligen Komponenten erfasst werden können. Have detection lines 8a, 8b and 8c, with which the control device 8 with the energy storage modules 3, the pulse inverter 4 and the electric machine 6 are connected, and which operating parameters of the respective components can be detected.
Das Verfahren 70 kann als ersten Schritt 71 ein Erfassen von Betriebsparametern einer elektrischen Maschine, eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Pulswechselrichters und der Energiespeichereinrichtung 1 aufweisen. Die Betriebsparameter können dabei die Drehzahl der elektrischen Maschine und das Drehmoment der elektrischen Maschine umfassen. Weiterhin kann als Betriebsparameter der Ladungszustand der Energiespeicherzellen der Energiespeichereinrichtung 1 erfasst werden. The method 70 may include, as a first step 71, detecting operating parameters of an electric machine coupled to the electric machine Pulse inverter and the energy storage device 1 have. The operating parameters may include the speed of the electric machine and the torque of the electric machine. Furthermore, the state of charge of the energy storage cells of the energy storage device 1 can be detected as an operating parameter.
In einem zweiten Schritt 72 erfolgt ein Auswählen einer Anzahl von In a second step 72, a number is selected from
Energiespeichermodulen in Abhängigkeit von mindestens einem der erfassten Energy storage modules depending on at least one of the detected
Betriebsparameter, woraufhin in einem Schritt 73 ein Ansteuern der Koppelelemente der Koppeleinrichtungen der ausgewählten Energiespeichermodule zum Schalten der Energiespeicherzellenmodule der ausgewählten Energiespeichermodule in den Operating parameters, whereupon in a step 73, driving the coupling elements of the coupling devices of the selected energy storage modules for switching the energy storage cell modules of the selected energy storage modules in the
Energieversorgungsstrang erfolgt. Dadurch kann in Schritt 74 ein Bereitstellen einer Gesamtausgangsspannung des Energieversorgungsstrangs für einen den Power supply string done. Thereby, in step 74, providing a total output voltage of the power supply string for one
Pulswechselrichter speisenden Gleichspannungszwischenkreis erfolgen. Pulse inverter feeding DC voltage intermediate circuit done.
Optional können weiterhin ein Erfassen eines Betriebsmodus der elektrischen Maschine und ein Begrenzen der ausgewählten Anzahl von Energiespeichermodulen auf eine Maximalanzahl in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsmodus erfolgen. Dies ist insbesondere bei speziellen Betriebsmodi, wie beispielsweise einem Betriebsmodus mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment der elektrischen Maschine von Vorteil. Das Begrenzen der Maximalanzahl kann gegenüber der in Schritt 72 erfolgten Auswählen der Anzahl von Energiespeichermodulen priorisiert werden, das heißt, die Anzahl von Energiespeichermodulen wird über eine Maximumsfunktion in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsmodus gedeckelt. Optionally, detection of an operating mode of the electric machine and limiting of the selected number of energy storage modules to a maximum number depending on the detected operating mode can continue to take place. This is particularly advantageous in special operating modes, such as a low speed, high torque operating mode of the electric machine. Limiting the maximum number may be prioritized over the number of energy storage modules selected in step 72, that is, the number of energy storage modules is capped over a maximum function depending on the detected operating mode.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren (70) zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung (1) mit einer Vielzahl von in einem Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (3), welche jeweils umfassen: Claims 1. A method (70) for driving an energy storage device (1) having a plurality of energy storage modules (3) connected in series in a power supply string, each comprising:
ein Energiespeicherzellenmodul (5), welches mindestens eine Energiespeicherzelle an energy storage cell module (5), which at least one energy storage cell
(5a, 5k) aufweist, und (5a, 5k), and
eine Koppeleinrichtung (7) mit Koppelelementen (7a, 7b; 7c, 7d), welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul (5) selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken,  a coupling device (7) with coupling elements (7a, 7b; 7c, 7d), which are designed to selectively connect or bypass the energy storage cell module (5) in the respective power supply line,
wobei das Verfahren (70) die Schritte aufweist:  the method (70) comprising the steps of:
Erfassen (71) von Betriebsparametern einer elektrischen Maschine (6), eines mit der elektrischen Maschine (6) gekoppelten Pulswechselrichters (4) und der  Detecting (71) operating parameters of an electric machine (6), a pulse inverter (4) coupled to the electric machine (6), and the
Energiespeichereinrichtung (1);  Energy storage device (1);
Auswählen (72) einer Anzahl von Energiespeichermodulen (3) in Abhängigkeit von mindestens einem der erfassten Betriebsparameter;  Selecting (72) a number of energy storage modules (3) in response to at least one of the detected operating parameters;
Ansteuern (73) der Koppelelemente (7a, 7b; 7c, 7d) der Koppeleinrichtungen (7) der ausgewählten Energiespeichermodule (3) zum Schalten der  Driving (73) of the coupling elements (7a, 7b, 7c, 7d) of the coupling devices (7) of the selected energy storage modules (3) for switching the
Energiespeicherzellenmodule (5) der ausgewählten Energiespeichermodule (3) in den Energieversorgungsstrang; und  Energy storage cell modules (5) of the selected energy storage modules (3) in the power supply line; and
Bereitstellen (74) einer Gesamtausgangsspannung des Energieversorgungsstrangs für einen den Pulswechselrichter (4) speisenden Gleichspannungszwischenkreis (2b).  Providing (74) a total output voltage of the power supply line for a the DC inverter (4) DC voltage intermediate circuit (2b).
2. Verfahren (70) nach Anspruch 1 , wobei das Erfassen (71) von Betriebsparametern das Erfassen der Drehzahl der elektrischen Maschine (6) und des Drehmoments der elektrischen Maschine (6) umfasst, und wobei das Auswählen (72) der Anzahl von Energiespeichermodulen (3) in Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl und des erfassten Drehmoments erfolgt. The method (70) of claim 1, wherein detecting (71) operating parameters comprises detecting the rotational speed of the electric machine (6) and the torque of the electric machine (6), and wherein selecting (72) the number of energy storage modules (3) depending on the detected speed and the detected torque.
3. Verfahren (70) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Erfassen (71) von The method (70) of any one of claims 1 and 2, wherein detecting (71) of
Betriebsparametern das Erfassen des Ladungszustands der Energiespeicherzellen (5a, 5k) umfasst, und wobei das Auswählen (72) der Anzahl von  Operating parameters comprises detecting the state of charge of the energy storage cells (5a, 5k), and wherein the selecting (72) the number of
Energiespeichermodulen (3) in Abhängigkeit von dem Ladungszustand erfolgt.  Energy storage modules (3) takes place in dependence on the state of charge.
4. Verfahren (70) nach Anspruch 2, wobei das Auswählen (72) einer Anzahl von The method (70) of claim 2, wherein selecting (72) a number of
Energiespeichermodulen (3) durch Ermitteln einer vorgegebenen Anzahl von Energiespeichermodulen (3) in einem von der erfassten Drehzahl und des erfassten Drehmoments aufgespannten Kennfeld (60) erfolgt. Energy storage modules (3) by determining a predetermined number of Energy storage modules (3) in a spanned by the detected speed and the detected torque map (60) takes place.
5. Verfahren (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin mit den Schritten: The method (70) of any one of claims 1 to 4, further comprising the steps of:
Erfassen eines Betriebsmodus der elektrischen Maschine (6); und  Detecting an operating mode of the electric machine (6); and
Begrenzen der ausgewählten Anzahl von Energiespeichermodulen (3) auf eine Maximalanzahl in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsmodus.  Limiting the selected number of energy storage modules (3) to a maximum number depending on the detected operating mode.
6. System (100), mit: 6. System (100), with:
einer Energiespeichereinrichtung (1) mit einer Vielzahl von in einem  an energy storage device (1) having a plurality of in one
Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (3), welche jeweils umfassen:  Power supply string connected in series energy storage modules (3), each comprising:
ein Energiespeicherzellenmodul (5), welches mindestens eine Energiespeicherzelle (5a, 5k) aufweist, und  an energy storage cell module (5) which has at least one energy storage cell (5a, 5k), and
eine Koppeleinrichtung (7) mit Koppelelementen (7a, 7b; 7c, 7d), welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul (5) selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken;  a coupling device (7) with coupling elements (7a, 7b; 7c, 7d) which are designed to selectively switch or bypass the energy storage cell module (5) in the respective power supply line;
einem Gleichspannungszwischenkreis (2b), welcher mit der  a DC voltage intermediate circuit (2b), which with the
Energiespeichereinrichtung (1) gekoppelt ist;  Energy storage device (1) is coupled;
einem Pulswechselrichter (4), welcher mit dem Gleichspannungszwischenkreis (2b) gekoppelt ist, und welcher aus dem Gleichspannungszwischenkreis (2b) mit einer Eingangsspannung gespeist wird;  a pulse inverter (4) which is coupled to the DC intermediate circuit (2b) and which is fed from the DC intermediate circuit (2b) with an input voltage;
einer elektrischen Maschine (6), welche mit dem Pulswechselrichter (4) gekoppelt ist, und welche von dem Pulswechselrichter (4) mit einer Phasenspannung versorgt wird; und  an electric machine (6) which is coupled to the pulse inverter (4) and which is supplied by the pulse inverter (4) with a phase voltage; and
einer Steuereinrichtung (8), welche mit den Koppeleinrichtungen (7) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren (70) zum Ansteuern der  a control device (8), which is coupled to the coupling devices (7), and which is adapted to a method (70) for driving the
Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.  Energy storage device (1) according to one of claims 1 to 5 perform.
7. System (100) nach Anspruch 6, wobei die Koppeleinrichtungen (7) Leistungs- MOSFET-Schalter oder IGBT-Schalter aufweisen. 7. System (100) according to claim 6, wherein the coupling devices (7) comprise power MOSFET switches or IGBT switches.
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